SMW多軸深層攪拌機的現狀與發展

一、多軸深層攪拌機與SMW工法

多軸深層攪拌機是一種特殊的地基加固施工機械，它歸類于樁基礎鉆孔機械，主要由動力部分、輸漿部分、鉆桿、攪拌鉆頭、連接系板、吊具、導向滑塊及電氣控制部分組成。深層攪拌機使用時一般懸掛在通用打樁架上，再配套制漿、輸漿設備，就能實施一噴二攪或二噴三攪的水泥土深層攪拌樁施工工藝，能就地將水泥漿液與原狀土攪拌混合成具有一定整體性、抗滲性和強度的水泥土樁，起到提高地基承載力，隔水帷幕墻與基坑開挖擋土墻的作用。

SMW(Soil Mixing Wall)工法也被稱為加筋水泥地下連續墻工法，它是在一排相互連續搭接的水泥土樁中插入加強芯材(H型鋼)的一種地下墻施工技術。應用SMW工法支護結構的基坑開挖深度可達15m，這種支護結構能在一定應用范圍內替代現有的鉆孔灌注樁和地下連續墻支護結構。由于該工法具有無泥漿污染、止水性好、噪聲小、工期短、造價低、施工適應性廣等特點，已在上海地區的高層建筑、地鐵工程、合流污水治理工程、輕軌明珠線等工程的地下深基坑圍護中得到應用，并在1999年被建設部、上海市建委列為重點推廣項目。

二、我國SMW工法多軸深層攪拌機發展概況

我國SMW工法最早工程應用實例是1993年至1994年在上海環球世界商廈和南京某大廈基坑圍護工程中應用成功，基坑開挖深度最大為8.65m。目前在上海SMW工法應用中，最大基坑開挖深度已達到14.2m，插入與回收H型鋼長度達24m，最大基坑面積為1.6萬m2，最大基坑長度約為430m，累計應用工程將近40多個。隨著SMW工法在我國的應用與發展，我國的SMW工法多軸深層攪拌機也經歷了三個發展階段。

(1) 完善國產雙軸深層攪拌機及配套樁架

第一個發展階段開始于1993年至1996年，主要是對原國產雙軸機及配套樁架進行完善。前后改造應用了三種機型，它們都是在原有雙軸深層攪拌機的基礎上改裝而成的。第一種是雙軸深層攪拌機在井架內的軌道行走式樁機，一次定位施工墻寬為1260mm；第二種是雙軸深層攪拌機在樁架外側的滾管行走式樁機，樁機一次定位施工墻寬為1260mm；第三種也是雙軸深層攪拌機在樁架外側的滾管行走式樁機，但是要二次定位才能施工墻寬1200mm的擋土墻。它們具有樁架立柱垂直度調整方便、主卷揚無級調速與H型鋼插入功能，為SMW工法在我國的應用與推廣打下了基礎。

(2) 引進與應用日本SMW工法三軸深層攪拌機

第二個發展階段是1996年至1998年。隨著SMW工法在我國的應用成功，要求SMW工法圍護基坑深度達10m以上，水泥土攪拌樁成樁深度將超過20m，而國內原有雙軸深層攪拌機在成樁深度、施工質量與效率上都難以達到。所以，在1996年，我國武漢地區首先花巨資從日本引進與應用3-φ650SMW工法三軸深層攪拌機整套施工機械設備及施工工藝；1997年，上海也從日本引進了一套二手3-φ650三軸深層攪拌機設備和相應的施工工藝，成功應用于上海東方明珠國際會議中心基坑圍護工程，其基坑開挖深度達10.6m，基坑面積達13，400m2。至1998年，上海地區共引進三臺日本3-φ650SMW工法三軸深層攪拌機，在1997年10月至1998年的一年多時間，應用工程達16個，最大基坑開挖深度達11.5m，提高了我國SMW工法的成墻深度、成墻質量及施工效率，促進了SMW工法在我國的進一步推廣應用。

(3) 開發與應用組合式SMW工法四軸深層攪拌機

第三個發展階段是開發應用國產SMW工法多軸深層攪拌機。1998年上海隧道工程股份有限公司為了適應我國國情，提高國產深層攪拌機的成墻深度、成墻質量與施工效率，改變大深度的SMW工法施工設備依賴進口的落后狀況，降低SMW工法的設備投資，研究開發了組合式SMW工法四軸深層攪拌機。該設備具有兩種轉速與轉矩，單軸最大工作轉矩是目前國產雙軸機的1.7倍，并大于進口3-φ650SMW三軸機的左右二軸工作轉矩；可根據現場供電情況與樁形設計要求，經適當組合形成一字排列的二軸、三軸、四軸式深層攪拌機；一次成墻長度大于進口的三軸機一次成墻長度，成墻深度可達28m。經工程應用，取得了SMW工法成墻深度25.2m、插入H型鋼長度24m、圍護基坑開挖深度14.2m、回收H型鋼長度24m的可喜成績。該四軸機的制造費用遠低于引進設備的費用，降低了SMW工法設備投資與工程造價，為SMW工法在我國的進一步推廣與普及做出了貢獻。

