型钢水泥土搅拌墙深基坑支护施工技术与工艺介绍

型钢水泥土搅拌墙深基坑支护施工技术与工艺介绍

上海工程机械厂有限公司

目录：

（一）、前言

（二）、特点

（三）、适用范围

（四）、工艺原理

（五）、工艺流程操作要点

（六）、水泥浆的喷射

（七）、水泥土搅拌桩整体性要求（八）、其它事项

（九）、型钢插入与起拔回收

（十）、围檩、支撑安装与土方开挖（十一）、同平面纵向支撑的设置

（十二）、基坑回填等其它工艺流程施工（十三）、劳动力组织

（十四）、材料

（十五）、设备

（十六）、质量控制要求（十七）、安全措施（十八）、环境保护措施（十九）、经济效益分折（二十）、工程应用实例（二十一）、工程概况（二十二）、施工情况（二十三）、工程评价（二十四）、结论

（一）、前言

深基坑（2-3层以上地下室）支护工程中采用型钢水泥土搅拌墙支护，是近年来在我国逐步发展起来的一种新型支护施工工艺。它是以连续水泥土搅拌桩构成水平连续墙体，在水泥土搅拌桩形成的初期插入大刚度H型钢，形成型钢和水泥土共同的支护体，在这种支护体中连续水泥土搅拌桩既是支护体，又是止水防渗帷幕墙，水泥土搅拌桩中的型钢既是基坑周边围护竖向构件，又与坑内水平支撑梁、架组成支护体承担基坑外水平力，达到基坑支护结构的目地。

水泥土搅拌桩和型钢组合体的相互作用使得两者优势增强。因此能胜任深基坑大水平力下的支护需要，同时水泥土搅拌桩中的型钢经过减摩剂处理，当基坑施工回填后型钢可拔出回收，使得该结构具有很好的社会经济效益。

基坑施工案例；2007年福州市第三建筑工程公司承建福州市永成大厦，第一次在福建省引进型钢水泥土搅拌墙施工技木，推广应用在福州市永成大厦的深基坑3层（局部4层）地下室工程项目的施工。

实践中对该SMW施工工艺进行了科学严谨的探索，编制了严格的质量管理的控制体系，开展Qc活动对保证水泥土搅拌墙桩型钢插入和钢筋混凝土围梁、钢支撑设置等开展Qc活动, 总结出了一套行之有效的新控制方法。

其成果分别获得2008年福建省和福州市工程质量协会, 中国建筑业协会和全国质量协会等五部委授予的优秀奖. 工程实践证明；该施工工艺质量可靠, 工艺科学, 对周围环境无污染, 经济效益高, 是适合我省软基中深基坑支护的良好方法,。

经工程实践认真总结,吸收qc活动成果, 编制本工法. 意义在于向省内外及全

国行业内人士,简要介绍型钢水泥土搅拌墙深基坑支护施工工艺特点和要求. 供借鉴参考!

（二）、特点

1、水泥土搅拌桩系采用三轴式连续墙钻机按一定的定位程序搅拌, 使水泥土

搅拌桩都能得到两次搅拌循环, 从而提高水泥土搅拌桩的质量, 形成较高的止水防渗帷幕墙体。

2、在水泥土搅拌桩形成的初期插入大刚度H型钢, 形成型钢和混凝土的支护

体, 水泥土搅拌桩和型钢组合体的相互作用使得两者优势增强。

3、水泥土搅拌桩内插入的型钢和基坑内钢水平支撑, 组成承担边坡水平力支

护体的主要构件, 与水泥土搅拌桩良好的防水能力共同组成深基坑围护结构, 使深基坑施工过程对周边已有建筑物及设施不利影响小, 维护环境和谐和安全。

4、水泥土搅拌桩体内插入的型钢,必须要经过减摩剂处理, 当基坑施工回填后

型钢可拔出回收, 使得该基坑围护结构具有很好的经济效益. 型钢水泥土搅拌桩墙体与钢筋混凝土灌注桩比较, 钢材的使用量, 工程造价可显著降低, 施工工期可显著提前，工艺操作简单，质量控制方便等优点。

