CN101255689A - 长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，首先用常规方法形成间隔分布的多根护坡桩，然后依次进行确定桩位、引孔、旋喷搅拌钻进和旋喷搅拌提钻形成帷幕桩成桩的工艺步骤。本发明的有益效果是：帷幕桩施工完成后，对施工情况进行现场检查，开挖后考察帷幕桩成桩及止水效果，经检验，成桩情况良好，达到设计要求。经现场测量，桩径可达900mm，帷幕桩与护坡桩连接紧密，止水效果显著；对现场原料用量及对实际工作量统计，与在两根护坡桩之间布两根旋喷桩相比，可知此项技术不仅止水效果好，而且大大降低了工程造价。

Description

长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑地基基础施工中的成桩，特别涉及一种旋喷搅拌水泥土桩及其成桩的施工方法。适用于形成止水(也称为隔水或截水)帷幕桩、复合地基桩，基础桩、抗拔(浮)复合桩及护坡复合桩的母桩，尤其在较硬土层(如北京地区的较硬土层)中更显优势。

背景技术

水泥土搅拌桩由于其施工简便、成本低廉而被广泛应用于地基处理、基坑支护及止水帷幕桩等领域，但采用现有设备在较硬土层进行搅拌桩(即使是单纯的旋喷桩)施工时受到了极大限制。例如某工程采用了在每两根钢筋混凝土护坡桩(桩中心间距1.6m)之间设置两根直径600mm的单管旋喷水泥土桩，基坑开挖后，观测止水效果并不理想，而且个别旋喷水泥土桩垂直度也未能达到设计要求。为此人们开始积极地改进方法，采用复合的方式解决上述问题便应运而生，例如公开号CN1078519专利公开了“钻孔注浆成桩法及钻具旋喷装置”(92106176.5)采用了在长螺旋钻具上设置旋喷装置的方法，主要用于形成扩大头，扩大了旋喷和长螺旋两种工艺的适用范围。再如公开号CN2223653的专利公开了“喷搅注浆处理地基装置”(95216200.8)，提供了一种用深层搅拌法和高压喷射法相结合的喷浆处理地基装置，主要用于地基处理，以达到增大地基面积和承载力的目的。

另外，公开号CN1504613的专利公开了“防水桩挡墙的成型方法及其使用的螺旋钻机”，其防水桩挡墙的成型方法，包括以下步骤：(1)用螺旋钻机钻孔，钻到设计的旋喷深度时，开动泥浆泵，调整水泥浆喷嘴的喷射压力和螺旋钻钻杆的钻进速度，使水泥浆喷嘴旋喷水泥浆，形成扩孔护壁；(2)待钻孔达到设计的钻孔深度时，使钻杆停止转动，此时一边提升钻杆，一边压灌混凝土，混凝土压灌到设计高度时，形成混凝土桩；(3)根据设计的需要按上述步骤依次成桩，形成防水挡墙。其中防水桩挡墙的成型方法主要用于在制作钢筋混凝土护坡桩的同时利用旋喷形成防水挡墙。

另一种现有的防水桩挡墙的成型方法，其包括以下步骤：(1)用螺旋钻机钻孔；(2)待钻孔达到设计的钻孔深度时，使钻具停止转动，调整喷嘴的方向、钻具的提升速度和喷嘴压力，此时一边提升钻具，一边压灌混凝土，同时定喷水泥浆，定喷到设计高度后，定喷停止，混凝土压灌到设计高度时，移开钻具，将钢筋笼插入桩孔内的混凝土中至钻孔底部，形成钢筋混凝土桩；(3)根据设计的需要按上述步骤依次成桩，形成防水挡墙。

所述的防水桩挡墙的成型方法存在以下缺点：

1、可行性差：以北京地区直径800mm护坡桩支护体系为例，桩间距一般1.5～1.6m常用，桩间净距为0.7～0.8m，采用上述任何一种旋喷方法，其喷射半径至少要达到0.4～0.45m才可保证形成连接好的“防水挡墙”，保证止水效果，但是从北京地区基坑开挖来看，还没有一个成功的实例。换言之，该方法在大部分情况下，要形成可靠的“防水挡墙”，距离实践还有一段距离。

