CN102261079B - 一种基坑止水帷幕的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑止水帷幕的施工方法，其特征是其特征是以高压水作为喷射动力，通过一定形状的喷嘴，产生能量大、连续脉冲运动的高压射流，切削、冲击、破坏土体结构，使水泥浆与土颗粒置换、搅拌、混合，因水泥的水化作用而凝结，在土层中形成注浆体；在高压水射流的喷射孔周围，加上圆筒状的空气喷流，形成水、气的同轴喷射；低压的水泥浆依赖高压水喷射流，使水泥浆与土颗粒搅拌混合；高压空气包裹高压水射流作同轴喷射，同时由注浆泵压注水泥浆，形成基坑止水帷幕；施工步骤包括：(1)旋喷机就位；(2)钻孔；(3)下注浆管；(4)接通管路；(5)试喷；(6)旋喷注浆；(7)浆液回灌。本发明具有防水效果好的优点。

Description

一种基坑止水帷幕的施工方法

技术领域

本发明涉及建设工程领域，特别涉及一种基坑止水帷幕的施工方法。

背景技术

软土地区的基坑支护涉及挡土和止水两个方面，一些工程基坑内侧采用钻孔灌注桩等刚性桩加内支撑来挡土，外侧采用水泥土桩止水帷幕来止水，实践表明这种基坑支护方式可以有效防止基坑出现事故。钻孔灌注桩等刚性桩施工工艺比较成熟，质量通常能满足要求。而水泥土桩传统工艺是在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射，来破坏土层结构，同时完成置换、填充，这种方法施工后有时会出现水泥土搅拌不均匀等不良情况，甚至发生止水帷幕渗漏现象，失去了止水帷幕防水功能。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基坑止水帷幕的施工方法。

本发明对传统工艺进行改进，先用包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构，再以水泥浆液进行置换、填充。并根据施工经验制定了相应的技术参数，包括高压水、高压空气、浆液三种工作介质的压力、流量、喷嘴直径和注浆管的提升速度、旋转速度，以及回浆的数量、比重等，通过这些参数的控制来保证基坑止水帷幕的质量。

本发明以高压水作为喷射动力，通过一定形状的喷嘴，产生能量大、连续脉冲运动的高压射流，切削、冲击、破坏土体结构，使水泥浆与土颗粒置换、搅拌、混合，因水泥的水化作用而凝结，在土层中形成注浆体。为了防止水射流衰减过快，增加有效射程，在高压水射流的喷射孔周围，加上圆筒状的空气喷流，形成水、气的同轴喷射。低压的水泥浆依赖高压水喷射流，使水泥浆与土颗粒搅拌混合，形成基坑止水帷幕。

本发明注浆管由内、中、外三种不同直径无缝钢管以特殊的连接件组装而成，高压水走内管，高压空气走内、中管间的环形空间，水泥浆走中管与外管间的环形空间，三种介质各走自身的通道，互不串通。高压空气包裹高压水射流作同轴喷射，防止高压水射流分散漫射而使水压力衰减过快，同时由注浆泵压注水泥浆，虽然浆液的压力不高，但由于高压射流的作用，使水泥浆与被切削下来的土粒搅拌混合，从而达到加固土体的作用。

由于本发明是高压水射流和水泥浆的共同作用，旋喷后返浆量多，而且浆液含水量高，相对密度较低(对于淤泥质地层浆液相对密度为1.35～1.4)，故旋喷后注浆体沉降量大，容易形成孔穴，因此要进行浆液回灌，直至注浆体不再沉降为止。

施工步骤包括：

(1)旋喷机就位

钻机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，钻杆与注浆体位置偏差应在10mm以内。钻机就位后应进行垂直校正，倾角误差不得大于0.5°，钻机垂直度须保证在1％以内。

(2)钻孔

在空压机、清水泵，泥浆泵低压状态下成孔，将喷头送至设计标高。

(3)下注浆管

在插入注浆管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时用低压水(0.1～2MPa)冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑料包裹以免泥土堵塞。

(4)接通管路

注浆管下放到设计深度后，接通管路，依次开动高压水泵和空气压缩机，检查压力是否达到设计要求，如果达不到要求，检查密封与喷嘴的状况是否正常；如果压力正常，开动水泥注浆泵。

