CN102979091A - 带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法 - Google Patents

Abstract

带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，涉及土木工程桩基施工。借助钻孔设备在设计桩位中心形成孔洞；在旋喷头中间高压喷细石砼，周边开两个喷高压水的喷孔和一个高压喷浆孔；组装旋喷设备，把旋喷头和旋喷输送管放入预钻的桩芯孔洞中；准备细石砼，配制高压水与空气的混合水流、高压水泥浆；通过调整钻机的转速，借用旋喷头喷出的空气的混合水流切割土体，要求形成锥体的形式，再将高压水泥浆注入到切割后的土体中，形成水泥浆改良后的土体，通过控制桩芯部位的细石砼是否喷射，把细石砼高压地压入水泥和土体的混合体中心；通过试验的数据决定钻机转速和提升速度，进行实际桩体施工，选择初始喷时是否要细石砼桩芯，完成带细石砼桩芯水泥旋喷桩。

Description

带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法

技术领域

本发明属于土木工程桩基施工技术领域，尤其是涉及一种带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法。

背景技术

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质等。

水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，但水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。

高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。虽施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。

高压旋喷桩和普通的水泥搅拌桩均能改善土体。由于这两种桩体均是由土体和水泥浆固结而成，因此抗压强度和抗裂度经常无法达到设计和使用的较高需求。

由于目前高压旋喷时空气和水进行高压切割，水平的方式切割让气体无法有效排出，这样成桩后旋喷桩的气体含量太多，因此影响桩体强度和刚度。同时，存在孔隙率过大、密实度不够等缺点。

综上需要创新改进原有的桩体生成原理，实现成桩中气体含量变少，且提升桩体的刚度，以及桩体的抗裂度。从而有可能实现更高的需求。

中国专利CN101255693公开一种地基加固的水泥砂浆旋喷桩及施工方法，常规的旋喷桩用浆液为纯水泥浆，在水泥浆中加入粉细砂，这种浆液对改善黏土地基的性质，提高旋喷桩的成桩质量具有显著的效果，克服了常规旋喷桩在黏土地层中成桩强度低的现象。相同地层采用水泥砂浆旋喷桩，成桩后水泥土强度比常规的纯水泥浆旋喷桩提高30％左右，节省水泥20％以上。

中国专利CN101429766公开一种地基加固的高压旋喷桩施工工艺。1.确定高压旋喷桩的中心点；2.采用引孔机械在中心点处进行引孔，直到穿透砼基础及塘渣层；3.高喷桩机就位，将高喷钻机调整平稳，使其钻头对准中心点，并调整钻杆角度使之与设计桩倾斜角度一致；4.开启高喷钻机的高压注浆泵，待正常运转后，再缓慢下沉钻具钻进成孔的同时向注浆孔内送水，直至到达设计标高；5.将拌制好的化学浆液倾入过滤集料斗，将高压泵由送水改为送浆，开启送浆泵送浆，并停留在桩底喷射20-40秒，然后边旋转边提升，至设计桩顶标高为止。

中国专利CN101886387A公开一种长螺旋高低压多重管自钻式搅拌，竖向和水平向止水帷幕的水泥土桩的施工方法。(1)清障，平整场地，开孔；(2)用带搅拌叶片的中空钻杆切割土体下沉，同时对土体喷水、气和喷射压力为10～40MPa水泥浆至设计桩底标高；(3)旋喷喷浆提升的同时搅拌叶片搅拌，升至桩顶标高成桩。结合了“搅拌法”和“旋喷法”成桩施工的特点，可以在园砾层等较硬土层中实现自钻自喷自搅、大直径、高强度一次成桩，确保高压喷射注浆在复杂地层、圆砾层等较硬土层中的成桩质量。

中国专利CN101603311公开一种重锤夯扩挤密土预成孔旋喷桩施工方法，首先利用冲击钻机成孔，穿透填土、地下障碍物或流砂或易坍塌的砂卵石等复杂地层，采用跟管钻进；达到设计深度时，套管也达到目标深度；之后在套管内填好土，边填土边重锤夯实；夯实一段后，便将套管起拔一段距离，继续填土并用重锤夯实，待整个套管全部拔出地面后便形成一个夯实土桩；之后旋喷钻机就位，在该夯实土桩处下行回转高压旋喷混凝土泥浆，从而高效顺利完成旋喷桩施工。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的水泥浆和土体混合固结改良土体效果较差的难题，提供一种可以加强原有高压旋喷桩的抗压强度和水平抗裂程度，在深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、地基底部加固等多方面都能比现有其它桩型具有更高性价比，可实现细石砼桩芯的施工，工效较高的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法。

