SMW工法规范

SMW⼯法规范
1、总论
1.1⽬的
本规程可为SMW ⼯法(soil mixing wall)的设计、施⼯及⽅案评审等⽅⾯的提供⼀个基本依据，据此确保施⼯质量的稳定性，防⽌各类基坑事故的发⽣。

1.2 定义
所谓SMW ⼯法是指把⼟（soil）和⽔泥浆液在原位混合搅拌构筑成地下连续墙体，简称SMW⼯法。

SMW⼯法通常有两种情况，⼀种是仅由原状⼟和⽔泥搅拌⽽成，另⼀种是⽔泥搅拌体内插⼊芯材。

为了保证SMW的连续性，采⽤重复套打法施⼯。

*1 所谓⽔泥浆是指把⽔泥系硬化材加⼊⽔中混合成悬浊液。

*2 所谓搅拌是指把⽔泥浆和原位置⼟混合，称之为搅拌。

[说明]
1、按照以上所述的施⼯法，SMW是指把⽔泥浆和原位置混合、搅拌、固化构筑成地下墙体。

这种墙体是连续的和过去的⽔泥⼟柱列墙不同。

2、所谓重复套打法施⼯，即是图⼀及图⼆所述的搅拌顺序施⼯⽅法。

如按图三及图四根据SMW⽤途分类，有⽔泥⼟搅拌桩和⽔泥⼟内插⼊芯材的两个种类。

按搅拌直径分类，国内⽬前有Ф650、Ф850、Ф1000三种。

施⼯⼯序1施⼯⼯序3施⼯⼯序2施⼯⼯序5施⼯⼯序4施⼯⼯序7
图-1连续⽅式-I（标准⽅式）
3、与传统基坑围护⼯艺⽐较SMW ⼯法优点
采⽤此⼯艺进⾏基坑围护，具有明显的省钱、省时、占地⾯积⼩、挡⽔效果好、基坑稳定性强、对周围环境影响⼩等优点。

3.1、挡⽔性强
搅拌翼与移动翼交互配置的独特的搅拌机构及完全的搭接施⼯⽅法使得搅拌均匀，⽽且去除了不利于挡⽔的垂直接缝，构筑出浑然
施⼯⼯序3
施⼯⼯序1施⼯⼯序2施⼯⼯序4施⼯⼯序5施⼯⼯序6
图-2连续⽅式-II（单侧挤压⽅式）
图四
图三
⼀体的⽔泥⼟连续墙，同原来的柱列式地下连续墙相⽐具有优越的挡⽔性能。

3.2、对周边地基影响⼩
利⽤原位置的⼟掺⼊⽔泥浆后进⾏搅拌，形成⽔泥⼟连续墙，不需要把桩体位置的泥⼟掏空，因此孔壁的失稳及塌落很少，可减少周围地基下沉现象。

3.3、⼯期短
由于在原位置进⾏混合搅拌，可⼀次完成壁体的施⼯，不需要钢筋笼制作等⼯序，节省⼈⼯和场地，故⼯期⽐其他施⼯法短。

3.4、挡⼟性能可靠
作为挡⼟墙时桩体含钢量较⼤，每m3在130kg~240kg之间，基坑稳定性较强。

3.5、省钱
型钢可以反复利⽤。

3.6、多⽤途
⽔泥⼟连续墙不仅可作为挡⼟防护墙使⽤，还可⽤于各种挡⽔墙、软基加固等各种⽤途。

3.7、低噪⾳、低振动
3.8、⽐以往的地下连续墙剩余泥⼟发⽣量少，不需要护壁泥浆，对环境污染⼩。

2、施⼯材料
2.1 SMW⼯法搅拌桩强度取决于⽔泥掺量及龄期。

⽔泥掺量以每⽴⽅⽶加固体所拌和的⽔泥重量计。

国内⽬前常⽤掺量为200～360kg/m3，常⽤的⽔泥为PO32.5 级普通硅酸盐⽔泥。

SMW⼯法搅拌桩体的强度以28天的⽆侧限抗压强度q u为标准，q u 应不⼩于1.0Mpa。

为改善SMW⼯法搅拌桩性能及提⾼早期强度，宜掺加外加剂。

经常使⽤的外掺剂有碳酸钠、氯化钙、三⼄醇胺、⽊质素磺酸钙等2.2 插⼊SMW⼯法搅拌桩内芯材通常为H型钢，其国标规格及常⽤的有如下型号《热轧H型钢H和部分T型
钢》GB/T11263—1998。