5、水泥土搅拌桩施工过程置换土少，无泥浆污染，对环境影响小。（三）、适用范围

有内支撑的型钢水泥土搅拌桩墙体支护，可以作为地下深层开挖中的止水帷幕墙及基坑围护结构工程支护，型钢水泥土搅拌桩也可作为内支撑的独

立支柱，通常水泥土搅拌桩的长度可达到30-35米。

（四）、工艺原理

1、水泥土搅拌桩工艺原理系采用大直径，大功率三轴式连续墙钻机切削原土

搅拌同时喷射水泥浆液，使水泥和土之间产生一系列物理，化学反应而逐步硬化，形成具有整体性，水稳性和一定强度的水泥土混合桩体，达到防水和整体构造。

2、在水泥土搅拌桩施工形成后，及时将型钢通过自重经起重吊机插入水泥土

搅拌桩内形成型钢水泥土搅拌复合墙体。

3、水泥土搅拌桩内的型钢增强了水泥土搅拌桩的支护承载力，水泥土搅拌

桩又是横向联系形成支护墙体和止水帷幕的主体，该主体并通过坑内钢水平支撑组成空间支护体系，以承担基坑周边墙体外土的水平压力，完成基坑支护。

4、水泥土搅拌桩的质量（均匀性，垂直度，强度），型钢与桩身的同心度是

构成支护墙体和止水帷幕的关键。通过施工工艺为上述质量关键提供可行的作业指导。

（五）、工艺流程和操作要点

（1）工艺流程

水泥土搅拌施工——型钢插入——桩顶钢筋混凝土围梁——钢管内支撑安装——土方开挖——型钢围檩、钢管内支撑安装——土方开挖——（重复围檩、支撑安装与土方开挖）——地下室结构施工——围檩、支撑拆除——基

坑回填——型钢升拔回收。

（2）操作要点

水泥土搅拌施工流程；场地平整——桩机就位——开机切削搅拌、下沉喷浆提升搅拌喷浆——桩机移位。

（3）三轴式连续墙钻机按一定的定位程序；

一般情况下采用跳槽式双孔全套复搅式连接和连续套一孔复搅式连接。2围墙转角处或施工间断情况下采用单侧挤压式连接。

（4）场地准备；

1、平整施工现场，填土至机械工作面高度并压实，保证重型桩机设备场地

移动安全，水平满足工法桩机钻杆垂直度要求。

2、根据经验依照搅拌桩深度在桩位中线上开挖土体形成0.5-1米深沟槽，搅

拌后体积增高储槽。

3、定位放线确定支护桩中轴线，测定水准桩用于桩深搅拌依据。

（5）由三轴式连续墙钻机与桩架组成的工法桩机应符合下列要求；

1、具有三轴搅拌钻机驱动电机工作时电流显示。

2、具有桩架立柱垂直度调整功能。

3、具有主, 副卷扬机液压无级调速功能.。

4、主. 副液压卷扬机采用液压驱动要有液压显示仪显示和钢丝绳工作拉力显示。

5、桩架立柱下部装有三轴搅拌的导轨定位导向装置。

6、在三轴搅拌桩深度超过20米时, 须在搅拌轴中部位置的立柱导轨上安装

可移动带导向的中间支撑架,保证三轴搅拌桩在深度超过30米, 成桩的垂

直度。

（6）桩机就位要求

1、根据设计放线, 桩的中轴线安放桩机轨道.。

2、桩架在轨道上移动调整桩排的中心对准中轴线, 在中轴线上各桩距离以顺

轨道移动桩架给定。

3、中轴线放样应分段给出标桩的位置, 其数量必须满足桩施工定位的需要。

4、桩定位力求淮确, 要保证三轴水泥土搅拌桩相互间搭接符合设计要求。（7）桩的搅拌工艺;