本发明包括以下步骤：

1）借助现有的钻孔设备，在设计桩位的中心形成一个孔洞；该孔洞用于旋喷设备下放到设计桩底；

2）在旋喷头中间高压喷细石砼，周边开两个喷高压水的喷孔和一个高压喷浆孔；

3）组装旋喷设备，组装完毕后的旋喷设备要求可以同时输送高压细石砼、高压水流和高压水泥浆，同时借助钻机来提升和旋转以实现旋喷功能，同时把旋喷头和旋喷输送管放入预钻的桩芯孔洞中；

4）按照设计配比要求，准备符合级配要求的细石砼，并配制符合压力要求的高压水与空气的混合水流、符合压力要求的高压水泥浆；

5）通过调整钻机的转速，借用旋喷头喷出的空气的混合水流切割土体，要求形成锥体的形式，再将高压水泥浆注入到切割后的土体中，形成水泥浆改良后的土体，通过控制桩芯部位的细石砼是否喷射，把细石砼高压地压入水泥和土体的混合体中心；

6）通过试验的数据来决定钻机的转速和提升速度，并采用这些数据进行实际桩体的施工，按设计要求选择初始喷时是否要细石砼桩芯，按要求整体施工完成带细石砼桩芯水泥旋喷桩，由于采用旋喷的方式施工此类桩，桩顶由于施工期间上部的压力变小，因此桩顶30~50cm的桩质量较差，此类桩如果作为地基加固时，可以对此部位桩顶除细石砼桩芯外的四周水泥浆和土体的开凿去除，并用砼施工修补，这样会让细石砼芯水泥旋喷桩的桩顶抗压能力得到提升，桩顶强度增强工作视设计要求而定是否实施。

7）如果设计是止水帷幕，通过让两根带细石砼芯水泥旋喷桩重叠15~25cm而实现；如果设计是对区块地域进行地基加固，通过梅花形来布设细石砼芯全长还是部分长度。

如果设计是止水帷幕，通过让两根带细石砼芯水泥旋喷桩重叠15~25cm而实现，可极大提升整体加固地基的抗压强度，这样会形成一个整体的止水帷幕，由于止水帷幕一般均是为了基坑和基槽降水，这样两侧会有土体的高低落差，这要求止水帷幕要有上部更大的抗弯剪能力；本发明所形成的带细石砼芯水泥旋喷桩与传统旋喷桩比可更好地实现上述功能。

如果设计是对区块地域进行地基加固，通过梅花形来布设细石砼芯全长还是部分长度，可极大提升整体加固地基的抗压强度，另一方面又合理地发挥带细石砼芯水泥旋喷桩的功能同时降低经济成本。如果比较水泥搅拌桩和高压旋喷桩，带细石砼芯水泥旋喷桩处理加固的地基有下述优势：由于混合体中加入了细石这种集料，抗压强度明显提升；由于此种特殊工艺施工后，桩体的气体含量减少、桩体的水泥含量增加，桩体的密实度、刚度、整体性均有明显提高。此类加固地基效果明显。

在步骤1）中，所述借助现有的钻孔设备，在设计桩位的中心形成一个孔洞的具体方法可为：按照设计图纸，借用测量的仪器设备放样桩芯位置，然后钻机移位对中，开钻成孔，在桩芯位置形成一个孔洞；所述孔洞的孔径可为8~12cm。

在步骤3）中，所述旋喷设备包括空压机、制浆机、砼输送泵和钻机等，所述组装旋喷设备可采用市场上的现成产品。

在步骤4）中，所述细石的粒径最好不大于1cm；所述高压水与空气的混合水流的压力可为35~40Mpa；所述高压水泥浆的压力可为35~40MPa。

在步骤5）中，所述通过调整钻机的转速，借用旋喷头喷出的空气的混合水流切割土体，要求形成锥体的形式，是有利于空气混合体在切割完土体后上排；所述通过控制桩芯部位的细石砼是否喷射，如果未细石砼未喷射，能成开传统意义上的高压旋喷桩，由于改良后喷头有两个水流喷孔、一个水泥浆喷孔，并且这三个喷口能大倾角度喷射，该组合方式进行喷射也能让高压旋喷桩更加密实，从而在强度和刚度上得到提高；如果桩芯处的细石砼喷射，这样就可以同步形成一个四周是高压旋喷水泥桩，而中心是细石砼密实桩芯（细石砼桩芯的直径在25~35cm），四周的旋喷水泥桩对细石砼桩芯有环箍效果，而细石砼桩芯能更好地提升整体桩的刚度、强度和抗裂度，并且在土体侧压力作用上裂缝出现的程度明显得到改善。