H500×300×11×15、H500×300×11×18，H500×200×10×16
H700×300×13×24，H800×300
3、适⽤范围
3.1 开挖深度
Ф650开挖深度⼩于10⽶
Ф850开挖深度⼩于10⽶～18⽶（开挖18.5⽶为⽬前开挖最⼤深度），Ф1000开挖深度⼩于20⽶
3.2 适⽤⼟质
粘⼟、粉⼟、砂⼟及强风化岩
标准灌⼊度值⼩于50各类岩⼟
4、地质勘查
参照《基坑⼯程设计规程》DBJ08—61—97的第四章规定执⾏。

5、SMW⼯法⽀护体系设计
5.1.SMW围护为桩排式围护墙，设计验算内容基本与板墙式围护墙相同。

5.2SMW围护⽀护基坑应有稳定可靠的⽀撑与围檩结构体系。

采⽤坑内⽀撑和围檩结构体系时，⽀撑和围檩结构的常⽤型式有钢结构和钢筋混凝⼟结构。

⽀撑⽴柱在基坑开挖以上的结构型式有组合型钢格构式⽴柱、型钢⽴柱和钢管⽴柱等，基坑开挖⾯以下的⽴柱桩常⽤钻孔灌注桩和预制桩。

5.3SMW⼯法⽀护基坑应有可靠的防渗与⽌⽔结构。

SMW围护桩的常⽤型式为重复套钻⽔泥⼟搅拌桩帷幕内插H型钢形成挡⼟⽌⽔复合结构。

5.4SMW⼯法⽀护体系的结构选型，应根据⼯程地质与⽔⽂地质条件、环境条件、施⼯条件，以及基坑使⽤要求与基坑规模等因素，通过技术和经济⽐较确定。

5.5SMW⼯法⽀护体系的设计计算，应根据⽀护结构的特性、基坑使⽤要求，以及环境要求与施⼯条件等因素，正确选择和确定地基⼟的物理⼒学性质指标与设计计算⽅法。

设计计算⼯况应完整，包括基坑
分层开挖与设置⽀撑的施⼯期和地下主体结构分层施⼯与换撑施⼯期等的各种⼯况条件。

5.6SMW⼯法⽀护体系的设计与验算应包括下列主要内容：
5.6.1基坑底部⼟体的抗隆起稳定性和抗渗流或抗管涌稳定性验算；
5.6.2SMW⼯法⽔泥⼟搅拌桩内插H型钢结构的抗倾覆稳定性验算；
5.6.3SMW⼯法⽔泥⼟搅拌桩内插H型钢结构和地基的整体抗滑动稳定性验算；
5.6.4SMW⼯法⽔泥⼟搅拌桩的内⼒和变形计算；
5.6.5⽀撑与围檩体系的结构内⼒，变形和稳定性计算；
5.6.6⽀撑竖向⽴柱的结构内⼒、变形和稳定性计算；
5.6.7⽀护结构的构件截⾯强度和节点构造设计与计算；
5.6.8基坑外地表变形和⼟体移动的验算；
5.6.9基坑底部⼟体的抗隆起稳定性验算应包括下列内容：
5.6.9.1按（5.6.9.1）式验算围护墙底地基承载⼒。

计算图式见图5.6.9.1：
K WZ=(γ2DN q+cN c)/( γ1(h0+D)+q) (5.6.9.1）
式中γ1——坑外地表⾄维护墙底，各⼟层天然重度的加权平均值（kN/m3）;
γ2——坑内开挖⾯以下⾄围护墙底，各⼟层天然重度的加权平均值（kN/m3）；
h0——基坑开挖深度（m）；
D——围护墙在基坑开挖⾯以下的⼊⼟深度（m）；
q——坑外地⾯荷载（kPa）;
N q N c——地基⼟的承载⼒系数。

根据围护墙底的地基⼟特性计算：
N q=eπtgфtg2(45o+ф/2)
N C=(N q-1)/tgф
c、ф——分别为围护墙底地基⼟粘聚⼒（kPa）和内摩擦⾓（0）;
k WZ——围护墙底地基承载⼒安全系数。

