SMW工法和拉森钢板桩的发展应用概况

SMW工法和拉森钢板桩的发展应用概况一、SMW工法的特点SMW工法（SoilMixedWall，型钢水泥土搅拌墙），是以多轴型钻掘搅拌机在原位地层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H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。SMW工法的主要优点如下：（1）施工时原位切削搅拌土体、水土保持总量平衡，对邻近土体的扰动小，不会危害邻近道路地面、建筑物、地下设施等。（2）将止水止土帷幕和结构受力构件结合成一体，围护体占地面积小，可充分利用土地资源。（3）内插型钢可回收重复使用，可节约大量钢材，降低造价。（4）围护施工完、型钢拔除后，留在地下的只是强度不高的水泥搅拌桩，不会成为永久地下障碍物，不影响今后地下空间资源的开发。（5）钻杆的螺旋推进翼与搅拌翼相间设置，随着钻掘和搅拌反复进行，使水泥系强化剂与土搅拌很均匀，而且三轴桩为一轴全断面套打，桩长度范围及横向搭接时均无接缝，止水性能好。（6）对土层的适应性强，配不同的钻杆可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层使用。（7）施工速度快，工期短，在一般土层中每一台班可成墙100m3左右。（8）施工噪音低、振动小，产生的泥浆、废土外运少，对环境污染小。（9）可成墙厚范围大，达550~1300mm；目前成墙最大深度达65m。SMW工法尚有以下不足之处：（1）SMW工法比大直径钻孔灌注桩、地下连续墙的刚度要小，变形相对较大，对周边环境保护的要求较高的项目需慎重采用。一般适合挖深不超过12m的基坑（具体与土质条件有关），挖深较大时需配合相对更多道支撑支护，影响施工。（2）地下室层数多（三层以上）、挖深较深时，由于地下室结构本身的施工工期较长，SMW工法型钢的使用时间相应较长，则租赁费用较高，此时经济优势不明显。（3）SMW工法机械体量大，对地基承载力要求较高，若施工场地狭小时无法采用SMW工法。（4）SMW工法的机械数量多，进退场费用高，项目较小时将进退场费用计入反而不经济。二、SMW工法的发展应用SMW工法于1976年在日本成功开发，我国最先于1993年通过技术引进，并在上海静安寺环球世界商厦基坑围护中首先得到成功应用。由于SMW工法工艺简单、工期短、造价低、节约钢材、节约地下空间资源，符合国家建设节约型社会和发展循环经济需要，在1999年被建设部、上海市建委列为重点推广项目。此后在上海得到了大量推广应用，并于2005年制定了相关地方标准。国家行业标准也已于2010年3月发布，将于2010年10月实施。以二层地下室中常见的深度10米、周长350米左右的基坑为例，传统的围护形式为钻孔灌注桩结合两道钢筋混凝土支撑支护，钻孔灌注桩外侧设水泥搅拌桩止水止土，基坑施工工期需6个月左右。基坑围护完成后，钻孔灌注桩留在地下，成为极难处理的永久地下障碍物；钢筋混凝土支撑拆除后成为建筑垃圾，仅可用于临时填埋场地；水泥搅拌桩也留在地下，但其强度不高，遇到时处理的难度不大。所有围护结构体的材料均一次性损耗，不能重复利用，甚至成为污染物、障碍物，造成较大的浪费。表1钻孔桩结合两道钢筋混凝土支撑支护与SMW工法结合两道钢支撑支护所损耗的混凝土、钢材对比混凝土（m3）钢材（吨）钻孔桩结合两道钢筋混凝土支撑支护钻孔灌注桩3700440钢筋混凝土支撑1820200SMW工法结合两道钢支撑支护钢筋混凝土压顶梁30035SMW工法节约5220605上述传统围护形式完全可用SMW工法结合两道钢支撑支护的形式替代。由于SMW工法的内插型钢及钢支撑可回收重复使用，损耗率极低，需损耗混凝土、钢材的仅为型钢顶部的钢筋混凝土压顶梁，因此可节约大量混凝土、钢材，降低25%左右的围护造价；且施工速度快，工期可缩短20天~25天。从表1可知，SMW工法节约的混凝土、钢材量十分可观，是值得大力推广的绿色、环保的围护形式。近几年，杭州地区每年有近200个采用钻孔灌注桩支护的基坑，一半以上可用SMW工法替代，可节约20多万立方米的混凝土、2万多吨钢材。