比较原有旋喷桩后植入型钢或钢筋，同步生成桩体能保证刚度提升的同时不带来新的裂缝出现，不局部破坏桩的整体性。把细石砼高压地压入水泥和土体的混合体中心，这会增大桩体的密实度，侧弯和侧压能力均会较大程度提高。

施工过程中要充分考虑钻机的转速和旋喷设备的提升速度，具体参数可以在传统的经验数据的基础上视不同地质情况，在施工现场通过试验桩来设计相关转速和提升速度。

与现有其它通过土体改良桩的技术相比，本发明不仅节约资源，而且用工也较合理，桩体的质量明显提升。另外，本发明的施工技术具有两类桩体同步成形，并且巧妙地把两者的优势功能充分融合在一起，具有全新的构思。并且由于细石砼芯的引入，改变了旋喷桩低抗压强度的现状，也克服了灌注桩高成本的难题。它还具有实用可靠、取材方便、制作简单、使用方便和效果良好的功效。

同时，由于现在地基和基础的复杂程度，以及施工难度都在不断增加，并且建筑中对止水、边坡支护功能两者结合的要求越来越多，因此本发明具有技术可行，市场运用前景广大。

附图说明

图1是桩芯预钻孔开钻示意图。

图2是桩芯预钻孔结束示意图。

图3是桩芯预钻孔成形孔示意图。

图4是桩芯旋喷装置安放完毕示意图。

图5是旋喷设备喷头断面图。

图6是旋喷设备输送管断面图。

图7是桩芯旋喷装置施喷示意图。

图8是全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩成形桩示意图。

图9是初始未喷细石砼桩芯施喷示意图。

图10是上部设细石混凝土芯水泥旋喷桩成形桩示意图。

图11是带细石砼芯旋喷桩止水帷幕平面图。

图12是带细石砼芯旋喷桩止水帷幕断面图。

图13是组合式梅花形布设地基加固平面图。

图14是组合式梅花形布设地基加固断面图。

在图1~14中，各标记为：1桩芯预钻孔钻机的钻头；2桩芯预钻孔钻机的钻杆；3桩芯预钻孔的成形孔；4准备施工桩的位置土体；5旋喷装置的旋喷头；6旋喷装置的输送管；7喷头高压气和水喷嘴；8喷头高压水泥浆喷嘴；9喷头高压气和水通道孔；10喷头高压水泥浆通道孔；11细石砼通道孔；12输送管高压气和水通道孔；13输送管高压水泥浆通道孔；14输送管细石砼通道孔；15全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩；16旋喷细石砼桩芯；17旋喷水泥浆混合土桩体；18上部设细石混凝土芯水泥旋喷桩；19梅花形布设两种桩加固地基；20桩间未处理土体。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～14，本发明包括以下步骤：

1）桩芯预钻孔开钻；

参见图1～3。按照设计图纸，借用测量仪器设备放样桩芯位置，从而确定准备施工桩的位置土体4，然后钻机移位对中，通过桩芯预钻孔钻机的钻头1和桩芯预钻孔钻机的钻杆2的共同作用，开钻，在桩芯位置形成一个孔径在10cm左右的桩芯预钻孔的成形孔3。桩芯预钻孔的成形孔3要跟设计桩长一样通长开钻。

2）旋喷管和旋喷头制作准备；

参见图4～6。制造特殊的旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6。

旋喷装置的旋喷头5组成为：中间设细石砼通道孔11用于喷谢高压细石砼；旋喷装置的旋喷头5周边设两个喷头高压气和水喷嘴7，通过喷头高压气和水通道孔9能把高压水和气混合体在喷头高压气和水喷嘴7喷出；旋喷装置的旋喷头5周边设一个旋喷头高压水泥浆喷嘴8，通过喷头高压水泥浆通道孔10能把高压水泥浆在旋喷头高压水泥浆喷嘴8喷出。

旋喷装置的输送管6组成为：中间设输送管细石砼通道孔14用于输送高压细石砼；旋喷装置的输送管6设两个输送管高压气和水通道孔12用于输送高压气和水混合水流；旋喷装置的输送管6设一个输送管高压水泥浆通道孔13用于输送高压水泥浆。

借用钻机把旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6，放于桩芯预钻孔的成形孔3内准备实施工作。

