SMW工法三軸水泥土攪拌工藝在地基處理中的應用

季 安，楊金凱

(1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013；2.河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016)

水泥土攪拌法是一種地基處理的常用方法，它利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，就地將地基土和水泥強制攪拌，使軟土硬化成為水泥土，硬化后的水泥土具有一定的整體性、水穩性和抗滲性，從而達到提髙地基強度、增大地基變形模量和改善地基抗滲性能的目的。根據軸數不同，水泥土攪拌法分為單軸、雙軸、多軸等攪拌工藝。

SMW工法又被國內稱為型鋼水泥土攪拌樁(墻)工法，SMW工法最早于20世紀70年代由日本工程技術人員提出，目前，該工法完成的地下連續墻已占日本全部地下連續墻的一半以上，近年來，該工法在我國的沿海地區得到迅速推廣應用。SMW工法是利用特殊的多軸攪拌機在原位鉆進切削土體，同時，在鉆頭末端將水泥漿液注入土體內，在充分攪拌混合之后，在各施工單元之間采取重疊搭接施工，在水泥與土混合物未硬化之前，將H型鋼或其他型材插入攪拌樁，以形成具有一定強度和剛度的連續且完整的地下連續墻，該工法形成的連續墻可作為基坑開挖的支護和防滲結構。三軸型鉆掘攪拌工藝在SMW工法中是最常用的，該工藝可應用在黏性土、粉土、砂土、砂礫土等土層，甚至可用于單軸抗壓強度60MPa以下的巖基層，處理深度可達60m以上，施工周期也短于其他施工方法，在正常的地質條件下，每一臺班可成墻70～80m2，由于采用的設備不同，三軸攪拌機成樁強度及樁身均勻性明顯優于傳統的單軸、雙軸攪拌機，具有處理深度大、施工周期短、可靠性高等許多優點。目前SMW工法三軸水泥土攪拌工藝在國內主要應用于深基坑支護，一些市政工程已經開始嘗試應用于水泥土攪拌樁復合地基處理，例如在上海浦東國際機場二期地下聯絡通道工程中，采用了SMW工法三軸攪拌工藝進行了地基加固，解決了深厚軟弱地基承載力不足的問題[5]。

水泥土攪拌樁在水利行業中廣泛應用于防滲、圍封和復合地基處理等，但主要是單軸、雙軸或多頭小直徑攪拌工藝，單軸水泥土攪拌樁一般樁徑為0.5～0.6m，雙軸一般樁徑為0.7～0.8m，處理深度一般在20m以內[1]，尚未見SMW工法三軸水泥土攪拌樁工藝應用于水利行業地基處理的工程實例。

1 工程概況

山東省黃水東調應急工程是山東省委、省政府為解決膠東地區水資源短缺，優化全省水資源配置實施的大型跨流域應急調水工程，加壓泵站工程是該項目的控制性節點工程，其任務是將東營市廣南水庫沉沙池及水庫蓄水加壓后經輸水管道輸送至濰北第二平原水庫。泵站設計流量15m3/s，泵站最低揚程25.80m，最高揚程56.86m，設計揚程49.46m。

加壓泵站工程主要建筑物包括泵房、副廠房、節制閘、前池及進水池、連通涵洞等。工程布置在調蓄水庫沉沙池內，整個站區由土方填筑而成，填筑高度約4.5m，平臺頂高程6.20m。泵房內設8臺臥式離心泵，機組間距8.30m，主廠房底板總長度81.90m，分為3聯，其中左邊聯長27.75m，中聯長度24.90m，右邊聯長度28.25m，每聯之間設沉降縫，泵房凈寬14.0m，設電動雙梁橋式起重機1臺，如圖1所示。

加壓泵站泵房底板底高程-3.50m，坐于砂壤土底部，該層呈松散狀態，標準貫入錘擊數小值平均值為7.0擊，為松軟地基土，力學強度較低，下伏的壤土呈軟塑～可塑狀態，局部流塑，力學強度低且不均一，具中等-高壓縮性，該層為軟弱下臥層。

