CN103015430A - 长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法 - Google Patents

Abstract

一种长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，施工流程为：长螺旋压灌水泥土桩施工形成水泥土桩；在水泥土桩插入型钢形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢的桩顶做连梁；开挖基坑，随着基坑开挖在水泥土型钢桩形成的止水帷幕内侧分步挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填；最后拔除型钢，回收重复利用；填充型钢拔出后留下的空洞。本发明的优点是：克服了硬土层，能达到设计深度，同时也达到设计桩径，保证其咬合可靠，从而保证其止水可靠。在其中插入型钢后即形成压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方式。在遇到泥炭土等不能与水泥发生反应的地层，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下最有效。型钢回收重复利用，大大降低基坑支护施工的成本。

Description

长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法

技术领域

本发明属于建筑地基基础施工中基坑支护方法，特别涉及长螺旋压灌水泥土型钢桩及其施工工艺。用于止水(隔水或截水)帷幕及护坡桩或其母桩。在北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层中有明优势。同时在遇到泥炭土等不能与水泥发生反应的地层，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下，该方法就将成为最有效的方法。

背景技术

目前SMW（水泥土搅拌墙）工法以其节能环保质量可靠而在软土地区广泛应用，其设计施工技术也日趋成熟，包括型钢起拔回收技术也变得成熟，不少工程型钢回收达100%。三轴搅拌机设备应用也日益广泛，效率高，施工可靠。但在如北京地区这样的硬土地层应用还极为有限，到目前为止，在北京地区采用三轴搅拌机施工水泥土连续墙采用钢管内支撑仅有一个案例，而且未涉及到北京的砂卵石地层。

如果是遇到泥炭土等不能与水泥发生反应的情况，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下，该压灌水泥土型钢桩方法就将成为最有效的基坑止水支护方法。

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等领域，但搅拌桩在现有设备条件下施工较硬土层，受到极大限制，尤其搅拌砂层或砂卵石层更是无法实施。例如河北省廊坊市银河逸景小区基坑支护设计搅拌帷幕桩施工，开始采用了普通搅拌，不能有效穿透7m厚砂层达到14m的设计深度。

水泥土旋喷桩包括单管、双管和三管，虽然在软土地区基坑支护、止水帷幕及地基处理等领域也得到成功应用，但在施工较硬土层时，同样受到极大限制，尤其遇到密实的砂层或砂卵石层同样无法实施。

现有水泥土搅拌桩及SMW工法是软土地区帷幕及基坑支护的一种常用方法，但在北方地区硬土层中施工就显得力不从心，可以概括为“搅不动”，尤其遇到砂层、砂卵石地层，更是不能达到设计深度，不再适用。        

长螺旋旋喷搅拌桩技术较好的解决了硬土地区成孔成桩问题，但当遇到泥炭土等不能与水泥发生反应的地层，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下，以上这些方法就都变得无能为力了。

发明内容

为了克服以上技术的不足,发明了本长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑支护施工方法,能克服较硬土层钻进，同时在遇到泥炭土等有机质含量高的土不能与水泥发生反应的地层，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下（例如含有高的HCO₃ ^－），压灌水泥土型钢桩方法就将成为最有效的基坑止水支护方法。

本发明的技术方案是：一种长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：施工流程为：长螺旋压灌水泥土桩施工形成水泥土桩；在水泥土桩插入型钢形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢的桩顶做连梁；开挖基坑，随着基坑开挖在水泥土型钢桩形成的止水帷幕内侧分步挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填；最后拔除型钢，回收重复利用；填充型钢拔出后留下的空洞。

长螺旋压灌水泥土桩施工时水泥土桩一根咬合一根，或实施间隔跳打桩孔并在完成每一桩孔后进行水泥土桩施工；在水泥土桩施工时，其水泥土浆采用带有计量装置的强制式搅拌机搅制。

