CN103046557A

CN103046557A - 长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法

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Publication number: CN103046557A
Application number: CN2012105096406A
Authority: CN
Inventors: 何世鸣; 吕海江; 韩星亮; 李江; 周与诚; 梁成华; 张明中; 王之军; 韩立军; 帅军; 王秀江; 贾城; 周宇; 柳瑞海; 邓金成; 邱广宝; 路元; 李碧; 王建明; 程金霞
Original assignee: BEIJING SHUNXIN TIANYU CONSTRUCTION ENGINEERING Co Ltd; Beijing Urban Construction Science And Technology Promotion Association; BEIJING CONSTRUCTION MATERIAL AND GEOLOGICAL ENGINEERING Co
Current assignee: BEIJING SHUNXIN TIANYU CONSTRUCTION ENGINEERING Co Ltd; Beijing Urban Construction Science And Technology Promotion Association; BEIJING CONSTRUCTION MATERIAL AND GEOLOGICAL ENGINEERING Co
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，施工步骤为：采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工；每完成一个水泥土搅拌桩的施工后，在水泥土搅拌桩顶端插入型钢；在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护；进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工；开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土；基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑，最后拔除型钢。优点是：长螺旋钻机能克服较硬土层钻进，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；后插入型钢起到基坑支护作用，做到止水支护“二合一”的效果。由于型钢回收和锚杆的拆除，大大降低基坑支护施工的成本，更加环保。

Description

长螺旋搅拌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止水支护方法，主要涉及长螺旋搅拌水泥土型钢桩及其施工工艺。用于止水(隔水或截水)帷幕、护坡桩或护坡桩的母桩的施工。尤其在北方地区较硬土层中施工更显优势。

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。

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桩机，不能有效穿透7m厚砂层达到设计深度，为此采用了大功率、大扭矩的长螺旋钻机改装后施工，顺利完成近20000m的施工任务。再如北京马坊新村二期地库基坑支护帷幕桩，采用了长螺旋搅拌桩工艺克服了厚度为3.60～5.80m的中密的卵石、圆砾②层，褐黄～灰色，中密的细砂②1层。完成了3.9m~8.9m桩422根。所有这些都证明了长螺旋搅拌桩可以较好地解决类似北京地区这样的硬土层的帷幕桩及护坡桩的施工。尤其在坑不太深或桩不太长时，更显优势，经济快速安全。

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。而且设备庞大笨重，进出场不便，施工期间整个配套设备占地大，搅拌站即占据了很大的面积，对于场地狭窄的“寸土寸金”的类似北京大都市，显得尤为不实用。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足,本发明提供一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑支护施工方法。用改进的长螺旋搅拌钻具实现SMW所无法完成的任务。

本发明的技术方案是：一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

（1）采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工，该水泥土搅拌桩一根咬合一根顺序施工或实施“跳打”，“跳打”的具体方法是每间隔一根或数根桩位顺序打一个桩孔并进行水泥土搅拌桩的施工，然后在上述间隔位打孔并进行水泥土搅拌桩的施工；

（2）每完成一个水泥土搅拌桩的施工后，在水泥土搅拌桩顶端插入型钢，型钢采用自重下沉，如不能达到设计深度则采用振动锤将型钢震入，形成水泥土型钢桩；

（3）在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护；

（4）进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工；

（5）开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土；

（6）基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑，最后拔除型钢，回收重复利用；拔除型钢后留下的空洞用水泥浆或水泥土浆填充。

桩顶连梁采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢直接接触，防止型钢被混凝土固定而影响回收型钢。

所述的长螺旋钻具为光杆搅拌钻具，或带不连续的螺旋叶片；其钻头为带出浆孔的长螺旋钻头或互相垂直的双十字或三十字搅拌头，出浆孔位于搅拌齿下面；长螺旋钻机动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，连接处设置单动装置；注浆配备水泥浆注浆泵，搅浆桶震动筛及储浆桶。