⼀级基坑⼯程取2.5；⼆级基坑⼯程取2.0；三级基坑⼯程取1.7。

图5.6.9.1
5.6.9.2按下式验算基坑底部⼟体的抗隆起稳定性：
K L=M RL/M SL（5.1.9.2）
式中M RL抗隆起⼒矩（KN-m/m），M RL=R1K a tgф+R2tgф+R3C R1=D (γh02/2+qh0)+D2qf(a2－a1+sina2cosa2-sina1cosa1)/2－γD3(cos3a2-cos3a1)/3;
R2=D2qf/2＋﹛a2－a1－(sin2a2－sin2a1)﹜－γD3
﹛sin2a2cosa2-sin2a1cosa1+
2(cosa2-cosa1)﹜;
R3=h0D+( a2－a1)D2;
qf=γh0,+q0
γ——维护墙体底以上地基⼟各⼟层天然重度的加权平均值（KN/m3）; D——围护墙在基坑开挖⾯以下的⼊⼟深度（m）；Ka——主动⼟压⼒系数，取Ka=tg2(π/4-
C、ф——滑裂⾯上地基⼟的粘聚⼒（kpa）和内摩擦⾓（弧度）的加权平均值；
h0——基坑开挖深度（m）
h0’——最下⼀道⽀撑距地⾯的深度（m）
α1——最下⼀道⽀撑⾯与基坑开挖⾯间的⽔平夹⾓（弧度），见图5.6.9.2；
α2——以最下⼀道⽀撑点为圆⼼的滑裂⾯圆⼼⾓（弧度）见图5.1.9.2；q——坑外地⾯荷载（kPa）
M sL——隆起⼒矩（kN-m/m）, M sL=1/2(γh0+q)D2;
K L——抗隆起稳定性安全系数。

⼀级基坑⼯程取2.5；⼆级基坑⼯程取2.0；三级基坑⼯程取1.7。

图5.6.9.2 基坑底抗隆起计算简图
5.6.10围护墙底部⼟体的抗渗流或抗管涌稳定性，可按（5.6.10）式验算。

K S= i c / I 5.6.10
式中i c——坑底⼟体的临界⽔⼒坡度，根据坑底⼟的特性计算：i c= （G S-1）/（1+e）；
G S——坑底⼟的⽐重；
e——坑底⼟的天然孔隙⽐；
i——坑底⼟的渗流⽔⼒坡度，i= h w/L;
h w——基坑内外⼟体的渗流⽔头（m），取坑内外地下⽔位差，见图5.6.10；
L——最短渗径流线总长度（m）,L=∑L h+m∑L v;
∑L h——渗径⽔平段总长度（m）;
∑L v——渗径垂直段总长度（m）;
m——渗径垂直段换算成⽔平段的换算系数；单排帷幕墙时，取m =1.50;多排帷幕墙时，取m=2.0；
K a——抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.5~2.0。

图5.6.10 坑底⼟体渗流计算简图
5.6.10.1 基坑开挖⾯以下有承压⽔层时，应按（5.6.10.1）式验算基坑底部⼟的抗承压⽔头的稳定性。

K y=P cz/P wy(5.6.10.1)
式中P cz——基坑开挖⾯以下⾄承压⽔层顶板间覆盖⼟的⾃重压⼒(kN/m2)
P wy——承压⽔层的⽔头压⼒(kN/m2)
K y——抗承压⽔头的稳定性安全系数，取1.05。