圖1 加壓泵站布置示意圖

2 問題的提出

加壓泵站站址位于東營市廣南水庫沉沙池填土平臺內，地基土為中-高壓縮性軟弱土，自身荷載以及場區填土荷載產生的附加應力對泵房沉降及不均勻沉降影響較大。根據地基沉降計算，在原狀地基情況下，泵房最大沉降量為24.6cm，沉降差7.1cm，橫向傾斜率0.01，地基變形不能滿足相關規范要求，為確保水泵機組、橋式起重機能夠安全運行，需采取地基處理措施，通過堆載預壓、灌注樁基礎、水泥土攪拌樁復合地基等方案比較，推薦采用水泥土攪拌樁復合地基，最大處理深度27m，根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》，水泥土攪拌樁加固深度不宜大于20m，該工程的地基處理深度超出了規范規定，如采用傳統水泥土攪拌樁施工機械，難以達到設計樁長，且成樁質量難以保證；另外，泵房地基水泥土攪拌樁總進尺62000m，常規水泥土攪拌樁工藝施工進度慢，難以滿足應急供水工程的工期要求。

3 SMW工法三軸水泥土攪拌樁在本工程的應用

加壓泵站為黃水東調應急供水工程的控制性關鍵節點工程，為確保地基處理達到設計要求，加快施工進度，鑒于SMW工法三軸攪拌鉆機較傳統攪拌鉆機具有處理深度大、施工進度快、可靠性強等優點，經咨詢、論證，確定將SMW工法三軸水泥土攪拌樁工藝應用到加壓泵站泵房地基處理，三軸水泥土攪拌樁單軸直徑850mm，樁長27m，順水流向樁間距1.5m，垂直水流向間距2.4m，處理范圍至泵房底板輪廓線外5m。

SMW工法三軸水泥土攪拌樁施工工藝技術參數見表1，成樁示意圖如圖2所示。在施工過程中，根據設計中標明的樁底高程，使螺桿保持恒速旋轉，以恒速向下鉆進，以恒速升起，根據鉆進和提升兩種不同的速度，同時注入水泥漿，水泥摻量為20%。水灰比為1.5～2.0(視現場實際情況而定)，并采用高壓噴氣將水泥和土體充分攪拌，保證整樁攪拌均勻，確保攪拌樁的成樁質量。

根據施工完成后的檢驗報告，采用SMW工法三軸水泥土攪拌樁處理后，樁長及成樁完整性滿足要求，單樁承載力及復合地基承載力均滿足設計要求。加壓泵站工程于2017年3月完工，泵房沉降量小于1cm，滿足設計和規范要求，為確保水泵安全提供了良好的基礎條件，至2019年底，該泵站已經安全、穩定運行近2年，向供水目標輸水約1億m3，對保障山東省膠東地區生活、生產、生態用水安全，優化全省水資源配置發揮了重要作用。

表1 三軸攪拌樁技術參數表

圖2 三軸攪拌樁成樁示意圖

4 結語

(1)常規水泥土攪拌樁在水利行業中廣泛應用于防滲、圍封和復合地基處理等，主要是采用單軸、雙軸或多頭小直徑攪拌工藝，處理深度一般在20m以內，而SMW工法三軸攪拌工藝工效高，最大處理深度可達60m。在山東省黃水東調應急工程加壓泵站工程設計工作中，將SMW工法三軸攪拌工藝應用到泵房深厚軟弱地基處理，成功解決了本工程水泥土攪拌樁處理深度大、工期緊的難題，為類似水利工程地基處理提供了參考。

(2)SMW工法三軸攪拌工藝不可以簡單套用常規水泥土攪拌工藝指標，兩者在水泥摻入量、水灰比等技術指標均有所不同，在進行水泥土攪拌樁復合地基設計時，應根據不同的攪拌工藝，合理確定技術參數。

(3)SMW工法三軸攪拌工藝雖然具有處理深度大、工效高等優點，但施工費用較常規攪拌工藝高約20%，因此，在具體工程中采用哪一種工藝，需要綜合考慮處理深度、工期和投資等多種因素，經技術經濟比較后選定。