根据每米有效桩长耗用水泥多少，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆的水灰比为0.8-1.5；水泥浆进入储浆池前过筛；凡已配好的水泥浆至使用时的存放时间不能超过2小时。

水泥土搅拌桩施工时的下钻和提升速度≤0.8m/min，每次上升或下沉的速度必须均匀；必须保证相邻搅拌桩的搭接质量，搭接时间不大于24小时；如果间歇时间过长，应采取局部补桩或者注浆措施。

本发明的有益效果是：长螺旋钻机能克服较硬土层钻进，提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性，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，同时后插入型钢起到基坑支护作用，做到止水支护“二合一”的效果。由于型钢回收，大大降低基坑支护施工的成本；同时由于锚杆的拆除，使得基坑支护更加环保。

附图说明

图1是本发明的基本施工工艺流程图；

图2是本发明基坑止水支护结构的剖面图（包括锚杆和桩顶连梁）；

图3是图2中桩顶连梁的放大图；

图4是图2中A处的放大图（锚杆节点的结构图）；

图5是本发明施工采用的搅拌钻具的第一实施例结构示意图；

图6是本发明施工采用的搅拌钻具的第二实施例结构示意图；

图7是本发明施工采用的搅拌钻具的第三实施例结构示意图；

图8是图4－图6中钻头的A-A剖视图；

图9是图8的B-B剖视图；

图10是钻头的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1-图4，本发明一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，首先对施工现场进行常规的“三通一平”，然后按照以下施工步骤进行施工：

（1）采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工：先测量放线定桩（孔）位，后将长螺旋钻机就位。然后打水泥土搅拌桩的桩孔，打桩孔的顺序采用一根咬合一根顺序施工，或实施“跳打”，“跳打”的具体方法是：每间隔一根桩位顺序打数个桩孔并进行水泥土搅拌桩的施工，然后在上述间隔位打孔并进行水泥土搅拌桩的施工。

打桩孔后，一般选土回填至桩孔的不坍位置或离孔口至设计要求。

（2）每完成一个水泥土搅拌桩1的施工后，在水泥土搅拌桩1的顶端插入型钢2，型钢2采用自重下沉，如不能达到设计深度则采用振动锤将型钢震入，形成水泥土型钢桩。

（3）在基坑较深时采用常规的内支撑或现有的可拆式锚杆8进行复合支护；

（4）进行水泥土型钢桩的桩顶连梁3的施工；

（5）开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土4；

（6）基坑肥槽（建筑物与水泥土型钢桩之间的空间）回填达到要求时拆除锚杆8或内支撑，最后拔除型钢2，回收重复利用。拔除型钢后留下的空洞用水泥浆或水泥土浆填充。锚杆8的顶端穿过水泥土型钢桩的外侧至内侧通过锚固件9连接，锚固件9包括两根工字钢91和楔形钢支架93和锚头92，两根工字钢91设在水泥土型钢桩的内侧，在工字钢外侧设有楔形钢支架93，锚杆8的顶端穿过楔形钢支架93的通孔用锚头92锁紧（参见图5）。

桩顶连梁3采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢2直接接触，防止型钢2被桩顶连梁3的混凝土固定而影响回收。

图3中的标记5是建筑底板和外墙，6是防水层，7是基础垫层。

参见图5～图10，施工使用的长螺旋搅拌桩钻具由钻杆10和同轴连接在其下端的钻头20组成，其中钻杆10可以是光杆（只有杆体12，图5所示）；或者由杆体12和连接在其外周面的螺旋叶片11组成（如图6所示）；或者杆体12的上部1/4～1/5是螺旋叶片11，其余部分为不连续的螺旋叶片13（如图7所示）。该螺旋叶片11可将孔内的土部分排出，并有定向导正作用。不连续的螺旋叶片33具有搅拌的作用。