在长螺旋压灌的水泥土桩中插入型钢，型钢首先采用自重下入，当不能达到设计深度时采用震动锤震入。

做桩顶连梁后，在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护。

基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑。

随着基坑开挖，在水泥土型钢桩形成的止水帷幕内侧分步挂网喷射混凝土。

本发明的优点是：由于采用了现场强制式搅拌机，配比更容易控制，其浆液质量更加均匀可靠，更能达到节约水泥的目的。提高了止水(隔水或截水)的可靠性，克服了硬土层，能达到设计深度，同时也达到设计桩径，保证其咬合可靠，从而保证其止水可靠。在其中插入型钢后即形成压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方式。在北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层中有明优势。同时在遇到泥炭土等不能与水泥发生反应的地层，或地下水与水泥反应后不能形成有效的水泥土凝结体情况下，该方法最有效。同时由于型钢回收重复利用，大大降低基坑支护施工的成本；同时由于锚杆或内支撑的拆除，使得基坑支护更加环保。

 

附图说明

图1是本发明长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法施工工艺流程

图；

图2是本发明采用顺序施工打桩孔的示意图；

图3是本发明采用跳跃施工打桩孔的示意图。

具体实施方式

参见图1-图3，本发明长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法施工工艺流程包括：

   设备配备主要包括：现场带计量装置的强制式搅拌机，装载机及混凝土输送泵等。并对现场进行常规的三通一平。

以下结合具体实施例进行详细介绍。

    测量放线定桩位：首先在平整场地上测量放线定桩位，两端用测量仪器做好定位桩，防止桩位出现偏差时随时复核；定桩位通常是用钢钎或打孔器在地上打一深孔，灌入白石灰粉，在桩位处插上钢筋棍等明显标志。

长螺旋钻机就位：利用双线锤法分别从两侧对钻机调平，保证钻机水平，同时保证钻具的垂直度偏差在0.5%范围之内。视土层、水位、周边环境情况可采取挨个钻孔或“跳打”（可以跳一个孔或多个孔）。

水泥土浆的配制：依据不同地层、地下水位，选择不同类型水泥，确定不同的水灰比，一般情况下水灰比可选0.8~1.2，选择好土，进行现场强制式搅拌机计量配制。塌落度为18~22cm。为保证土中粗颗粒不堵管，过粗孔筛。冬季施工时尚需用热水拌制水泥土浆，必要时尚需加入防冻剂或速凝剂等外加剂。为更节约环保可掺入粉煤灰等工业废料。

钻进压灌水泥土浆成桩：钻至孔底后钻具提离孔底5~20cm，开泵泵送水泥土浆，均匀缓慢连续提升钻具，保证不出现断桩，直至孔口位置。由于采用强制式搅拌机搅拌水泥土浆，配方及拌制工艺更易控制，可使全孔水泥土体更均匀，便于型钢插入。

型钢插入：型钢为了减小下沉阻力，下端加工成“尖”形。同时在型钢外侧涂抹脱模油。用起重设备将型钢吊起，利用其自重下沉，不能达到设计深度时，开动振动锤，振动插入，在插入过程中采取可靠导正措施保证型钢的垂直度。型钢可以是H型钢，也可依据坑深及受力大小选择其他型钢，如工字钢、槽钢、角钢、圆钢等。一般情况下，型钢上端高出桩顶连梁0.5~1.0m，并在型钢上打孔，以利起拔。

桩顶连梁施工：如采用钢筋混凝土连梁，钢筋绑扎应避开型钢，型钢用泡沫及油毡等包裹，便于起拔拆除。如采用预制连梁，则可在完成其功效后一并拆除回收，重复使用。

内支撑或锚杆施工：依据坑深坑宽及土层情况，设计采用常规的内支撑或锚杆支护，锚杆采用现有的可拆式锚杆。

内支撑或锚杆拆除：主体建筑达到一定阶段时，临时性基坑支护将失去其作用，可以对其进行拆除，重复利用，也使基坑支护锚杆不再留在地下，更环保。

型钢起拔回收，重复利用：待基坑回填完成后，可将型钢起拔回收，起拔工具可采用专用起拔机，或基坑不深时，型钢摩擦力不大，地方又较狭窄时，可用千斤顶预先起拔，待达到一定高度后，可采用起重设备吊起，回收，重复利用。确保集约环保。