2、施工参数不匹配：采用边压灌混凝土边选喷提升钻具，两者之间需要一个合适的匹配参数，否则只能保证其中一项的正常效果，如果保证压灌混凝土连续(其泵量固定)，喷射的效果则保证不了，反之亦然。要保证喷射的效果，则压灌混凝土连续就有困难。

3、提升速度控制“舍本逐末”：该专利中有一项很重要的提升速度参数控制，采用的方法是“在钻孔高压喷射水泥土桩提升钻杆的过程中，要求水泥浆面保持距地面0.5m左右。”“喷射灌浆的水泥土不冒出地面”。“见孔口溢流时，连续提升钻杆”。旋喷切削土层保证其止水效果是“本”，保证水泥土不冒出地面是“末”，追求表面美观，舍本逐末是质量保证的大忌。

4、水泥用量偏大：因该工法实质是以旋喷为主的工法，水泥用量偏大，以直径600mm旋喷桩为例，每米水泥用量达200～250kg。

5、缺少测量放线定桩位控制步骤：测量放线定桩位步骤是保证桩位准确的前提，事实上该专利持有人在北京曾施工的一项帷幕工程因无事先测量放线定桩位，造成开挖后止水效果不理想，同时也能看到有未喷到的桩间缝隙。

发明内容

本发明的目的就是提供一种长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，以解决现有技术存在的可行性差，施工参数不匹配，提升速度控制不合理，水泥用量偏大，以及不能保证桩位准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，首先用常规方法形成间隔分布的多根护坡桩，其特征在于：然后依次进行如下工艺步骤：

(1)确定桩位：测量放线，将帷幕桩布置在相邻的两根护坡桩后一定距离或两桩之间；

(2)引孔：采用长螺旋钻机钻出引孔，以确定帷幕桩准确位置，并排除地下障碍；

(3)旋喷搅拌钻进：利用长螺旋旋喷搅拌桩钻具边钻进边旋喷水泥浆，边搅拌至设计孔底标高；

(4)旋喷搅拌提钻形成帷幕桩成桩：上返时边旋喷或定喷水泥浆，边搅拌至设计标高成桩。

本发明的有益效果是：帷幕桩施工完成后，对施工情况进行现场检查，开挖后考察帷幕桩成桩及止水效果，经检验，成桩情况良好，达到设计要求。经现场测量，桩径可达900mm，帷幕桩与护坡桩连接紧密，止水效果显著；对现场原料用量及对实际工作量统计，与在两根护坡桩之间布两根旋喷桩相比，可知此项技术不仅止水效果好，而且大大降低了工程造价。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明施工工艺流程图；

图2是本发明的一根帷幕桩与相邻的两根护坡桩的截面结构示意图；

图3是本发明定向喷射形成的帷幕桩截面形状示意图。

附图标记说明：1、地基土，2、喷射水泥浆之后的扩散桩体(直径达

构成帷幕桩的外围部分)，3、引孔直径内的桩体(构成帷幕桩的中心部分)，4、护坡桩，5、预留工作面，6、建筑物结构外墙体，7、定向喷射水泥浆形成的扩散部分。

具体实施方式

实施例为北京大学留学生公寓1～3#楼基坑工程。

1、工程概况：

北京留学生公寓位于北京市海淀区中关园，是一个集住宿、餐饮、会议、文化交流、办公休闲、健身娱乐于一体的综合性公寓园区。本工程于公寓园区西部，一、二、三号楼地下部分连为一体，四、五号楼地下部分连为一体，六号楼单独为一体。一至六号楼均为筏板基础。本工程±0.00＝51.90m。