3）带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工；

参见图7和图8，全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩15施工。在准备施工桩的位置土体4内通过旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6把细石砼置入准备施工桩的位置土体4中，形成旋喷细石砼桩芯16；在准备施工桩的位置土体4内通过旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6把高压水泥浆置入准备施工桩的位置土体4中，旋喷水泥浆混合土桩体17。旋喷细石砼桩芯16和旋喷水泥浆混合土桩体17同步形成全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩15。

参见图9和图10，上部设细石混凝土芯水泥旋喷桩18施工。下部分旋喷水泥浆混合土桩体17施工时，在准备施工桩的位置土体4内通过旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6把高压水泥浆置入准备施工桩的位置土体4中，旋喷水泥浆混合土桩体17。

上部分在准备施工桩的位置土体4内通过旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6把细石砼置入准备施工桩的位置土体4中，形成旋喷细石砼桩芯16；在准备施工桩的位置土体4内通过旋喷装置的旋喷头5和旋喷装置的输送管6把高压水泥浆置入准备施工桩的位置土体4中，旋喷水泥浆混合土桩体17。旋喷细石砼桩芯16和旋喷水泥浆混合土桩体17同步形成全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩18。

4）带细石混凝土芯水泥旋喷桩的主要应用；

参见图7、图8、图11和图12，组成止水帷幕。可以把全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩15相互之间重叠约20cm左右，这样会形成一个整体的止水帷幕。

参见图7~10、13和14，组成梅花形布设两种桩加固地基19。可以把全长设细石混凝土芯水泥旋喷桩15和上部设细石混凝土芯水泥旋喷桩18采用梅花形布置，这样就形成梅花形布设两种桩加固地基19。由于梅花形布设两种桩加固地基19主要是由旋喷细石砼桩芯16来承受压力。因此梅花形布设两种桩加固地基19可以不用全断面处理，从而保证有桩间未处理土体20的出现。这会保证梅花形布设两种桩加固地基19承载力的同时，也降低工程造价成本。（如因承载力的特殊需要，可以对离地面30~50cm的各根带细石砼芯水泥旋喷桩的旋喷水泥浆混合土桩体17进行开凿弃除，并用砼置换）。

Claims (7)

1.带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于包括以下步骤：

1）借助现有的钻孔设备，在设计桩位的中心形成一个孔洞；该孔洞用于旋喷设备下放到设计桩底；

2）在旋喷头中间高压喷细石砼，周边开两个喷高压水的喷孔和一个高压喷浆孔；

3）组装旋喷设备，组装完毕后的旋喷设备要求可以同时输送高压细石砼、高压水流和高压水泥浆，同时借助钻机来提升和旋转以实现旋喷功能，同时把旋喷头和旋喷输送管放入预钻的桩芯孔洞中；

4）按照设计配比要求，准备符合级配要求的细石砼，并配制符合压力要求的高压水与空气的混合水流、符合压力要求的高压水泥浆；

5）通过调整钻机的转速，借用旋喷头喷出的空气的混合水流切割土体，要求形成锥体的形式，再将高压水泥浆注入到切割后的土体中，形成水泥浆改良后的土体，通过控制桩芯部位的细石砼是否喷射，把细石砼高压地压入水泥和土体的混合体中心；

6）通过试验的数据来决定钻机的转速和提升速度，并采用这些数据进行实际桩体的施工，按设计要求选择初始喷时是否要细石砼桩芯，按要求整体施工完成带细石砼桩芯水泥旋喷桩；

7）如果设计是止水帷幕，通过让两根带细石砼芯水泥旋喷桩重叠15~25cm而实现；如果设计是对区块地域进行地基加固，通过梅花形来布设细石砼芯全长还是部分长度。

2.如权利要求1所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于在步骤1）中，所述借助现有的钻孔设备，在设计桩位的中心形成一个孔洞的具体方法为：按照设计图纸，借用测量的仪器设备放样桩芯位置，然后钻机移位对中，开钻成孔，在桩芯位置形成一个孔洞。

3.如权利要求2所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于所述孔洞的孔径为8~12cm。

4.如权利要求1所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于在步骤3）中，所述旋喷设备包括空压机、制浆机、砼输送泵和钻机。

5.如权利要求1所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于在步骤4）中，所述细石的粒径不大于1cm。

6.如权利要求1所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于在步骤4）中，所述高压水与空气的混合水流的压力为35~40MPa。

7.如权利要求1所述的带细石混凝土芯水泥旋喷桩施工方法，其特征在于在步骤4）中，所述高压水泥浆的压力为35~40MPa。

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