空洞回填：型钢起拔后，留下的空洞，可用水泥浆或水泥土浆液灌满，必要时上部1~2m范围用粘土封住。保证不会流入水。

工程实例

1 工程概况

鑫岭家园地下车库基坑支护工程位于河北省邯郸市陵西大街与水院北路交叉口东南角，拟建1#、2#楼为地下室3层，地上32层，3#楼为地下3层，地上6层，地下车库为2层。±0.00按现地面计算，基坑长约90m，宽约80m，深度10.6m。

2工程地质条件

本勘察场地位于河北省邯郸市陵西大街与水院北路街交叉口东南角，属太行山东麓山前冲洪积扇平原地貌 ，地形稍有起伏，地面标高57.94m～58.44m，高差0.50m左右。

本次勘察在60.00m深度范围内，所揭露地层按地基土的成因类型、土质特征并从建筑工程评价的要求出发将本场地地基土分为13个岩土单元，现分述如下：

⑴杂填土（Q₄ ^2ml）：

灰褐色，松散-稍密，湿，由炉渣、建筑垃圾及粘性土组成，堆积时间短，均匀性差。

本层分布整个场地，层厚0.80～3.40m，层底标高55.03～57.53m。 

⑵粉质粘土（Q₄ ^2(al+pl)）：

褐黄色，可塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，粘粒含量低，夹粉土薄层，含少量小钙质结核。

本层分布整个场地，层厚1.50～4.00m，层底标高53.04～54.53m。

⑶粉土（Q₄ ^2(al+pl)）：

黄褐色，稍密，湿要，摇振反应中等，无光泽，干强度、韧性低，含少量小钙质结核，夹粉质粘土块、薄层。

本层分布整个场地，层厚1.10～2.80m，层底标高51.14～52.47m。

⑷粉质粘土（Q₄ ^2(al+pl)）：

灰褐色，可塑塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，上部夹粉土薄层，含少量青瓦片及有机质团块。

本层分布整个场地，粉质粘土，层厚1.10～3.00m，层底标高47.67～50.83m。

⑸粉质粘土（Q₄ ^1(al+pl)）

浅黄色，可塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性低-中等，干强度中等，夹粉土薄层，含少量小钙质结核，顶部含量较多。

本层分布整个场地粉质粘土，层厚1.00～5.40m，层底标高44.45～48.37m。

⑹粉质粘土（Q₄ ^1(al+pl)）：

棕黄色，可塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性低-中等，干强度中等，夹粉土薄层，含少量小钙质结核，下部含少量细砂粒。

本层分布整个场地粉质粘土，层厚4.70～7.40m，层底标高39.14～41.67m。

⑺细砂（Q₄ ^1(al+pl)）：

黄褐色，稍密，很湿-饱和，由长石、石英细砂及粉质粘土组成，砂粒为亚圆形，不均匀，下部含粉质粘土薄层，含少量小砾石，底部含量增加。

本层分布整个场地细砂，层厚1.60～5.40m，层底标高34.94～38.27m。

⑻砾砂（Q₄ ^1(al+pl)）

黄褐色，稍密-中密，很湿-饱和，含20-30%砾石，径5-20mm，最大200mm，为长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均匀，充填物为可塑-硬塑状态粉质粘土、中细砂，分布不均匀。

本层分布整个场地，本层土只有部分钻孔完全揭露，揭露厚度3.90～6.70m，层底标高27.05～34.74m。

（8-1）粉质粘土（Q₄ ^1(al+pl)）：

棕黄色，可塑-硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量小砾石、砂粒

本层主要分布分布于场地西南部，层厚0.50～2.40m，层底标高29.64～32.94m。

⑼粉质粘土（Q41^(al+pl)）：

棕黄色，可塑-硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量小钙质结核及小砾石、砂粒，下部沙粒含量增大，局部相变为细砂薄层

本层分布整个场地，层厚0.50～6.70m，层底标高24.74～28.43m。

⑽圆砾（Q41(al+pl)）：

黄褐色，稍密-中密，很湿-饱和，含65%左右砾石，径5-20mm，最大200mm，为长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均匀，充填物为可塑-硬塑状态粉质粘土、中细砂夹硬塑粉质粘土薄层。