(5)试喷

旋喷开始时先送高压水再送水泥浆和压缩空气，压缩空气晚送30s，在注浆体底部边旋转边喷射1min后再进行边旋转边提升边喷射。

当喷管达到预定位置，原位旋喷3～5min，以达到扩大注浆体底部直径的目的，保证注浆体底部与持力层具有较好的连接性。

(6)旋喷注浆

钻杆的旋转和提升应连续进行不得中断拆卸钻杆，要保持钻杆伸入下节100mm以上，以免注浆体脱节。钻机发生故障应停止提升钻杆和旋喷，并应立即检修排除故障，避免注浆体断开。

随时测定进浆与回浆密度，切实保证工艺参数要求。当回浆量小于进浆量的20％时，视为正常现象，当超过20％或完全不回浆时，应查明原因并采取下列措施：

1、若原地层中有较大的空隙引起的不回浆时，则在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间。

2、回浆量过大，其原因一般是有效旋喷范围与进浆量不相适应所致，即注浆量明显超过旋喷所需的浆量，适当调整进浆量。减少回浆量的措施有三种：提高旋喷压力；缩小喷嘴直径；加快提升速度和旋转速度。

(7)浆液回灌

用ф25mm的自来水管加工成灌浆管，前端带尖头并在管侧开4个对称小孔，灌浆时将灌浆管通过孔口管插入注浆体内，开动泥浆泵灌入0.8∶1的单液水泥浆。随时观察孔口管内流出浆液的变化情况，直到注浆体孔内的浆液面不再下沉，停止灌浆。

本发明根据施工经验制定了相应的技术参数，包括高压水、高压空气、浆液三种工作介质的压力、流量、喷嘴直径和注浆管的提升速度、旋转速度，以及回浆的数量、比重等，通过这些参数的控制来保证水泥土的质量。技术参数采用如下：

喷头的喷嘴内径对高喷工作条件影响很大，喷射压力与喷嘴内径的4次方成反比。高喷施工应根据工作条件选择喷嘴规格，并在施工过程中经常检查喷嘴的磨耗情况和畅通情况。表1为在不同压力、流量条件下高压水喷嘴内径。

表1高压水喷嘴内径(mm)

高压空气的压力为0.7M Pa，风量为1～2m³/min。

浆液喷射采用水平喷射方式，采用标准锥形喷嘴，喷嘴位置在高压水嘴下方100～200mm处。浆液流量不仅与注浆压力及喷嘴内径有关，而且必须与旋喷注浆体直径及注浆管提升速度相适应。为了防止因注浆管提升速度过快，造成旋喷注浆体直径偏小，施工中采用注浆量较小的注浆泵，这样在喷嘴内径一定时，注浆压力也较小。注浆压力为0.5～2.0MPa，与之相应的喷嘴内径列于表2。

表2标准锥形喷嘴内径(mm)

进浆浆液比重是控制浆液水灰比的重要参数，不同水灰比的水泥浆液比重及材料用量列于表3。

表3水泥浆液比重及材料用量

回浆成份包括被置换的土、部份水泥浆液和水，其回浆比重和回浆量决定于土的置换率、单位时间内水的喷量和浆液喷量、浆液水灰比，回浆比重测算值列于表4。

表4回浆比重测算值

回浆比重是反映高喷状态的一项重要指标，施工中必须经常检测，应每5～10min或每1m旋喷检测一次。若发现回浆比重与测算值有较大出入时，应查明原因处理。通常回浆比重过低，反映高喷置换率偏低，注浆体质量差，或进浆水灰比过低、喷浆量过小；回浆比重过高，有可能反映成注浆体直径偏小，或进浆水灰比过高、高压射水流量过小。

4注浆管提升速度

注浆泵流量越大时，提升速度应相应提高；提升速度与旋喷注浆体直径的平方成反比。提升速度应根据旋喷注浆体设计直径和所选用的注浆泵的流量按下式确定：

$V=\frac{q}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^{2}K(1+\mathrm{\β})}$

式中V为注浆管提升速度(m/min)；q为单位时间的注浆量(m³/min)；D为设计旋喷注浆体直径(m)；K为填充率，取0.75～0.9；β为损失系数，取0.1～0.2。