参见图5～图9，所述的钻头20包括管状主体24、一字搅拌头25（或钻头螺旋叶片）、钻齿27和喷嘴26，至少两组一字搅拌头25相互垂直交叉为十字形，并交替间隔地径向连接在管状主体24的外周面，在该一字搅拌头25的下面设有喷嘴26，喷嘴26与穿过所述的管状主体24空腔内的高压注浆管29相通，该高压注浆管29贯穿于钻杆10的杆体12。所述的管状主体24的底端为封闭的圆锥形，在该封闭的顶端径线上安装钻齿27。在所述的钻杆10的底端和钻头20的顶端各设有法兰14和22，两个法兰通过螺栓相互同轴连接。所述的长螺旋钻机的动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，连接处设置单动装置,该单动装置能保证注浆管自由转动而不会扭断。

参见图10，钻头20也采用不连续的螺旋叶片30，一般为2－3片，沿圆周均布。

采用该钻机钻具可有效地搅拌硬土地层，可达到设计的深度及设计的直径，直径的达到800mm甚至1000mm，起到可靠止水作用，比常规的搅拌钻机钻具有更大的动力和扭矩，尤其在遇到密实的砂卵石地层时，是常规的钻具无能为力的，更显示其明显优势。

具体实施例：

1、工程概况及工程、水文地质条件

1.1工程概况

拟建的北京市顺义区老干部活动中心扩建工程位于北京顺义区老干部活动局院内，本次主要设计是顺义区老干部活动中心扩建工程的基坑开挖支护方案，基础埋深约为6.6m。北侧１m为围墙，围墙外为现行道路；南侧距现有4层老干部活动中心4m，且有暖气上水等管线；东侧距围墙2m，围墙外为道路绿化带；西侧距围墙10m，该场地作为堆料场及加工场地。

工程地质条件

典型地层：素填土，厚1.3m，粘土厚0.8m，粉砂厚2.8m，细砂厚2.7m，粘土3.8m。

水文地质条件

地下水为潜水，埋深为地表下2~4.3m。

基坑支护设计

2.1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如下：

东西两侧：采用水泥土搅拌桩中插钢管桩+锚杆联合支护方案。

北侧：采用水泥土搅拌桩中插型钢+锚杆联合支护方案。

南侧：采用水泥土搅拌桩止水+钢筋混凝土桩锚联合支护方案。

设计基坑开挖深度与超载地层参数

地面附加载荷取值东西侧15kPa，北侧30kPa，南侧两个超载分别是15kPa、60kPa。

基坑支护方案设计

北侧：

搅拌桩+H型钢设计参数

H型钢：护坡桩的计算采用理正深基坑软件计算桩的长度、桩的最大弯矩及锚杆拉力，计算结果如下：

桩径φ600（搅拌桩为φ800），桩间距为1.2m，桩长11.0m，嵌固4.4m，桩的最大弯矩为259.82KNm。

帽梁：

H型钢计算

选HW300×300型H型钢进行验算

由

HW300×300型H型钢满足使用要求。

搅拌桩：在基坑外侧先施工一排水泥土搅拌桩，桩顶位于地表，桩径为φ800mm，桩间距为0.60m，桩长为11.0m，水泥的掺入量为12%～15%，水灰比0.8～1.0，在施工完毕后在水泥土桩中利用振动锤插入型钢，型钢是隔一根水泥土桩插入一根。

面层和锚杆设计参数

面层：墙面挂钢板网，并喷射40mm厚的混凝土面层，喷射混凝土的强度为C20。设置1排锚杆，张拉锁定力250kN。

北侧剖面锚杆设计参数

南侧：搅拌桩+桩锚设计参数

桩锚：钢筋混凝土护坡桩，桩径φ600，桩距1.2m；桩顶(连梁顶)位于地表，桩长为11.0m，嵌固深度为4.4m；主筋配置8Φ20均布，箍筋为φ6200，加劲筋为φ142000；桩身混凝土标号为Ｃ25；主筋保护层厚度为50mm。