5.7SMW⼯法围护墙结构的抗倾覆稳定性，可按（5.7）式验算见图5.7。

K Q=M RC/M OC
式中M RC——抗倾覆⼒矩（Kn-m）。

去基坑开挖⾯以下围护墙⼊⼟部分坑内侧压⼒，对最下⼀道⽀撑的⼒矩。

M OC——倾覆⼒矩（Kn-m）。

取最下⼀道⽀撑或锚碇点以下围护墙坑外侧压⼒，对最下⼀道⽀撑的⼒矩。

K Q——抗倾覆稳定性安全系数，⼀级基坑⼯程取1.20；
⼆级基坑⼯程取1.10；三级基坑⼯程取1.05。

图5.7。

5.8 抗倾覆稳定性验算时，围护墙的坑内，外⼟压⼒、⽔压⼒，分
别按下列⽅法计算。

5.9SMW⼯法⽀护结构和地基的整体滑动稳定性验算，通常采⽤通过墙底⼟层的圆弧滑动⾯计算。

当墙底以下地基⼟有软弱层时，尚应考虑坑能发⽣的⾮圆弧滑动⾯情况。

有渗流时，应计及渗流⼒的作⽤。

⽤总应⼒法确定⼟体的抗剪强度，并采⽤固结块剪峰值指标时，宜.3采⽤简单条分法计算。

5.10SMW⼯法⽀护体系中，维护墙结构的内⼒和变形宜采⽤竖向弹性地基梁的基床系数法计算。

计算时应考虑⽀撑的位移、施⼯⼯况及⽀撑刚度等对结构内⼒与变形的影响。

5.10.1围护墙结构采⽤竖向弹性地基梁机床系数法的计算图式见图5.10.1坑内开挖⾯以上的内⽀撑点，以弹性⽀座模拟。

坑内开挖⾯以
下作⽤在围护强⾯的弹性抗⼒，根据地基⼟的性质和施⼯措施等条件确定，并以均布的⽔平弹簧⽀座模拟。

弹性抗⼒的分布通
常取开挖⾯处为零，开挖⾯以下⼀定深度内三⾓形分布，其下按矩形分布。

有⼯程实践经验时，弹性抗⼒的分布也可取梯形等其他分布形式。

维护清底以垂直弹簧⽀座模拟；
⽔压⼒
⼟压⼒
图5.10.1
基坑内⽀撑点弹性⽀座的压缩弹簧系数K B，应根据⽀撑体系的布置和⽀撑构件的材质与刚度等条件，按（5·10·2）式确定：K B=2Aea/ls (5.10.2)
式中K B 内⽀撑的压缩弹簧系数（KN/m/m）；
a与⽀撑松弛有关的折减系数，⼀般取0.5~1.0；
混凝⼟⽀撑或刚⽀撑施加预应⼒时，取a=1.0 E⽀撑结构材料的弹性模量（KN/m2）；
A ⽀撑构件的截⾯积（m2）
L ⽀撑的计算长度（m）
S m）
5.10.3 基坑开挖⾯以下，⽔平弹性⽀座和垂直弹性⽀座的压缩弹簧刚度K H，和K V，可按（5.10.3-1）和5.10-2）式计算：
K H=k H bh （5.10.3-1）
K V=k V bh （5.10.3-2）
式中K H、K V分别为⽔平向和垂直向压缩弹簧刚度（KN/m）k H、k V分别为地基⼟的⽔平向和垂直向基床系数（KN/m3），宜由现场试验确定，或参照类似、⼯程的经验确定。

当⽆条件进⾏现场试验时，可根据地基⼟的性质，按表 5.10.3-1和表5.10.3-2选⽤。

开挖⾯以下三⾓形分布区的⽔平向基床系数k H=mz，m为⽔平向基床系数沿深度增⼤的⽐例系数，可根据地基⼟的性质表5.10.3-3选⽤。

Z为影响深度，⼀般取开挖⾯以下3~5m。

坑底地基3⼟软弱或受扰动较⼤时取最⼤值，反之取最⼩值；
b、h 分别为弹簧的⽔平向和垂直向计算间距（m）
⽔平向基床系数k H表5.10.3-1
垂直向基床系数k V表5.10.3-2
⽐例系数m 表5.10.3-3
5.10.4围护墙结构的坑外侧压⼒，包括⼟压⼒、⽔压⼒和渗流压⼒等。

主要侧⼟压⼒的计算，与⽀护结构及地基⼟的位移，以及所采取的施⼯措施等有关，应根据⼟压⼒的发挥状态，分别按极限主动⼟压⼒和静⽌⼟压⼒计算。

⽔压⼒的计算，按规定执⾏。

5.11 SMW⼯法围护墙结构坑外地⾯均布荷载，通常取20kPa计算。

当坑外地⾯⾮⽔平⾯，或者有临近建构筑物荷载、施⼯荷载以及车辆荷载等其他类型荷载时，应按实际情况取值。

由上述荷载引起作⽤于围护墙的侧向压⼒按的有关规定计算。

5.12 SMW⼯法⽀护体系围护墙的顶部，应设置封闭圈梁（或称锁⼝梁）。

圈梁的⾼度和宽度由计算确定，且不宜⼩于围护墙的厚度。

*5.13 H型钢插⼊深度与搅拌桩深度要求。

*5.14 H型钢焊接强度验算
6、SMW⼯法施⼯及注意事项
6.1 施⼯⽅案
施⼯之前必须充分理解、掌握施⼯的⽬的、规模⼯期、地质条件、施⼯条件、环境保护、安全、经济性等诸多因素，制定出适合这些因素的材料、机械设备、⼈员等多⽅⾯的施⼯计划。

6.2 施⼯程序
施⼯程序以标准施⼯程序（参照第⼀章图.1及图.2）为基础编制施⼯程序。

为了使钻孔搅拌能顺利进⾏和保证精度和质量的完好，预先调查施⼯位置的地下障碍物。

为了保证钻孔的精度，设置定位型钢。

SMW钻机钻进的时左右⼆根钻杆连续注⼊⽔泥浆液，中间⼀根钻杆同步打⼊⾼压空⽓，同时把原位置的钻孔连续搅拌，直到规定的深度。

到达规定的深度后，根据⼟质情况，局部进⾏上下反复搅拌。

连续喷注⽔泥浆，徐徐上升搅拌轴，结束钻孔搅拌。

钻孔搅拌结束后，⽤吊车吊起芯材，⽤规尺测量，保证芯材的垂直度，靠⾃重插⼊孔内。

插⼊后，确认芯材的顶部固定和⽔平度。

产⽣的⽔泥⼟浆，⾃然集积在导向沟内或者堆放在现场临时设置的坑槽内。

产⽣的⽔泥⼟应为含有⽔泥，让其在临时设置的坑槽内或者泥⼟沟内固结后搬运出去。

6.3 现场调查和试验施⼯
施⼯之前，预先对场地的周边进⾏调查，如机械器具和材料的搬
运通道、作业地盘、作业空间、埋设物和地上障碍物相邻空间的状况等，有关上层的构造、⼟质、地下⽔等必须作详细的调查。