5注浆管旋转速度

注浆管旋转速度越快，工作介质对土体作用时间越短，注浆体直径越小；旋转速度减慢，注浆体直径将会增大。但是旋转速度减慢到一定程度后，意味着工作介质对同一高度范围内的土体的重复切割次数减少，反而降低了破坏和置换土体的作用，注浆体直径会减小。旋转速度要与提升速度相配合，每提升10mm旋转0.8～2圈。

本发明特点有三点：

1本发明中高压水和水泥浆液体流量的总和比传统注浆大一倍多，更充分利用了喷射流的能量，再加上压缩空气的升扬作用，增加了浆液扩散距离，提高了基坑止水帷幕的防水效果。

2本发明采用水平喷射方式，提高浆液喷射压力，不仅有助于浆液与土体的搅拌混合，而且可以对土体进行二次切割破坏，有利于扩大注浆体直径和提高搅拌均匀程度，有效保证了基坑止水帷幕的质量。

3本发明中高压水、高压空气、水泥浆液三种介质通过注浆管，以高压射流切割、破坏周围的土体，使水泥浆与土粒搅拌混合，水泥浆凝固后形成各种不同形状的注浆体，适应于复杂情况下基坑止水帷幕的形成。

具体实施方式

本实施例施工步骤包括：

(1)旋喷机就位

钻机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，钻杆与注浆体位置偏差应在10mm以内。钻机就位后应进行垂直校正，倾角误差不得大于0.5°，钻机垂直度须保证在1％以内。

(2)钻孔

在空压机、清水泵，泥浆泵低压状态下成孔，将喷头送至设计标高。

(3)下注浆管

在插入注浆管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。

(4)接通管路

注浆管下放到设计深度后，接通管路，依次开动高压水泵和空气压缩机。

(5)试喷

旋喷开始时先送高压水再送水泥浆和压缩空气，压缩空气晚送30s，在注浆体底部边旋转边喷射1min后再进行边旋转边提升边喷射。当喷管达到预定位置，原位旋喷3～5min。

(6)旋喷注浆

钻杆的旋转和提升应连续进行不得中断拆卸钻杆，要保持钻杆伸入下节100mm以上，以免注浆体脱节。钻机发生故障应停止提升钻杆和旋喷，并应立即检修排除故障，避免注浆体断开。随时测定进浆与回浆密度，切实保证工艺参数要求。当回浆量小于进浆量的20％时，视为正常现象，当超过20％或完全不回浆时，应查明原因并采取下列措施：

1、若原地层中有较大的空隙引起的不回浆时，则在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间。

2、回浆量过大，其原因一般是有效旋喷范围与进浆量不相适应所致，即注浆量明显超过旋喷所需的浆量，适当调整进浆量。减少回浆量的措施有三种：提高旋喷压力；缩小喷嘴直径；加快提升速度和旋转速度。

(7)浆液回灌

用ф25mm的自来水管加工成灌浆管，前端带尖头并在管侧开4个对称小孔，灌浆时将灌浆管通过孔口管插入注浆体内，开动泥浆泵灌入0.8∶1的单液水泥浆。随时观察孔口管内流出浆液的变化情况，直到注浆体孔内的浆液面不再下沉，停止灌浆。

喷射压力为30MPa，喷嘴为2个，流量为120L/min，喷嘴内径为2.37mm。高压空气的压力为0.7M Pa，风量为1.5m³/min。浆液喷射采用水平喷射方式，采用标准锥形喷嘴，喷嘴位置在高压水嘴下方150mm处。注浆压力为1MPa，标准锥形喷嘴内径为6.35mm。水灰比为1.00，浆液比重为1.50～1.52g/cm³，每m³浆液的水泥用量为0.75～0.76t，每m³浆液的水用量为0.75～0.76m³。回浆比重测算值为1.37g/cm³。施工中必须经常检测回浆比重，应每5～10m in或每1m旋喷检测一次。注浆管提升速度为0.8～1m/min。旋转速度要与提升速度相配合，每提升10mm旋转0.8～2圈。

Claims (1)

