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近年来,随着我国经济和城市建设的发展,人口越来越多,人们对环境保护的重视度也越来越高,地下工程也愈来愈多,开发和利用地下空间的要求日显重要。高层建筑的增多促使了大量深基坑工程的出现,对深基坑工程的围护结构也提出了更高的要求,促进了多种基坑支护方法的发展,同时也发展了基坑工程支护结构的设计计算理论和施工工艺。
基于深层搅拌桩发展起来的SMW是Soil-cement Mixing Wall的缩写,该工法具有桩支护及止水帷幕于一体的优良特性,也称劲性水泥土搅拌桩法。该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌。在各施工单元之间则采取重叠搭接施工,然后在水泥土混合体未结硬前插入型钢或钢板作为其应力补强材,至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。该工法的水泥用量远远小于钻孔灌注护坡桩的用量;工程完成之后,可对H型钢进行回收重复利用,大大减少了昂贵的钢材的消耗量,降低了成本,节约了资源;施工的噪音小,对周围的环境影响较小,成孔速度快,工期短。该工法显示出了独特的经济和环保优势,有较好的发展前景。SMW工法起源于美国而成熟于日本。1953年由日本清水株式会社经美国普里帕特公司允许引入日本,经过近二十年的不断完善和发展,SMW工法于1976年在日本得到很大推广。我国于20世纪80年代从日本引进该工法,并在1993年和1994年首先在上海静安寺“环球世界”商厦和南京某大厦基坑围护工程中得到应用,后经不断完善和发展,1999年建设部将SMW工法列入高科技推广项目。
近年,我国在上海、南京、天津与广州等城市推广SMW工法,并广泛应用于地铁基坑工程、市政建设工程、建筑基坑工程及海岸防渗工程等。目前该工法主要应用于我国东南沿海地区的软土深基坑围护中,并逐步向内地推广。SMW工法作为一种新型的基坑围护技术,目前由于多种因素的影响,制约了该工法在我国推广应用,主要表现在设计计算理论不完善、施工机具滞后、大型机械协同工作的管理水平落后等。本文详细介绍了当前深基坑支护的特点与类型以及SMW工法支护结构在国内外研究及应用的现状和发展动态。上海、天津、南京等地区应用该工法较多,武汉地区虽然也有实际工程应用,但总体应用起步晚,该工法的应用适用性有待进一步研究,同时也提出了该工法在研究过程中存在的一些有待解决的问题。
在此基础上,本文分析和研究了SMW工法支护结构的内力计算方法、整个计算流程中各个计算参数的确定以及设计中挡墙的构造要求等。同时也系统全面的阐述了SMW水泥土支护墙体的施工技术,包括施工机械以及主要施工材料水泥土的特性和型钢的参数,施工工艺和特殊条件下的成墙方法等。对该工法的施工要点也进行了研究,绘出了施工工艺流程图,给出了施工过程中应注意的要点。考虑了型钢与水泥土的相互作用机理以及型钢在不同布置形式下型钢与水泥土组合刚度对SMW支护墙体结构设计的影响及处理方法。给出了设计理论中SMW工法支护结构设计应进行的型钢和水泥土强度与刚度验算的公式和步骤。最后针对上海地区采用SMW工法的中兴通讯研发中心二期工程的基坑支护进行了实例分析计算,该工程位于上海市张江高科技园区,繁华地段,场地中部已建一期工程(综合办公楼)将该拟建二期工程分为东西两个地块。为满足该工程对周围环境影响小等要求,基坑支护结构采用SMW工法围护结构。本文利用同济启明星软件对该基坑围护结构进行了内力设计计算及整个稳定性验算,并根据内力计算结果进行了型钢和水泥土的强度验算和型钢抗拔验算,并给出了相关改进的建议。论文还对中兴通讯中SMW工法实际工程进行了造价分析,并与排式钻孔灌注桩方案进行了比较分析。得出SMW工法是一种很有潜力推广应用的深基坑支护方法,具有广阔的发展前景。
论文最后在总结了SMW工法在设计计算和施工方面的一些结论的同时,还分析了适用该工法的各个地区的地层特性,特别是上海、武汉、重庆等地区的地层特性,认为SMW工法适合在这些地区推广应用,并给出了一些推广应用过程中会出现的问题和建议。事实上,我国还没有一套完整的有关该工法的设计计算理论和规范,目前通用的算法还不够完善,该工法还具有相当大的发展空间。各个地区都应在应用的过程中及时编写针对该地区的设计规范和应用要求。
本论文主要通过参考大量已有的工程实例对该工法的设计理论和计算过程展开研究。并结合上海地区一个工程实例进行设计计算分析应用,以期能更好的完善该工法的设计理论,使其在全国适合应用该工法的更多地区得到更好的推广作用。为SMW基坑支护的应用推广提供一定的参考。