1、桩的搅拌升降速度由施工机械设备按设计标准设定，通常每分钟应不大

于0.5米，在正常情况下升降速度不变，施工作业前应进行检查校对。

2、当电流小于额定电流时，桩的搅拌升降速度也小，但只要切削搅拌工作

不受影响是允许的，但要相应调整喷浆量。

3、对干软土层可采用两搅两喷工艺，即在下沉切削搅拌土和提升搅拌土的

同时进行喷射水泥浆液，采用三轴搅拌钻机施工使每根桩都得一个重复

搅拌过程。

4、对于采用自动沉降插入型钢的水泥浆（水灰比应大于1；1.5）。水泥土搅

拌桩施工前应做水泥土搅拌土试验，核定按设计水泥用量的情况下，水

泥土所能达到的强度及抗渗能力。

（六）水泥浆的喷射

1、水泥浆喷射要做到压力保证，喷射均匀是保证水泥土搅拌

2、水泥浆喷射由空压机——注浆泵——送浆管——钻杆端头喷浆口——进

入切削土层——水泥与土搅拌，保证三轴钻杆在下沉切入土体搅拌过程或提升搅拌过程中，水泥浆液喷射均白有力，与土搅拌混合充分。

3、水泥浆液喷射额定压力不宜小于0.3mpa。

4、注浆泵的喷射压力应与水泥掺入量相匹配, 其最小喷射量可按以下公式

确定;

q＝1／4＊π＊D2＊aw＊TL＊(1＋S) ＊v

式中; D－钻头直径(m)

aw－设计水泥掺入量值(%)

T L－土体容量(K N／m3)

V－钻杆下沉或提升速度(m／m i n)

S－水灰比

5、水泥浆根据需要掺用外加剂如; 减水剂, 早强剂, 泵送剂等. 使

用外加剂的标准应符合相应标准。

6、输送浆管应保持通畅, 每班检查不少于4次, 遇到水泥浆液输送不

畅时应及时检查原因和停机排除故障。

（七）水泥土搅拌桩整体性要求

1、水泥土搅拌桩每班应连续作业施工。

2、当班次交接间歇时间超过水泥土终凝时间时, 应加大搭接量100 m m以

上. 终凝时间判断可现场试验确定. 当停歇时间过长可在水泥土搅拌桩后侧紧贴补打三根水泥土搅拌桩。

3、水泥土搅拌桩垂直度要达到设计要求, 且不大于1%,保证桩长全部都能完

整搭接. 设计搭接量应大于桩长乘以允许垂直偏差。

（八）其它事项

1、水泥土搅拌桩顶部应保持无积水, 以保持搅拌水泥土桩凝固环境。

2、若桩顶冠梁的在桩土体终凝前按设计要求,加插连接件。

（九）型钢插入与起拔回收

型钢插入的形式根据设计确定, 有以下方式。

1、密插型;即在每一根水泥土搅拌桩的中心插入一根H型钢.