本层分布整个场地，层厚6.30～9.90m，层底标高16.53～18.71m。

⑾粉质粘土（Q41(al+pl)）：

棕黄色，硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量砂粒及褐色团块。

本层分布整个场地，层厚4.30～8.20m，层底标高8.74～13.53m。

⑿砾砂（Q41(al+pl)）：

黄褐色，稍密-中密，很湿-饱和，含20%左右砾石，径5-20mm，最大200mm，为长石石英砂岩，亚圆形，中等风化，部分风化成砂状，砾石分布不均匀，充填物为可塑-硬塑状态粉质粘土、中细砂。

本层分布整个场地，层厚2.00～5.50m，层底标高6.34～8.44m。

⒀粉质粘土（N fgl）：

棕黄色，硬塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，含少量褐色团块及浅绿色团块，顶部夹少量小砾石。

本层分布全场区，未揭穿，揭露最大厚度8.80m，层底标高-2.06m。

3水文地质条件

本次勘察在钻孔控制深度范围见地下水，稳定水位埋深8.00～8.50m（k3、k4勘探点处因地表明沟水下渗，水位较高）稳定地下水位标高49.54～50.34m，年内水位变化幅度为1.00 m，3～5年年内最高水位在6.50m。第四层粉质粘土、第五层粉质粘土、第六层粉质粘土、第七层细砂、第八层砾砂为含水层，各含水层互通，属同一层水，为潜水。水位升降主要受大气降水及生活用水补给。场地环境类型为Ⅱ类，根据K1、k2水质分析报告综合评价，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；在干湿交替作用下，地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。长期浸水条件下，地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

4.基坑支护设计

4.1基坑支护方案确定

根据基坑各部位的开挖深度、周边工作面的影响、场区内地质条件及现场周边实际情况，本工程的基坑支护方案采用长螺旋压灌水泥土型钢桩+锚杆联合支护方案，实现止水与支护合二为一。

4.2基坑支护方案设计

长螺旋压灌水泥土桩+型钢桩设计参数

长螺旋压灌水泥土型钢桩：桩顶位于地表以下2.0m处（其上按1：0.5自然放坡），桩径为φ600mm，桩间距为0.45m，桩长为16.0m，水灰比为0.8～1.2，选择好土，塌落度为18～22cm。为保证土中粗颗粒不堵管，过粗孔筛。冬季施工时尚需用热水拌制水泥土浆，必要时尚需加入防冻剂或速凝剂等外加剂。为更节约环保可掺入粉煤灰等工业废料。在施工完毕后在水泥土桩中插入型钢，1－1剖面隔一根桩插入一根型钢，2－2剖面隔两根桩插入一根型钢，H型钢经计算选为HW388*402。

面层和锚杆设计参数

面层：墙面挂φ6.5＠200×200的钢筋网片，并喷射80mm厚的混凝土面层，喷射混凝土的强度为C20。锚杆设计参数如下：

1－1剖面锚杆设计参数（北侧）

2－2剖面锚杆设计参数（东、南、西侧）

桩顶连梁：桩顶设置一道截面尺寸为600×500的连梁，连梁配筋主筋为6Φ20+2Φ16，围筋为φ8200，连梁混凝土标号为C25，连梁配筋详见连梁配筋图。连梁与型钢接触处，在型钢外皮用油毡纸或泡沫包裹隔离，以便于型

5.3施工机械设备计划

6．主要施工方法

6.1施工流程（参见图1）

1、首先在平整场地上测量放线定桩位，两端用测量仪器做好定位桩，防止桩位出现偏差时随时复核；定桩位钢钎或打孔器在地上打一深孔，灌入白石灰粉，在桩位处插上钢筋棍等明显标志。

2、长螺旋钻机就位，利用双线锤法分别从两侧对钻机调平，保证钻机水平，同时保证钻具的垂直度偏差在0.5%范围之内。视土层、水位、周边环境情况可采取顺序钻孔（如图2所示）或“跳打”（可以跳一个孔或多个孔，如图3所示，先间隔打第1、3、5孔，后打2、4孔）。

3、水泥土浆的配制，依据不同地层、地下水位，选择不同类型水泥，确定不同的水灰比，一般情况下水灰比可选0.8～1.2，选择好土，进行现场强制式搅拌机计量配制。塌落度为18～22cm。为保证土中粗颗粒不堵管，过粗孔筛。冬季施工时尚需用热水拌制水泥土浆，必要时尚需加入防冻剂或速凝剂等外加剂。为更节约环保可掺入粉煤灰等工业废料。