2、工程地质条件：

(1)地形地貌：

拟建场地为永定河冲积扇的中部，地形平坦，各钻孔孔口绝对标高为49.49-49.809m(平均按49.6m考虑)。

(2)地层：根据钻孔资料及土工试验资料，拟建场地地层分为人工填土层及一般第四纪沉积层，划分为七个大层，地层描述如下：

(A)人工填土(Q^m1)：

①素填土：褐黄、灰褐、灰黑色，软塑-可塑。主要由粉质粘土组成，含少量树根及碎石、灰渣等建筑垃圾，个别钻孔顶部为水泥路面。

①-1杂填土：灰褐色，稍湿，松散，主要成分为建筑垃圾。

(B)新近期沉积物(Q^a1)：

②-1砂质粉土：褐灰色、青灰色、局部褐黄色，很湿，稍密。夹有粘质粉土及粉质粘土，含有小贝壳及朽树根。

②-2粉砂：褐黄色、灰褐色，饱和，中下密-中密，局部密实。含有机质，局部夹有砂质粉土及粘质粉土，偶夹有细砂薄层，分布不均。

②-3粉质粘土：灰色、褐灰色，可塑。夹有粘质粘土及重粉质粘土。含有贝壳等有机质及少量姜石，分布不均。

②-4、粘质粉土：褐灰色，很湿，中密，含有云母片，分布不均。

(C)一般第四纪冲积物(Q^a1)及冲积物(Q^a1+p1)：

③-1粉质粘土：褐黄色，可塑局部夹有粘质粉土，含少量姜石，分布不均。

③-2粘质粉土：黄色、褐黄色，局部褐灰色。湿-很湿，中密。夹有粉质粘土，含少量姜石及铁锰质氧化物，分布不均，局部缺失。

③-3细砂：褐黄色，中下密，饱和。含有云母和氧化铁。

④细砂：褐黄、黄褐色，饱和。含有云母碎片，局部含有少量姜石。

④-1砂质粉土：褐黄色，很湿，中密，含有少量云母碎片。

④-2粘土：褐黄色，可塑，仅64#孔揭遇。

⑤重粉质粘土：黄褐色、褐黄色，可塑-硬塑，含有少量铁锰质氧化物及姜石。

⑤-1粉砂：褐黄色，饱和，中密，在⑤重粉质粘土中以透镜体形式产出。

⑤-2粉质粘土：褐黄色，可塑

⑤-3砂质粉土：褐黄色，很湿，中密，含有云母

⑥粘土：黄褐色、褐黄色，可塑，含少量铁锰结核及姜石，偶夹有重粉质粘土薄层。

⑥-1粘质粉土：褐黄色，很湿，中密，含有云母片。

⑦砂质粉土：黄褐色、褐黄色，湿-很湿，密实，偶夹有粉砂及粘质粉土。局部缺失。

⑧细中砂：褐黄色、黄色，中密-密实，主要有石英质的颗粒组成，含少量云母碎片。

⑨卵石：杂色，饱和，密实，成分以微风化的安山岩为主，含少量石英砂岩、辉岩，中粗砂充填，粒径一般为30-40mm，最大约60mm，含量约30-70％，冲击钻进较为困难。

⑩细砂：褐黄色、饱和，中上密，含有少量云母碎石，分布不均，仅部分钻孔揭露。

(11)粘土：褐黄、黄色，可塑-硬塑，夹有姜石，偶夹有粘质粉土及重粉质粘土薄层。

(11)-1粉质粘土：褐黄、黄褐色，硬塑。

(12)卵石：杂色，饱和，密实，成分以微风化的安山岩为主，含有少量石英质砂岩。中粗砂填充，粒径一般为30-40mm，最大约60mm，含量约60-70％，本层未钻穿。

3、水文地质条件：

(1)地下水类型：

据勘察揭露，场地内地下水有4层，主要为第四纪地层中的孔隙水、微承压水和承压水，稳定水位为0.8-3.40米，水位标高为46.20-48.82米。主要受大气降水和地下径流补给，水位应季节性而变化。各层地下水类型及附存条件见下表

层号	主要含水层地层名称及层号	地下水类型
			1	②-1砂质粉土、②-2细砂	台地潜水
2	④粉砂	台地潜水
			3	⑦砂质粉土、⑧细中砂、⑨卵石	微承压水
4	(12)卵石	承压水

