浅谈三轴水泥搅拌桩施工技术_开题报告

、国内现状

随着现代化建筑物不断地向地下发展，对基坑围护的要求也越来越高。现在的高层大多数采用了咬合桩和地下连续墙的形式进行基坑围护，这样一来施工周期长，而且造价也高，会增加整个工程项目的施工成本。目前在东南沿海一般民建基坑支护以及公用设施建设的软土高边坡支护中，应用了三轴搅拌桩作为一种新型的基坑围护形式，三轴水泥搅拌桩比起地下连续墙和咬合桩来说，不仅占地面积小、环境污染小、挡水效果强而且施工成本低。它是高压旋喷桩的一种，它的施工桩机是专门的三轴搅拌机，它采取套打和包芯钢骨的特点可以和一般高压旋喷桩区分开来。从成桩性质上来看，它又叫SMW工法桩。目前SMW工法主要应用于我国东南沿海地区的软土深基坑围护及地基加固中，在上海、天津、南京、杭州等地已经推广使用，并逐步向内地推广。我国SMW工法施工用多轴搅拌桩机初期全部从日本进口，制造商有日本三和机材、三和机工，主要以二手机为主，价格昂贵，设备的短缺严重制约了SMW工法在我国的推广应用。国产第一台同类钻机由北京建筑机械化研究院于1998年开发成功，经过近几年的发展国内现已有北京建研、北京三一、北京首钢泰晟、上海金泰、上海工程、浙江振中等公司生产多种规格的SMW工法用多轴搅拌桩机。

国内采用三轴搅拌桩机施工的搅拌桩最大深度约33m，已不能适应现状的需求，直径更大、深度更深的搅拌桩是今后发展的趋势。

随着我国基础建设和城市建设的深入发展，超深地下工程越来越多，基坑开挖深度已达到40米，地下连续墙深度已施工到65米，为了进行基坑底地基加固、盾构法隧道施工洞口土体加固以及地下连续墙接缝止水加固等也就相应带来了超深土体加固的施工和应用。现在全国各大、中城市都在开展地铁建设工程，不仅是地铁工程，包括房建、水利等建设工程，今后超深地下工程会越来越多，从而带来的超深地基加固也将越来越多，以往地基加固深度一般只到30米左右的施工技术已不能满足目前和今后的需求。

(二)、国外现状

目前在日本SMW工法已成为基坑围护的主要施工方法，约占地下围护结构的80%。其中日本东京都地下铁12号线工程春日站长度160m，宽度17.2至19.5m，深度24.5至31.6m，基坑围护结构采用SMW工法，直径Ø600至Ø650mm，春日站地质为粘土表层，其下为砂质及砾石层，中间并夹有少数薄层粘土，SMW工法深度自35至65m，间隔每45cm插入H500×200×11×16型钢。

（三）、技术研究及特点

二次世界大战后，美国首先研制出水泥土搅拌桩施工方法，即MIP（Mixing in-Place Pile）工法，该工法从不断回转的、中空轴的端部向周围已被搅松的土中喷出水泥浆，经翼片的搅拌形成水泥土桩，桩径0.3~0.4m，长度10~12m。水泥土搅拌桩成桩速度很快，且噪音小。

1953年日本清水建设株式会社从美国引入这种施工方法。1967年日本港湾技术研究所土工部参照MIP工法的特点，开始研制石灰搅拌施工机械。1974年由日本港湾技术研究所川琦钢铁厂和不动建设等厂家对石灰搅拌机械进行改造，合作开发研制成功水泥搅拌固化法(CMC)，使水泥土搅拌技术由实验阶段进入实用阶段。近年来，这项技术发展较快，此法已在瑞典、俄罗斯、美国、日本和中国得到广泛应用。在日本相继开发了多种施工方法，如：竹中工务店的深层化学搅拌法(DCM法)、清水建设株式会社的深层水泥搅拌法(DEMIC法)、东亚建设工业株式会社的深层水泥固结法(DCCM法)等。深层搅拌机械有单头到多头，一次加固最大面积达9.5平方米。1990年日本大阪防水建设社研制开发了一种新的搅拌施工工艺RR工法(Rotation & Revolution Mixing Treating System)。施工时，搅拌头上下、左右旋转翻滚成桩，一次成桩单元桩体直径达2米。到1995年为止，日本采用深层搅拌法加固软土的工程量已达2440万m3，成为日本软土地基加固方法中应用得最多的一种方法。

1971年，日本成幸株式会社经改进，研制出多轴搅拌机，基于深层搅拌桩施工方法发展出SMW(Soil-cement Mixed Wall)工法，并应用于基坑围护工程，所谓SMW就是利用专门的多轴钻孔机(一般为三轴)就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，将土体(soil)和水泥(slarii)土体原位进行混合、搅拌(mixing)后在地下形成的连续墙体(wall)的简称，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，将其直接作为挡土或止水结构。它不仅可以作为一般基坑的止水墙壁，而且可以利用于地下水坝的止水帷幕和土体的加固改良，以及做为基桩。SMW施工方法的种类可分为孔径为Ø650 mm、Ø850mm、Ø1000mm等，在日本实际施工中最大搅拌深度已经达到过65m，视地质条件尚可施工至更深。这一施工方法在80年代后期传至台湾地区，90年代在泰国、马来西亚等东南亚国家和美国、法国等国家及地区被广泛应用。