2、插二跳一型; 即在每连续两根水泥土搅拌桩的中心各插入一

根H型钢, 间隔一根水泥土搅拌桩不插入H型钢, 而后如上循环连续进

行。

3、插一跳一型；即在每一根水泥土搅拌桩的中心插入一根型钢，

间隔一根水泥土搅拌桩不插型钢，而后如上循环连续进行。

4、转角及需要加强的部位依设计说明。

（5）插入型钢基本要求

1、型钢材料、规格应符合设计要求。

2、型钢长度根据工程设计制备，当长度不能满足设计要求时需要事先拼接，

拼接处做成坡口焊接，必要时在接头中部做成双向鱼尾榫以加强接头刚

度。焊接面应于型钢原平面一致，以保证升拔和回收。

3、型钢整长必须顺直，总弯曲不得大于1%，且不大于15mm 。

4、型钢接头每根不大于2处，且不在受弯、受剪大的位置，焊缝应达到二

级要求。

5、型钢外表面应光滑平整，剔除焊瘤，仔细涂刷减摩剂。

（6）型钢插入；

1、型钢插入应在水泥土搅拌桩两次搅拌程序完成后紧接进行。

2、型钢插入前安装定位卡模，做到定位卡模的中心与水泥土搅拌桩的中心

一致，符合定位卡模位置时应采用双复核的方法（既要核准已插入的型

钢间距，又要复核与原点的距离）。

3、型钢插入一般采用自重下沉法，即由吊机从型钢顶部起吊，使型钢在自

重保持垂直，而后对准定位卡模就位，再松弛吊绳让型钢稳步、均匀下

沉至设计标高。当型钢自重有继续下沉可能时，在水泥土搅拌桩顶上设

置止滑措施，或住后适当推迟下沉时间。当型钢自重下沉达不到设计标

高时，可采用机械加压的方法使之达到下沉标高。

4、型钢下沉的垂直度要严格保证，可采用在桩机上吊挂垂锥和径纬仪视测

相结合的方法，保证垂直度偏差不大于规定值。

（7）型钢升拔要求

1、型钢升拔应在基坑施工完成后进行。

2、型钢升拔应逐根进行，升拔前应利用钢筋混凝土围顶梁做反作用力平台，

通过液压千斤顶把型钢先行升拔，待型钢松动后慢慢升拔，待升拔到一

定高度后再采起重机吊钩垂直稳定对准型钢中心提升吊绳均速升拔，升

拔过程要保持型钢垂直上升，以减少升拔阻力和保持型钢不变形。

3、水泥土搅拌桩体中在型钢升拔出后形成空孔应及时采用砂质土仔细回灌

填实，必要时需采用加扦或振荡压实。

（十）围檩、支撑安装与土方开挖

1、型钢水泥土连续墙桩顶部纵、横钢筋混凝土围顶梁支撑应在同一标高的

平面上，并且可以提高每层开挖空间。纵、横向围梁可采用钢筋混凝土

或采用工具型钢质梁（管）支撑。

2、内支撑设置施工顺序；钢筋混凝土围梁或钢围梁——支撑柱牛腿设置—

—纵向支撑梁设置——横向支撑梁设置。

3、事先按支护结构设计要求，设置钢筋混凝土围顶梁，在围顶梁内侧按纵

横支撑、斜撑留设预埋件，围梁内与插入型钢接触面应加油毡隔离。

4、按设计标高由上而下依土方开挖进度设置水平钢筋混凝土或钢围梁，当

挖土标高到达时，清除型钢内侧部分水泥土搅拌桩，使钢筋混凝土或钢

围梁檩部位型钢露出。围梁应顺直紧靠竖向型钢（即先前插入的型钢），

并与型钢焊接。当围梁与个别竖向型钢不能紧靠时，可加焊钢垫板。

5、围梁檩与水泥土搅拌桩间的空隙应用混凝土填实。

6、支撑柱牛腿设置；根据支护设计的标高在支撑上焊接支撑牛腿。

（十一）同平面纵向支撑的设置

1、纵向支撑梁设置顺序为先中部后两端。

2、在两个支撑柱间纵向支撑梁位置上先挖出一条安放纵向支撑梁（管）沟，

安装接纵向支撑梁（管）。从中间到两端联接完成。

3、在安装纵向支撑梁（管）的同时，按设计横向支撑位置预设放一字型节（点）头。

4、一字型节头系钢质同平面支撑的节头，它顺纵向支撑（管）两侧为大于

纵向支撑（管）的孔洞，使纵向支撑（管）穿过。与横向支撑平行的一

字型节头宽度应大于横向支撑（管）宽度直径。一字型节头的上下面用

