SMC等厚度水泥土搅拌墙在邻近地铁超大深基坑中的应用

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2021年02月03日 19:29:07
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

SMC工法相关论文

李卓文

摘要

【摘要】：针对邻近已运营地铁及多条河道的超大深基坑对止水和变形要求高的特点，以实际工程为例，提出了SMC等厚度水泥土搅拌墙（SMC工法）在该工程的应用情况，对SMC工法的施工工艺、工法特点及质量控制措施进行了研究和总结。

【关键词】：SMC工法；水泥土搅拌墙；深基坑；邻近地铁；止水帷幕

前言

随着我国城市现代化建设的发展,建筑行业的施工技术得到了长足进步,深基坑工程越发普遍，深基坑施工的安全和质量问题受到了人们的广泛关注；因此，有必要对该领域施工技术进行总结和研究。水泥土搅拌法通过固化剂和软土之间产生一系列的物理-化学反应，改变原状土结构，将分散的土粒凝聚成整体性、水稳定性和具有一定强度的复合土，在基坑支护结构中得到了普遍应用。水泥土搅拌墙截断或部分截断深部承压水层与深基坑的水力联系，控制由于基坑降水而引起的地面沉降，确保深基坑和周边环境的安全。本文通过对某深基坑工程实例中SMC等厚度水泥土搅拌墙技术的应用，分析其安全性及适用性并指导实际工程施工。

工程概况

天津市某工程地上建筑面积约57470.87m2，地下建筑面积约为42338.56m2，框剪、剪力墙结构。整体地下3层，上置5栋14、32、41层高层住宅楼，基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩+筏板。

地下室平面近似矩形，基坑周长约530 m，面积约1.57万m2，开挖深度17.093 m（电梯井加深0.95～3.45m），属于一级深基坑。基坑南侧50 m为河道，西侧50 m为已运营地铁站体及隧道，东侧20m为已建成某高层住宅小区。

基坑支护结构为1100 mm大直径密排灌注桩＋1000mm厚地下连续墙+2道钢筋混凝土内支撑。止水帷幕采用800mm厚SMC等厚度水泥土搅拌墙，（局部邻近变压器区域采用ϕ1000 mmMJS水泥搅拌桩），设计深度达34m，隔断第一承压水层，坑内采用377 mm×4 mm钢管井降水，坑外设潜水、第一、第二承压水观测井。SMC等厚度水泥土搅拌墙防渗轴线长约393.273 m，墙厚为0.8 m，顶部标高为大沽标高2.8 m，有效深度34 m，底标高为大沽标高-31.2 m。见图1。

地质水文条件

场地自上而下地质条件见表1。

根据勘察资料及地基土的岩性分层、室内渗透试验结果及区域水文地质资料，场地埋深50.00 m以上可划分为3个含水段。从上而下分别是：上层滞水含水段、潜水含水段、微承压含水段。见图2。

关键施工工艺

3.1开槽及钢板铺设

地表以下2130 mm为杂填土，顶部1m范围内含砖块、碎石等杂物。为确保SMC液压铣削搅拌机施工不受影响，施工前用挖掘机沿防渗墙中心线开挖工作沟槽，沟槽宽度约1.0 m，沟槽深度约0.8～1.0 m，开挖沟槽后于一侧压实基层，上部铺设30 mm厚钢板。

3.2后台制浆

选用袋装膨润土，膨润土掺量、水膨润土液配比根据现场实际进行修正，一般为70～100 kg/m3；SMC液压铣削搅拌机提升注浆时依据水灰比1.2搅制水泥浆液，采用80 t和90 t散装水泥罐，水泥掺量25%。

3.3 SMC液压铣削搅拌机就位

基坑北、东南侧均采用SMC水泥土搅拌墙作为止水帷幕且需在完成搅拌墙施工后方能进行支护桩施工；受变压器影响28.5延米的抗渗轴线无法采用SMC水泥土搅拌墙，局部楼座区域距离变压器较近，为确保尽早插入正负零楼板施工，率先施工变压器南侧区域搅拌墙。搅拌机应平稳、平正，确保放线、定位准确，整个移机过程主机须在铺设好的厚度30 mm钢板上。

3.4铣轮下沉切铣原位土体至设计深度

SMC等厚度水泥土搅拌墙每幅宽2.8 m，依据设计深度及现场地面标高，选用合适高度的SMC液压铣削搅拌机，在机械设备上做好标识，确保铣轮至设计深度并记录下钻开始及结束时间，控制铣削下沉平稳，检查并调整垂直度，铣削下沉平均速度为0.345 m/min。配备1台挖掘机将置换土及时清运至“湿土晾晒区”，晒干后于夜间进行清运至场外卸土地。