1.一种基坑止水帷幕的施工方法，其特征是以高压水作为喷射动力，通过一定形状的喷嘴，产生能量大、连续脉冲运动的高压射流，切削、冲击、破坏土体结构，使水泥浆与土颗粒置换、搅拌、混合，因水泥的水化作用而凝结，在土层中形成注浆体；在高压水射流的喷射孔周围，加上圆筒状的空气喷流，形成水、气的同轴喷射；低压的水泥浆依赖高压水喷射流，使水泥浆与土颗粒搅拌混合；注浆管由内、中、外三种不同直径无缝钢管以特殊的连接件组装而成，高压水走内管，高压空气走内、中管间的环形空间，水泥浆走中管与外管间的环形空间，三种介质各走自身的通道，互不串通；高压空气包裹高压水射流作同轴喷射，同时由注浆泵压注水泥浆，形成基坑止水帷幕；

施工步骤包括：

(1)旋喷机就位

钻机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，钻杆与注浆体位置偏差应在10mm以内；钻机就位后应进行垂直校正，倾角误差不得大于0.5°，钻机垂直度须保证在1％以内；

(2)钻孔

在空压机、清水泵，泥浆泵低压状态下成孔，将喷头送至设计标高；

(3)下注浆管

在插入注浆管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液；如因塌孔插入困难时用0.1～2MPa的低压水冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑料包裹以免泥土堵塞；

(4)接通管路

注浆管下放到设计深度后，接通管路，依次开动高压水泵和空气压缩机，检查压力是否达到设计要求，如果达不到要求，检查密封与喷嘴的状况是否正常；如果压力正常，开动水泥注浆泵；

(5)试喷

旋喷开始时先送高压水再送水泥浆和压缩空气，压缩空气晚送30s，在注浆体底部边旋转边喷射1min后再进行边旋转边提升边喷射；当喷管达到预定位置，原位旋喷3～5min；

(6)旋喷注浆

钻杆的旋转和提升应连续进行不得中断拆卸钻杆，要保持钻杆伸入下节100mm以上，以免注浆体脱节；钻机发生故障应停止提升钻杆和旋喷，并应立即检修排除故障，避免注浆体断开；

随时测定进浆与回浆密度，切实保证工艺参数要求；当回浆量小于进浆量的20％时，视为正常现象，当超过20％或完全不回浆时，应查明原因并采取下列措施：

1、若原地层中有较大的空隙引起的不回浆时，则在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间；

2、回浆量过大，其原因是有效旋喷范围与进浆量不相适应所致，即注浆量明显超过旋喷所需的浆量，适当调整进浆量；减少回浆量的措施有三种：提高旋喷压力；缩小喷嘴直径；加快提升速度和旋转速度；

(7)浆液回灌

用ф25mm的自来水管加工成灌浆管，前端带尖头并在管侧开4个对称小孔，灌浆时将灌浆管通过孔口管插入注浆体内，开动泥浆泵灌入0.8∶1的单液水泥浆；随时观察孔口管内流出浆液的变化情况，直到注浆体孔内的浆液面不再下沉，停止灌浆；

技术参数采用如下：

不同压力、流量条件下高压水喷嘴内径采用表1；

表1高压水喷嘴内径

高压空气的压力为0.7M Pa，风量为1～2m³/min；浆液喷射采用水平喷射方式，采用标准锥形喷嘴，喷嘴位置在高压水嘴下方100～200mm处；表2为在不同压力、流量条件下水泥浆液标准锥形喷嘴内径；

表2标准锥形喷嘴内径

不同水灰比的水泥浆液比重及材料用量采用表3；

表3水泥浆液比重及材料用量

水灰比 浆液比重 每m³浆液的水泥用量 每m³浆液的水用量 0.50 1.80～1.85g/cm³ 1.20～1.23t 0.60～0.62m³ 0.75 1.63～1.65g/cm³ 0.93～0.94t 0.70～0.71m³ 1.00 1.50～1.52g/cm³ 0.75～0.76t 0.75～0.76m³ 1.25 1.42～1.44g/cm³ 0.63～0.64t 0.79～0.80m³ 1.50 1.37g/cm³ 0.55t 0.82m³

回浆比重测算值采用表4；

表4回浆比重测算值

提升速度根据下式确定：

$V=\frac{q}{\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^{2}K(1+\mathrm{\β})}$

式中V为注浆管提升速度，单位为m/min；q为单位时间的注浆量，单位为m³/min；D为设计旋喷注浆体直径，单位为m；K为填充率，取0.75～0.9；β为损失系数，取0.1～0.2；

旋转速度要与提升速度相配合，每提升10mm旋转0.8～2圈。