的钢材厚度必须加厚使一字型节头的承载能力大于横向支撑。并且在一

字型节头的两端设连接法兰盘，留待与横向支撑梁（管）连接。

5、在各条纵向支撑梁（管）完成后，从中部开始逐根完成横向支撑（管），

其施工方法参照以上纵向支撑梁（管）。

6、若采用纵、横向支撑不同平面时，可不必采用一字型节头，在纵、横向

支撑梁（管）交接点处可增加U型钢筋扣螺栓。

7、纵横支撑的拼接可辅助段接头或垫板，并与围梁檩紧贴焊接。

8、支撑的安装过程要严密观测型钢水泥土搅拌桩变形状况，必要时施加预

应力反顶支护体。

9、斜撑在纵向支撑的同时紧接进行，与围檩焊接，必要时在围檩上加焊端

部止滑托块。

10、内支撑立柱穿地下室楼板部分先留洞，回收后补浇混凝土。

11、内支撑立柱与地下室底板结合部须采取防水措施（如焊接止水板）等。

12、每层支撑完成后，方可开挖该层支撑下到下一层支撑面以上的土方。土

方开挖方法按工程施工组织设计进行。土方开挖过程若需要挖掘机穿越

支撑时应加高支撑两侧土，加盖厚钢板以防止压坏支撑体。

（十二）基坑回填等其它工艺流程施工；

1、基坑开挖完成后应及时封底及地下室施工，按支护设计程序分段回填（或

浇筑钢筋混凝土撑板）后方可按程序卸内支撑。

2、土方开挖、支撑施工应和单性施工组织有协调地组合。

3、土方开挖过程要加强支护体和周围环境的观察，特别是周围危险段（紧

靠基坑附近的道路和重要建筑物）沉降变形及透水状况，应及时必要的

采取预防加固措施。（应急预防措施；堵水措施、加强支护措施、坑内回压措施）等。

4、支撑拆除要和地下室施工相结合，施工时先用千斤顶卸荷，观察支护体

与土层体的变形情况，无意外情况发生方可全面逐段拆除。

（十三）劳动力组织

1、三轴式连续墙钻孔搅拌桩机设备施工作业班组一般由4人组成，驾机操作

手1人，地面指挥1人，辅助人员2人，自动搅拌制浆系统（后台）技工1人，辅助人员1人。

2、型钢插入作业班组2-3人，其中插型钢工1人，辅助人员1-2人。

3、钢支撑作业班组6-7人，其中支撑作业工4人，辅助人员2-3人。

（十四）材料

1、材料；配置的水泥灰浆中使用水泥应用普通硅酸盐水泥以不小于32.5＃为

宜。

2、当水泥等级较高可掺用粉煤灰，粉煤灰应达到Ⅱ级，细度应95%通过4900

孔／cm2, 掺量以设计要求试验换算。

3、外加剂应达到相应标准要求. 型钢与支撑应符合设计的规格标准要求。（十五）设备

1、主要机械; 起重吊机, 挖掘机(0.5m3以下), 三轴式连续墙钻机／重型桩

架, 水泥自动搅拌系统(后台混凝土搅拌站) 等。

2、配套设施；电焊机，千斤顶，钳工机具，水泥套罐或池，水泥注浆输送管，

水电管线及电控开关设施等。

3、质量控制仪器具；水准仪、径纬仪，卷尺、塔尺，垂锥等。

（十六）质量控制要求

1、量控制标准；执行（建筑地基基础施工质量验收规范）GH50202-2002。

2、水泥土搅拌桩施工后，采用钻孔取芯等手段检查成桩质量。

3、基槽开挖后，检验桩径及桩身质量。桩长偏差为＋100mm、-50mm；桩位＜20mm；垂直度＜0.5%；水泥量偏差正负2%；桩顶标高＋50mm、-0mm；桩径偏差＋30mm、-10mm。

4、支撑安装参照相关钢结构安装规程。

5、水泥土止水帷幕墙应有效闭合，无透水现象。

6、水泥土搅拌桩下沉切削土层深度应与桩架自重和配重相匹配，当遇到下沉

阻力与扭矩增大时应加大桩架的配重，以保证桩机在整个施工过程中安全可靠，搅拌均匀有力，作业正常。水泥浆配制不得私自调整，必须要严格按设计定量配置，要预先筛除水泥中的杂质和块状物，以保证水泥自动搅拌系统正常操作，水泥浆应在水泥搅拌机中不断搅拌，调和充分保证注浆泵输送水泥浆液能正常有序进行。