2006年以后SMW工法在杭州地区得到了大力推广，通过多个应用项目的良好效果检验，现已为设计单位、建设单位、施工单位所普遍认可，应用SMW工法的深基坑工程数量迅速增长。现SMW工法在杭州地区的基坑围护工程中应用率约为8~10%，正处于高速发展阶段，5年内在基坑围护工程中的应用率可达25~30%。从全国范围看，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中，并逐步向内地推广。以上海为首的较早推广应用的地区，SMW工法应用较成熟，应用率在25~30%；在近4、5年开始推广应用的大城市，如南京、苏州、天津、武汉、福州等，与杭州类似，正处于高速发展阶段；而东南沿海的中小城市及中西部地区的大中城市由于受经济发展水平限制，基坑工程的市场规模刚刚开始发展，对SMW工法处于接受应用、初期推广阶段。国内各地区的地质条件复杂多变，但SMW工法适用于各种土层，尤其适用于4~13米深度的基坑，而这一深度的基坑也是整个基坑工程中比例最大的。由于地下空间的开发利用与经济发展水平密切相关，东南沿海的大中城市及中西部地区的大城市是今后5~10年SMW工法应用增长的主要市场。三、拉森钢板桩的应用现状拉森钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧或冷弯型钢，靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩墙挡土止水，具有高强、轻质、施工机械简单、施工方便快捷、无需养护即插即用、止水性好、耐久性好、可回收循环利用、环保无污染等优点。以一层地下室中常见的深度5米、周长500米左右的基坑为例，最常用、最经济的围护形式为土钉支护，但需分层开挖、分层施工、分层养护，工期要受土钉施工、养护时间的制约；土钉抗拔力受土层性质的影响大。基坑围护完成后，土钉留在地下，成为永久地下障碍物，由于土钉体中间为钢材、抗拉强度高，且长度较长，密度大，极难处理。所有材料均一次性损耗，不能重复利用，成为污染物、障碍物，虽然单个基坑产生的废弃物数量不算多，但由于用土钉支护的二、三级基坑多达三、四百个，累计的量非常大，即使每年仅一百个基坑用拉森钢板桩替代，也可节约3万多立方米的混凝土、水泥浆和5千吨钢材。表2常规基坑采用土钉支护损耗的混凝土、水泥浆、钢材混凝土（m3）水泥浆（m3）钢材（吨）土钉支护喷射混凝土面层24016土钉9530合计2409546而且随着土地供应的紧张，对土钉超越用地红线使用的要求越来越严格。受周边环境、用地红线等制约，许多二、三级基坑只得采用造价要高得多的钻孔桩支护。况且采用钻孔桩支护造价高，混凝土、钢材的一次性损耗更大。若采用拉森钢板桩支护，由于全部为可重复利用的钢材，高强轻质、无需养护即插即用，可回收循环利用，基本不生成一次性损耗材料，无疑是数量众多的二、三级基坑的最理想、最环保的支护材料。目前全球钢板桩年消费量近300万吨，其中欧洲约50~60万吨，北美50万吨以上，日本50~60万吨，韩国约20万吨，东南亚近20万吨，香港、台湾的消费量也超过5万吨。其中约60%用于一次性适用的永久结构，40%在临时结构中反复适用。广泛应用于防波堤、护岸、船坞、码头、人工岛、船闸、地下隧道、路堤、挡土墙、防渗墙、地基加固等永久性工程和围堰、基坑围护等临时性工程。我国钢板桩年消费量仅3万多吨，市场保有量小，仅限于港口、码头、船厂建设等永久性工程和建桥墩时围堰、少量基坑等临时性工程。仅马钢等少数钢厂曾小规模生产过，大部分依靠进口，到2007年才制定相关国家标准，与中国钢产量占全球一半的地位极不相称。与此相反，东南沿海的钢板桩租赁市场异常火爆，常出现无桩可租的局面。工程建设对钢板桩的需求增长迅速，不少项目设计时考虑采用钢板桩，往往因无桩可租赁而不得不变更方案。现阶段我国钢板桩的市场形势与10年前的H型钢相似，刚处于市场发展初期，也预示着钢板桩未来巨大的市场。随着城市化进程的加快，大型工业区、高铁、高速公路等大型工程的大量建设，对护岸、护坡等防护重要性的越来越重视，钢板桩市场必将迅速增长。同时，在住宅和公共建筑的基坑工程中推广应用是今后的重点，估计5年内在基坑围护工程中的应用率可达8%。预计今后5~10年国内将具备较大的热轧钢板桩生产能力，未来10年内我国钢板桩的年消费量可望超过50万吨。