我国在70年代末研制出第一台深层搅拌机。1980年，冶金部第五冶金建设公司和上海冶金建筑设计院合作，在宝钢金属结构车间设备基础地基加固中采用了深层搅拌法。冶金科学研究院地基所与江阴振冲机械厂共同开发了双轴深层搅拌桩机械(施工深度12～15m，以后各家生产发展到18～20m来施工搅拌桩，作为地基加固及围护结构的重力式挡墙。80年代中期，在上海地区应用深层搅拌桩日趋广泛，常用的SJB－I型深层搅拌机，成桩最大长度可达15米。80年代后期以来，深层搅拌桩除用作软基加固与承重桩外，已发展到用于基坑开挖的支护结构。目前江阴市振冲机械制造有限公司生产的SJBF37型搅拌桩机搅拌头直径为2×Ø700mm最大搅拌深度为18m ，SJBF45型搅拌桩机搅拌头直径为2×Ø760 mm最大搅拌深度达25m。

80年代第一冶金建设公司曾从日本引进一台三轴的搅拌机进行SMW工法施工。我国对SMW 工法的研究和应用始于20 世纪80 年代后期。1988 年冶金工业部建筑研究总院立题研究，并于1994 年通过建设部技术鉴定。其所用的加劲材料(或称芯材)，除国外常用的H 型钢外，还根据国情研制了钢筋笼和轻型角钢组合骨架等，适用于地下开挖深度为6～10 m 的基坑。与此同时，上海市开始研究SMW工法，并于1993年在上海静安寺“环球世界”商厦基坑在围护工程首次采用了用普通双轴搅拌桩机械，进行水泥土搅拌施工，再用振动锤将用钢板焊成的H型材打入刚施工完的搅拌桩内， 这是我国采用SMW 工法的第一项工程。

1994 年对H 型钢水泥土复合结构进行了较系统的试验研究，并于1997年初将其研究成果应用于上海申海大厦，并对H 型钢的回收起拔技术(包括其减摩隔离材料及起拔机械) 进行了重点攻关，获得成功，从而为降低SMW 工法地下墙的造价开辟了途径。

另一方面，为适应工程需要，1996～1997 年，武汉、上海二地先后引进了日本的三轴专用搅拌机数台。1998年研制SJB242/ 30 ×4 型四轴搅拌机，获得成功。

（四）、技术取得的成果

近年已出现了达50米深的高压旋喷桩施工技术，但其施工工艺复杂、成本高、对环境影响大，其垂直度和桩径等重要技术指标也较难保证。而SMW工法与传统的深层搅拌桩工法的区别在于深层搅拌是采用传统的双轴搅拌钻机，施工时水泥浆注入充填在原土间隙中，而新型三轴搅拌钻机则在充填水泥浆时加入高压空气，同时钻机对水泥土进行充分搅拌，并换出大量原状土，由于采用的设备不同，新型的三轴钻机成桩体强度及桩身均匀性明显优于传统的双轴钻机，桩体的垂直性、桩与桩的平行性和搭接型程度都十分良好，保证了优良可靠的防水性能，同时也有利于型钢的插入和回收，与传统的重力坝基坑围护方法相比，具有占地面积小，开挖深度大，施工进度快，可靠性强等许多优点，--与目前经常采用的地下连续墙和钻孔灌注桩等施工方法相比主要有以下特性:(1)挡水性强(2)对周围地基影响小(3)多用途(能适应各种地层)(4)工期短(6)造价低。

二、^范文提纲

一、工程性质与场地条件

（一）工程概况

（二）工程地质条件

二、 三轴水泥搅拌桩止水帷幕施工

（一） 施工设备

（二）施工流程

（三）三轴水泥土搅拌桩土体加固施工工艺

（四）被动土加固的作用

（五）施工质量控制

三、 三轴水泥搅拌桩重力式挡墙施工

（一）施工布置

（二）重力式挡墙的施工方法

（三） 重力式挡墙的作用

四、 三轴水泥搅拌桩质量通病及预防措施

（一）质量检验标准

（二）主要质量通病及预防的措施

（三）基坑围护评估和可能引发事故及应急预案

    五、参考文献

三、参考文献

[1] 西湖区科技研发中心（C1号地块）AB楼基坑围护项目经理部实施细则2013

[2] 浙江省职工服务中心三轴水泥搅拌桩项目经理部实施细则2013

[3] 新芯智谷项目A、B、C、D、E、F座科研楼岩土工程勘察报告2013 

[4] 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202—2002 

[5] 《基坑工程》，蒋国盛，李红民，管典志，李汉旭，北京：中国地质大学出版社，2000.11

[6] 《水泥土重力式挡土墙施工技术》 武汉大学学报（工学版）张伟 黎伟

[7] 《三轴水泥搅拌桩加固深基坑被动区土体的应用研究》 章昕

[8] 《支挡结构设计手册》(2版)，尉希成，周美玲，北京：中国建筑工业出版社，2004

[9] 《钢结构》（上册—钢结构基础），陈绍蕃，顾强，北京：中国建筑工业出版社，2003

[10] 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)

[11]《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94) 

[12]《建筑基坑支护技术规范》(YB9258-97)