(2)历史水位：1959年地下水位接近地表，近3～5年水位绝对标高49.0m。

(3)腐蚀性评价：根据水质分析结果，场地地下水对混凝土无腐蚀性；但在干湿交替条件下，对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性。

(4)降水方案：考虑上层潜水及第二层水变化幅度，根据场地降水施工条件，地下水的降深及地层的渗透性，综合考虑三侧采用了管井降水方案，西侧由于临近四栋六层居民楼，决定采用止水帷幕。

4、西侧止水帷幕：

由于西侧已有四栋六层居民楼，距离基坑边缘5m左右，采用管井降水方案易导致建筑物产生沉降，故西侧选用了护坡桩之间设置旋喷搅拌水泥土桩止水帷幕。

本工程采用在现有相邻的两根护坡桩4之间布置一根旋喷搅拌帷幕桩(由中间的引孔内搅拌形成的桩3和其周围的旋喷形成的桩2构成)。桩间高压旋喷搅拌水泥浆形成全封闭止水帷幕，可靠的切断坑内外水力联系。该旋喷搅拌桩桩径为φ800mm，桩长15.5m(从地表下2.0m计算)，在现有的每两根护坡桩中间布置一根旋喷搅拌桩。参见图2。

5、旋喷搅拌水泥土桩止水帷幕施工参数及施工准备：

(1)施工参数：

①止水帷幕桩成孔直径

孔深15.5m，护坡桩间净距0.8m，桩位置在两根

护坡桩的正中心向基坑外略偏移10～20cm。

②桩垂直度允许偏差0.5％以内；

③喷射水泥浆水灰比1.3～1.8，喷射压力20～30MPa。

④钻杆转速15～21r/min，提升速度1.0～1.5m/min，

(2)施工准备：

①放线定桩位；

②水泥用P.032.5，进场复试；

③施工机械及附属设施：液压步履式长螺旋钻机(其钻头为长螺旋钻头加侧喷嘴或底喷嘴，钻杆为内空穿高压注浆管组合式搅拌钻杆)、往复式高压注浆泵、配电柜、搅浆筒、振动筛、滤网、高压管等。

(3)施工前对桩位进行校验，保证帷幕桩的位置准确；

(4)引孔：用

直径长螺旋钻具钻孔，钻机移至桩位，钻机调平、调直，钻至设计标高，回填钻出的虚土至适当为止，一般至离孔口1/4～1/3；

(5)引孔完毕后，将长螺旋钻具更换为喷搅复合钻具，组装调试旋喷搅拌设备，确保设备运转正常，注浆管路畅通；

(6)按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，在搅浆桶里搅拌均匀后，经60目振动筛过滤后，放入储浆池中；

(7)储浆池中放置泥浆泵，对水泥浆进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀；

(8)注浆泵泵头用细目纱网罩罩住，防止吸入粗颗粒物而堵塞钻头喷嘴；

(9)复合喷搅钻具向下钻进时同时开动注浆泵，泵送高压水泥浆至孔内，边旋喷边搅拌，给进至设计标高，按设计提升速度提升钻具，同时旋喷搅拌，至孔口时停止泵送水泥浆和搅拌，提升钻具至下一孔位；

(10)每20棵帷幕桩从钻孔返出的水泥土浆液中取样，留置一组试块，试块尺寸为10×10×10cm。

6质量控制

帷幕桩施工应符合下列规定：

(1)孔深允许偏差为-50mm～+100mm；

(2)孔距允许偏差为±100mm；

(3)垂直度允许偏差为±0.5％。

7应注意的问题

(1)注浆泵泵压不得小于20MPa，不得大于30MPa；

(2)钻具喷射注浆时的提升速度不得大于1.5m/min；

(3)旋喷搅拌水泥土帷幕桩施工前应针对现场地层进行旋喷搅拌试验，掌握喷射压力和孔内喷射直径的关系，水泥浆液喷射量和钻具提升速度的关系，水泥掺量和止水帷幕抗渗性能的关系，设定合理的施工技术参数。