三、我國使用的SMW工法多軸深層攪拌機施工特征與性能

(1) 國產SMW工法雙軸深層攪拌機施工特征

① 每立方加固土所用的水泥漿液量較少，施工時涌土量較少；

② 只有兩層攪拌葉片，采用兩次提升噴漿、三次攪拌，成樁時間較長；

③ 需借助外力將H型鋼插入到位；

④ 一次成墻面積較小，施工效率較低；

⑤ 攪拌機動力較小，最大成墻深度一般為20m：

⑥ 墻身厚度1200～1260mm，H型鋼截面設計選擇余地大，型鋼一般半位隔孔設置，用鋼量與型鋼回收工作量較連續設置小，復合墻體組合剛度較大；

⑦ 施工設備使用臺班費較低。

(2) 進口SMW工法三軸深層攪拌機施工特征

① 粘性土中每立方米加固土所用的水泥摻量、水灰比大，施工時涌土量大；

② 攪拌鉆頭與6m長鉆桿上有螺旋葉片和攪拌葉，水泥土攪拌充分均勻，H型鋼容易插入；

③ 每組樁施工時套接一孔，使墻身連續止水可靠；

④ 攪拌動力大，一般成樁深度為27m左右；

⑤ 一次成墻面積大，實施貫入輸漿法施工，成樁時間較短，采用履帶式打樁架施工效率高；

⑥ 對配套注漿泵流量與樁架提升力(60t)要求高；

⑦ 當采用中間軸噴壓縮空氣時，會影響水泥土的強度與均勻性；

⑧ 墻身厚度尺寸為650mm，H型鋼截面尺寸選擇余地小，且H型鋼多為連續排列，用鋼量與型鋼回收工作量大；

⑨ 施工設備使用臺班費高。

(3) 國產組合式SMW工法四軸深層攪拌機施工特征

① 該四軸機進行SMW工法施工時，水泥摻量可選用17～25%；

② 該四軸機攪拌鉆頭上設置四層攪拌葉，使水泥土攪拌充分均勻，水泥土強度較高；

③ 與進口三軸攪拌機一樣，能實施貫入輸漿法成樁先進工藝，成樁時間短，并使H型鋼順利插入水泥土攪拌樁中；

④ 成樁深度能達28m；

⑤ 一次加固面積大、施工效率高、成墻厚度為700mm、850mm、1260mm三種規格；

⑥ 當四軸機一字排列，一次成墻長度大于引進三軸機的一次成墻長度；

⑦ 施工設備使用臺班費較低；

⑧ 當四軸機正方形排列時，墻厚達126m，H型鋼的截面尺寸選擇余地大，型鋼設置靈活；可充分發揮水泥土的抗壓作用，提高SMW擋土墻的組合剛度；可減少SMW工法擋土墻的用鋼量與型鋼回收工作量。

四、我國SMW工法多軸深層攪拌機及配套設備的完善與發展趨勢

在日本，由于多軸深層攪拌機的單軸電機功率達到60kW，SMW工法還應用于砂礫土等軟巖地層，1993年SMW工法的應用約占全日本各種工法施工地下連續墻實績的50%左右。而SMW工法在我國的應用還剛起步，其施工設備的完善發展對該工法的普及和應用范圍的擴大具有重大影響。據統計SMW工法在上海軟土地層中的應用正呈逐年增長的趨勢。為使SMW工法在我國順利推廣，筆者認為我國SMW工法多軸深層攪拌機及配套設備應朝以下幾個方面完善發展：

(1) 提高多軸深層攪拌機的驅動功率，以適應不同地質條件；

(2)形成不同墻厚的三至四軸深層攪拌機系列，以適應不同基坑開挖深度要求的SMW工法；

(3) 開發矩形斷面的SMW工法三軸深層攪拌機(日本已開發應用)，使SMW工法墻體中H型鋼的排列間距更合理、更經濟；

(4) 開發密封性能好、使用維護方便的多缸輸出大流量注漿泵，以提高施工效率與適應成樁直徑大的SMW工法施工；

(5) 應用的打樁架主提升速度應與漿液摻入量、注漿泵流量相匹配，做到勻速噴漿、勻速升降攪拌，以提高水泥土樁的強度與均勻性；

(6) 完善與推廣應用水泥土攪拌樁施工質量即時監控裝置，使SMW工法的應用具有質量保證手段，以利于SMW工法在各類工程中的推廣。