4、钻进压灌水泥土浆成桩，钻至孔底后钻具提离孔底5～20cm，开泵泵送水泥土浆，均匀缓慢连续提升钻具，保证不出现断桩，直至孔口位置。由于采用强制式搅拌机搅拌水泥土浆，配方及拌制工艺更易控制，可使全孔水泥土体更均匀，便于型钢插入。

5、型钢插入，型钢为了减小下沉阻力，下端加工成“尖”形。同时在型钢外侧涂抹脱模油。用起重设备将型钢吊起，利用其自重下沉，不能达到设计深度时，开动振动锤，振动插入，在插入过程中采取可靠导正措施保证型钢的垂直度。型钢选用HW388*402 H型钢。一般情况下，型钢上端高出桩顶连梁0.８～1.0m，并在型钢上打孔，以利起拔。

6、桩顶连梁施工，如采用钢筋混凝土连梁，钢筋绑扎应避开型钢，型钢用泡沫及油毡等包裹，便于起拔拆除。

7、型钢起拔回收，重复利用，待基坑回填完成后，可将型钢起拔回收，起拔工具可采用专用震动起拔机，或基坑不深时，型钢摩擦力不大，地方又较狭窄时，可用千斤顶预先起拔，待达到一定高度后，可采用起重设备吊起，回收，重复利用，确保集约环保。

8、空洞回填，型钢起拔后，留下的空洞，可用水泥浆或水泥土浆液灌满，必要时上部1～2m范围用粘土封住。保证不会流入水。

６.2预应力锚杆施工

６.2.1施工工艺流程

预应力锚杆成孔采用锚杆钻机螺旋钻进成孔工艺，锚杆注浆采用微压注浆工艺，锚杆张拉用液压油泵和张拉千斤顶张拉至设计预应力后锁定。锚杆施工流程如下：

施放锚位 → 锚杆机就位 → 稳定钻杆校正孔位和调整角度 → 干作业钻进成孔至设计锚杆长度以上20cm → 自检及专职检 → 记录孔深 → 拔出钻杆下放钢绞线束及注浆管 → 孔底灌注水泥浆 →二次注浆 → 养护 → 安装钢腰梁（如有）及锚头 → 预应力张拉 → 锁定→ 切断钢绞线张拉用的外留量。      

预应力锚杆施工工艺说明：

1、锚杆机就位前应先检查钻杆端部的标高、锚杆的间距是否符合设计要求。就位后必须调正钻杆，符合设计的水平倾角，并保证钻杆的水平投影垂直于坑壁，经检查无误后方可钻进。

2、钻进时应根据工程地质情况，控制钻进速度，防止蹩钻。遇到障碍物或异常情况应及时停钻，待情况清楚后再钻进或采取相应措施。

3、钻至设计要求深度后，空钻慢慢出土，以减少拔钻杆时的阻力，然后拔出钻杆。

Claims (6)

1.一种长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：施工流程为：长螺旋压灌水泥土桩施工形成水泥土桩；在水泥土桩插入型钢形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢的桩顶做连梁；开挖基坑，随着基坑开挖在水泥土型钢桩形成的止水帷幕内侧分步挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填；最后拔除型钢，回收重复利用；填充型钢拔出后留下的空洞。

2.根据权利要求1所述的长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：长螺旋压灌水泥土桩施工时水泥土桩一根咬合一根，或实施间隔跳打桩孔并在完成每一桩孔后进行水泥土桩施工；在水泥土桩施工时，其水泥土浆采用带有计量装置的强制式搅拌机搅制。

3.根据权利要求1所述的长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：在长螺旋压灌的水泥土桩中插入型钢，型钢首先采用自重下入，当不能达到设计深度时采用震动锤震入。

4.根据权利要求1所述的长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：做桩顶连梁后，在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护。

5.根据权利要求4所述的长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑。

6.根据权利要求1所述的长螺旋压灌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：随着基坑开挖，在水泥土型钢桩形成的止水帷幕内侧分步挂网喷射混凝土。

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