[说明]
1）做现场调查时，预先整理好调查项⽬，列举调查确认的内容。

表6.1列举了现场调查项⽬的内容。

2）修正施⼯计划以满⾜施⼯效率，按⼟质情况⽽实施的实验⼯作，必须预先准备好详细的实验项⽬，试验时间和费⽤的允许范围，尽量从多⽅⾯进⾏确认。

表6.1 现场调查项⽬例⽰
6.4机械和装备
选择适合地质条件、施⼯条件的机械和装备。

[说明]
表6.2列举了通常使⽤的机械装备⼀览。

1）为了保证施⼯精度和施⼯安全，钻孔搅拌设备必须采⽤三点⽀撑型履带式或步履式桩机。

根据地质条件和施⼯深度，选择⾜够功率的钻孔搅拌机和其他必要的装备。

桩机设备⼀览表
2）根据地质条件、施⼯条件选定三轴钻机。

3）根据地质条件、施⼯条件，选⽤能耐受减速机最⼤功率的三轴装置。

4）钻孔⽤的钻头，其形状、材质对钻孔能⼒有很⼤的影响，⼀定要充分考虑地质条件选⽤。

5）选⽤适合地质条件、施⼯条件能够充分搅拌构筑⾼质量SMW的搅拌机构。

6）按照规定的要求，制造⽔泥浆，并经常保持恒定均匀的质量，配制能够输送必要的浇注量的压送装置。

7）材料的贮藏设备，既要考虑到⼤容量存储具有⾜够的贮藏能⼒，⼜要保证能快速供料。

8）动⼒源，既要能保证机械设备最⼤负荷的需要，且有⾜够的余量，⼜要考虑到适合环境保护，安全等⽅⾯的需要。

9）选⽤辅助作业设备时要结合施⼯条件，根据安全基准选⽤选⽤索要功率的设备。

6.5钻头及钻杆
钻头按照装备的搅拌叶⽚和移动叶⽚的形状不同可分为以下三种。

（1）砂质⼟⽤
分别在搅拌轴的上下⽅向交错安装螺旋状的搅拌叶⽚和螺旋纹状的叶⽚。

（2）粘性⼟⽤
主要由螺旋状的搅拌叶⽚构成的搅拌机构。

（3）沙砾⼟⽤和岩⽯⽤
主要由螺旋纹状的叶⽚的搅拌机构，⽽且相互邻接的搅拌机构的回转轨迹必须确保最⼩200mm以上的重叠部分。

[说明]
根据搅拌深度，⼟质分布状况，地下⽔位，⽔量等和设备能⼒的关系综合考虑，选定合适的钻杆及钻头。

6.6搅拌顺序
为确保搅拌桩各部分之间的连续性和维持垂直度，原则上要把各部分的两个端部完全重叠起来。

搅拌顺序有三种，1连续⽅式—I（标准⽅式）2连续⽅式—Ⅱ（单车挤压⽅式）3先⾏钻孔套打⽅式
[说明]
下⾯介绍三轴钻孔搅拌机构的三种照壁顺序。

1）连续⽅式—I（标准⽅式）
⼀般⽤于N值50以下的⼟质。

图1表⽰搅拌顺序
2）连续⽅式—Ⅱ（单车挤压⽅式）和连续⽅式—I同样适⽤于N 值50以下的⼟质。

图2表⽰搅拌顺序
3）先⾏钻孔套打⽅式
适⽤于N值50以上，⾮常紧实的⼟质，N值50以下，但混有Ф100mm 以上的卵⽯的沙砾或者软岩⼟质。

先⾏钻孔后的SMW搅拌顺序认为是连续⽅式I、Ⅱ的结合形式。

6.8注⼊液的配⽐
⽤于注⼊液的⽔泥浆配⽐，⼀定要根据地质条件、施⼯条件条件不同，决定适量的配⽐。

上海地区通常⽔灰⽐为1.5。

表6.5⽰出不同⼟质的配⽐概略值。