8旋喷搅拌水泥土桩施工主要设备参数

(1)启动柜

采用天津源顺五金电器设备厂生产的XL21启动柜

额定电压

380V

额定电流

100A

(2)往复式高压注浆泵

注浆泵采用天津市聚能高压泵有限公司生产的XPR-90E型高压注浆泵。其性能参数如下

(3)高压泵电动机

采用衡水电机股份有限公司生产的三相异步电动机

(4)钻机型号

采用徐州鹏达基桩工程机械研究所生产的液压步履式长螺旋钻机，进行上述的改装。

型号	KLB632	钻杆转速	21r/min
				钻孔直径	Φ400～Φ600	输出扭矩	48KN m
钻孔深度	32m	工作面最大坡度	2°

续表

(5)震动筛及筛网

采用改装型震动筛，网目数为60。

立式过滤网，网目数为60。

9成桩情况

帷幕桩施工完成后，对施工情况进行现场检查，开挖后考察帷幕桩成桩及止水效果，经检验，成桩情况良好，达到设计要求。经现场测量，桩径可达900mm，帷幕桩与护坡桩连接紧密，止水效果显著。成桩情况见下图：

图一：帷幕桩与护坡桩连接处

旋喷搅拌桩施工完成后，根据成桩情况及前期经验，又进行了进一步实验，实验方式为：钻具下降过程中以用旋喷搅拌形式钻进，达到设计深度后调整钻头喷嘴的方向，以定喷(定向喷射)的形式提升钻具，最终形成水泥土板组合桩7，其长度(两个凸出的扩散部分8的两端之间的距离)达1.35m，成桩效果同样良好。参见图3。

本工程到肥槽回填为止，桩顶位移0～7mm，西侧五栋楼位移及沉降变形基本为零。

通过本次施工，对现场原料用量及对实际工作量统计，与在两根护坡桩之间布两根旋喷桩相比，可知此项技术不仅效果好，而且大大降低了工程造价。

工程量造价对比计算表

	材料费元/米	机械费元/米	人工费元/米	根数	桩长(米)	延米数(米)	合计(元)
								旋喷搅拌水泥土桩	125	100	30	83	15.5	1286.5	328057.50
旋喷桩	130	85	30	166	15.5	2573	630385.00

从上述实施例可以看出，本发明与传统帷幕止水方法相比具有四方面明显优点：1)技术先进，止水效果可靠；2)施工速度快，效率高；3)施工造价低，经济实惠；4)没有泥浆污染，便于现场实现文明施工。

Claims (6)

1、一种长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，首先用常规方法形成间隔分布的多根护坡桩，其特征在于：然后依次进行如下工艺步骤：

(1)确定桩位：测量放线，将帷幕桩布置在相邻的两根护坡桩后一定距离或两桩之间；

(2)引孔：采用长螺旋钻机钻出引孔，以确定帷幕桩准确位置，并排除地下障碍；

(3)旋喷搅拌钻进：利用长螺旋旋喷搅拌桩钻具边钻进边旋喷水泥浆，边搅拌至设计孔底标高；

(4)旋喷搅拌提钻形成帷幕桩成桩：上返时边旋喷或定喷水泥浆，边搅拌至设计标高成桩。

2、根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，其特征在于：在钻出所述的引孔后，将浮土回填至离孔口1/3～1/4处，以防止孔壁坍塌。

3、根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，其特征在于：所述的长螺旋旋喷搅拌桩钻具的钻头为长螺旋钻头加侧喷嘴或底喷嘴，钻杆为内空穿高压注浆管组合式搅拌钻杆。

4、根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，其特征在于：所述的护坡桩的直径为间净距为0.8m；所述的引孔直径为

孔深15.5m，引孔的中心位置在两根护坡桩的正中心向基坑外略偏移10～20cm。

5、根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，其特征在于：所述的喷射的水泥浆的水灰的重量比为1.3～1.8，喷射压力为20～30MPa；所述的长螺旋旋喷搅拌桩钻具的钻进转速为15～21r/min，提钻速度为1.0～1.5m/min。

6、根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩及其施工方法，其特征在于：所述的引孔以及成桩的垂直度允许偏差小于0.5％。

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