3.5铣轮匀速提升注水泥浆同步搅拌成墙

当SMC液压铣削搅拌机双轮铣钻进至设计深度时提钻，随铣削提升喷射水泥浆液，与土体进行充分搅拌成墙，在提升过程中控制提升速度，确保成墙质量，铣削提升平均速度为0.383 m/min。

3.6 SMC液压铣削搅拌机移位

用高压水枪将双轮铣铣头清洗干净，将SMC液压铣削搅拌机移动至下一槽段位置，重复之前步骤。铣削头离开土层时确保匀速，降低对周边土体的扰动，同时每幅搅拌墙施工完毕后对双轮铣铣头进行检查，结合下沉切铣速度、完整度或锋利程度，有问题时及时返厂进行更换。铣削搅拌采用往复式套打，搭接长度0.3 m，确保墙体的连续性和接头的施工质量。见图3。

施工过程中遇到的难题及解决措施

1）基坑东侧受变压器影响28.5延米的抗渗轴线无法采用SMC水泥土搅拌墙，搭载变压器的电线杆高度10 m，埋深2 m，顶部高压线距离地面9 m，施工过程中需做好变压器的保护工作且该部位止水帷幕调整为MJS工法桩，施工高度较低，施工过程中变压器断电并提前准备好发电机等应急设施。

2）止水帷幕涉及地下连续墙、SMC水泥土搅拌墙及MJS工法桩三种，地下连续墙与SMC水泥土搅拌墙施工完毕后，接茬处新增MJS工法桩进行封堵；SMC水泥土搅拌墙与MJS工法桩接茬处，需先完成该部位搅拌墙施工，后施工MJS工法桩确保止水效果，若受施工部署影响导致接茬处搅拌墙施工滞后，搅拌墙施工后完毕需在接茬处额外新增MJS工法桩进行封堵。

3）基坑南侧SMC水泥土搅拌墙施工时，遇到110延米长地下障碍物，严重影响铣削下沉速度，为原面粉厂混凝土及砖基础，采用挖掘机及破碎炮进行破除，开挖深度4.5 m，后回填置换土，压实后进行搅拌墙施工。

施工注意事项

1）SMC液压铣削搅拌机拼装完成后及移位后，使用经纬仪分别从正面、侧面校正桩机立柱导向的架垂直度。施工过程中通过安装在铣削头内部的测斜仪，严格控制墙体的垂直。

2）严格控制水泥掺入量，精确控制水泥浆液水灰比，掺加定量水泥外加剂制成合格的水泥浆液。

3）施工冷缝处重新施工一个槽段，确保非正常停机、故障检修及多个起始位置成墙搭接区域的墙体强度和止水效果。

4）定期加强设备的维修保养，每台班检查动力系统及铣削头、刀具，配置备用发电机组，机组功率不小于机械额定功率。

5）深度21.53 m以下为10 m左右厚度粉砂层，SMC等厚度水泥土搅拌墙受地质条件影响较大，施工过程中控制膨润土掺量，减缓提升注浆时的阻力，同时降低提升注浆速率，确保成墙密实度。

总结和分析

1）应用SMC等厚度水泥土搅拌墙作为止水帷幕，支护桩间无渗漏现象，止水性能优良。

2）掘进过程中SMC液压铣削搅拌机铣头驱动装置切削在地面以下，噪音和振动大幅度降低，未影响周边居民生活休息，环保效益好。

3）SMC工法将液压双轮铣槽机和传统深层搅拌技术相结合，水泥土搅拌均匀。设备自带监控系统及调整装置，可实现施工的全过程监控，垂直度和质量可控、连续性好、止水效果好且能施工至较深位置。

4）不适用于邻近变压器、高压线等空中障碍区域。SMC液压铣削搅拌机钻杆高度可达60 m，属于超高机械设备，空中障碍物会对搅拌机造成严重影响。

5）在遇到粉砂、细砂、砂砾层较厚的地层时，下钻过程需严格控制膨润土掺量，确保搅拌过程中不塌孔；同时对粉砂、细砂、砂砾地层的空隙进行填充，确保搅拌墙的密实度，在上述地层作业时需控制水泥浆注浆速率，不能过快。

来源：《建筑工程》

编辑整理：项敏
（如涉侵权，请回复公众号）

CSM工法

CSM工法 Cutter Soil Mixing （铣削深层搅拌技术）是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术，是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较，CSM工法对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层（卵砾石地层、岩层）。

双轮铣深搅设备(CSM)特点

施工效率高：

双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱，铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高；

地层适应范围更广：

能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工，克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点；源于双轮铣技术，该工法具有一定的入岩能力，能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径；

墙体垂直度更好：

双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器，施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度，利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整，确保墙体精度；

墙体质量更好：

通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀，从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高，较其他搅拌工艺，可以节约材料；

施工过程更加环保：

直接将原状地层做为建筑材料，弃土和弃浆量总量小，节能环保，符合基础施工技术发展的趋势；

施工阶段扰动低：