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基坑支护中SMW工法细部优化设计：理论、实践与创新

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市建设中的地下空间开发利用日益广泛，基坑工程作为地下工程建设的重要组成部分，其规模和深度不断增加。在基坑支护工程中，SMW（SoilMixingWall）工法凭借其独特的优势得到了广泛应用。SMW工法又称劲性水泥土搅拌桩法，是在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料，形成同时具有承力和防水功能的复合结构。

该工法起源于20世纪70年代的日本，1976年由日本成幸工业株式会社开发成功，随后在全球范围内得到推广应用。在我国，SMW工法于上世纪90年代初开始引入并进行研究和试点工作，目前已在上海、南京、杭州等众多城市的建筑及土木工程中广泛应用，如地下挡土墙、防渗止水墙以及软土地基加固等工程领域。

SMW工法之所以受到青睐，是因为它具有诸多显著优点。在施工过程中，它对周边环境影响小，由于是直接把水泥类悬浊液就地与切碎的土砂混合，不像地下连续墙、灌注桩需要开槽或钻孔，不存在槽壁坍塌现象，故不会造成邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损或地下设施破坏等危害。同时，其抗渗性好，钻削与搅拌反复进行，使浆液与土得以充分混合形成较均匀的水泥土，且墙幅完全搭接无接缝，水泥土渗透系数很小，达10??～10??cm/s，比传统地下墙具有更好的止水性。此外，SMW工法还具有施工速度快，一般情况下施工周期可缩短30%左右；占用场地小，一般单排宽度为0.65～0.85m，国产设备双轴搅拌桩为1.2m；耗用水泥钢材少，造价低，特别是H型钢能够回收，成本大大降低等优势，有资料分析，SMW工法的成本一般为地下连续墙的70%左右，若考虑型钢回收，则成本可再下降20%～30%。

然而，在实际工程应用中，SMW工法也暴露出一些问题。例如，水泥土养护时间较长，这在一定程度上影响了工程进度；施工质量较难控制，由于施工过程涉及到搅拌桩施工和型钢插入等多个环节，任何一个环节出现问题都可能影响整个结构的性能；与地下连续墙相比，SMW工法形成的结构整体性和抗渗性仍显不足。此外，由于目前没有完善统一的SMW工法基坑设计规范和施工技术规范，不同地区、不同施工单位的施工质量参差不齐，差异较大，有些甚至影响了基坑的安全，造成了一些事故。

因此，对SMW工法进行细部优化设计研究具有重要的现实意义。通过优化设计，可以进一步提升SMW工法在基坑支护中的性能，使其更好地发挥优势。例如，合理设计水泥土配合比和型钢参数，能够提高结构的承载能力和稳定性，有效减少基坑变形，保障基坑周边建筑物和地下管线的安全。同时，优化设计还可以降低工程成本，通过更科学地选择材料和设计结构，在满足工程要求的前提下，减少不必要的材料浪费和施工工序，从而降低工程造价，提高工程的经济效益。此外，对SMW工法进行细部优化设计研究，有助于完善该工法的设计理论和施工技术规范，为工程实践提供更可靠的依据，促进SMW工法在基坑支护工程中的更广泛、更安全、更高效的应用。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

SMW工法起源于日本，自1976年由日本成幸工业株式会社开发成功后，在日本得到了极为广泛的应用，约占日本地下围护结构的80%。日本在SMW工法的研究和应用方面处于世界领先水平，对该工法的设计理论、施工技术和工程应用等方面进行了深入研究。

在设计理论方面，日本学者通过大量的试验研究和工程实践，对SMW工法中水泥土与型钢的共同作用机理有了较为深入的认识。研究表明，水泥土对型钢的包裹作用不仅提高了型钢的刚度，可减少位移，还起到套箍作用，防止型钢失稳，使得翼缘厚度可减小。日本材料协会进行的H型钢与水泥土共同作用试验研究，通过对现场养护70d后的试件进行压弯试验，并与同尺寸H型钢在一般荷载下对比，得出劲性桩的刚度较H型钢提高约20%的结论。在设计计算中，考虑水土侧压力由型钢单独承担，水泥土搅拌桩主要起抗渗止水作用，同时作为一种安全储备。此外，还对SMW工法的空间解析法、几何解析法等计算方法进行了研究，为工程设计提供了理论依据。

在施工技术方面，日本不断研发和改进施工设备。其SMW桩的搅拌钻机一般采用3轴钻机，同时也开发了4轴-6轴钻机，以满足不同工程需求，提高施工效率和质量。在施工工艺上，对水泥浆的配制、搅拌桩的施工参数（如钻进速度、提升速度、水泥浆注入量等）以及型钢的插入和回收等环节都制定了详细的操作规程和质量控制标准，确保施工过程的精确性和稳定性。

除日本外，美国、法国以及东南亚和台湾等许多地方也广泛应用了SMW工法。这些地区在引进和应用SMW工法的过程