7、水泥土搅拌桩应确保加固强度和均匀性，高压送浆过程不允许发生断浆现

象，若提升时发生断浆现象，应将三轴钻机前端头下沉切削搅拌，再继续喷浆搅拌提升。

8、水泥土搅拌应严格按设计确定数据，控制喷浆量和三轴钻机搅拌头提升速

度，误差不得大于正负10cm／min。

9、水泥土搅拌桩施工中常见的问题及处理见表

10、型钢在插入下沉过程宜采用径纬仪和三角架桂锥锤两种方法进行目测校

对。

11、内支撑安装质量控制重点是；交接点是否可靠或偏离中心，围梁檩部和

型钢及水泥土搅拌桩连接是否紧密有效。

（十七）安全措施

1、施工作业现场用电应符合安全规定，开关箱与施工设备实行一机一闸一漏

电保护器。

2、作业人员应佩戴个人安全防护用品（如；安全帽、护镜、用电作业有防护

手套和胶靴）。

3、三轴式水泥土搅拌桩机作业区范围应设定安全警戒，非作业人员不得进入

作业区，以防止意外伤及出现人身事故。

4、所有施工机械设备都均应用防护装置及保险装置，施工机械设备操作人员

在开工前，必须按安全操作规程对设备各操纵和电控系统进行班前检查

后，方可进入施工操作。

5、基坑施工中应设，有顶棚防护的人行扶梯。

6、现场施工人员必须持证上岗。

7、基坑四周必须设置1.5米高安全护栏，要设置一定数量的临时上下施工楼

梯。

8、型钢吊装插入和拔出施工现场要服从起重人员统一指挥，并保证指挥信息

正确告知起重机驾驶人员，驾驶人员每一操纵动作要绝对服从地面指挥人员指令，做到慢起轻落、防止撞击碰擦事故的发生，吊装型钢均应绑溜绳以控制构件空中位置。

（十八）环境保护措施；

1、施工过程应严格遵受（建筑施工现场环境与卫生标准）JGJ146-2004。

2、施工机械设备作业安排应遵守城市噪声控制要求。

3、现场粉尘应洒水, 产生泥浆土及时清理外运。

4、挖土及产生出的土方土按指定地点集中堆放, 封闭外运。

5、夜间施工应按环保规定执行。

（十九）经济效益分折

1、型钢水泥土搅拌墙支护结构与其它方法支护结构比较, 可节省钢材, 每延

米支护节省钢材约750公斤以上(因型钢可升拔回收)。

2、型钢水泥土搅拌墙支护结构造价,比钢筋混凝土灌注桩造价可节省3／5。

3、型钢水泥搅拌墙支护结构, 它的止水效果好, 地下室施工抽排水量明显减

少, 对基坑周围建筑物影响小。

4、型钢水泥土搅拌墙支护结构, 它可更适用于地下室（2-3层）深基坑的施

工，采用大直径，大功率三轴式连续墙钻机进行搅拌桩施工对支护结构

整体质量优良，地下连续墙成桩深度可达到35-55米，基坑开挖深度可

达到12-20米。

（二十）工程应用实例

本工法成功地用于永成大厦等工程，工程质量满足规范和合同要求。现以永成大厦工程为实例说明本工法应用情况。

（二十一）工程概况

永成大厦位于福州市井大路与鼓东路交汇侧，化民后巷与化民营巷

交汇处北侧，福州市井大路小学南侧，地上17层，地下2层地下室。钢筋混凝土框架-剪力墙结构。

建筑总面积为13493m2（7级抗震设防）。本工程地下室开挖深度为；10米-11.5米，基坑长度45米，宽度37米，基坑支护为一排型钢水泥土搅拌墙支护，水泥土搅拌桩直径850mm，三轴搅拌桩间距600mm，桩与桩搭接250mm，内插H型钢700*300，连续墙搅拌桩深30米，插入型钢深度20米，基坑内设三道水平钢支撑。

工程2007年10月开工，2008年地下二层地下室结束，基坑变形经独立第三方检测结果，最大水平位移62mm，坑中变形最大31.28mm，最大沉降量

16.47mm，周边建筑物无异常现象，型钢水泥土搅拌墙止水帷幕搭接完整，