桩顶连梁3为600×400mm，配筋：主筋为6Φ20＋2Φ20；箍筋φ6200；混凝土标号为Ｃ25。

设置一道锚杆，第一道锚杆设置在地表下2.5m，一桩一锚(水平间距1.2m)，锚杆长度为20.0m(其中非锚固段长度为5m)，锚杆直径φ150mm，锚杆倾角为15°，孔内注入水灰比为0.5的P.O32.5水泥浆，锚索选用2束7φ5（1860级）预应力钢绞线，锁定值为200KN，锚杆锁定在连梁上。

搅拌桩：在护坡桩轴线位置先“跳打”施工一排水泥土搅拌桩（主要是为了止水），桩顶位于地表，桩径为φ800mm，桩间距为0.60m，桩长为11.0m，水泥的掺入量为12%～15%，水灰比0.8～1.0，之后施工钢筋混凝土护坡桩切水泥土帷幕桩形成“连续墙”，达到止水支护目的。

东西两侧：搅拌桩+钢管桩设计参数

搅拌桩：在基坑外侧先施工一排水泥土搅拌桩（主要是为了止水），桩顶位于地表，桩径为φ800mm，桩间距为0.60m，桩长为9.0m，水泥的掺入量为12%～15%，水灰比0.8～1.0，在施工完毕后在水泥土桩中利用振动锤插入钢管桩。

钢管桩：桩距0.6m（每一根搅拌桩中插一根钢管），桩顶位于地表，桩长为9m，下φ75mm的钢管(壁厚2～3mm)。

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80～100mm厚的混凝土面层4，喷射混凝土的强度为C20。外配1Φ14加强筋与所有锚杆8相连。设置2排锚杆8，锚杆8的张拉锁定力为150kN。（参见图3和图5）。

锚杆设计参数

3．具体施工

表1，施工机械设备配置

3.1施工机械设备配置（参见表1）

3.2 水泥土型钢桩施工机具配置

根据长螺旋搅拌桩的特点，每台套机具必须具备以下的设备：长螺旋钻机（两台）、注浆泵（一台）、灰浆搅拌机（一台）、高压管（若干）。每台设备参数如下：

1、长螺旋钻机

长螺旋钻机主要参数见表2。

表2 长螺旋主要性质参数

长螺旋钻机型号	CFG-26	许用最大坡度	2°
				许用拔钻力	300KN	回转速度	0～0.59r∕min
立柱倾斜范围	±2°	回转角度	360°
				行走速度	2.26～3.37m∕min	工作状态	11×4.8×31
支腿	0.25	运输状态	10.5×3×3.1
				中心转座	0.03	钻孔直径	700mm
钻孔深度	7m和14m

2、灰浆泵

灰浆泵的主要参数见表3。

表3 灰浆泵主要性质参数

灰浆泵型号	HJB-3	最大功率	1.5MPa
				灰浆输送量	3m³∕h	电机功率	3Kw
注浆胶管内径	Φ32∕38mm	整机重量	250㎏
				进浆胶管内径	Φ64mm

3、三十字型钻头由于钻机是由长螺旋改装的，所以长螺旋的螺旋钻杆换成光杆，钻头经过特制。

水泥土型钢桩施工准备

3.3.1 搅拌桩与其他工序的关系

长螺旋搅拌桩施工实施引孔后跳打隔孔施工，考虑整个管路冬季施工的要求，24小时不能停工，否则管路会冻结，增加大量辅助时间，效率将十分低下。同时晚上不可开动振动锤避免扰民，同时考虑搅拌后停顿时间长后，插入型钢就很困难，因而夜间只施工中间不插型钢的水泥土桩，白天施工插入型钢的水泥土桩。

3.3.2 水泥土型钢桩施工准备工作

1、施工前应完成“三通一平”施工条件，现场电源根据设备功率大小，选用现场配电；水源根据设备数量，选用宜大勿小；场地应平整并具有一定的强度，如强度不足，应铺垫砂石，或垫钢板以利机械行走。

2、熟悉施工图纸及场地的土质、水文地质资料，做到心中有数。

3、按水泥土桩位平面图，测设桩位轴线、定位点，用Ф25钢筋在桩位处扎入深度不小于30cm的孔，填入白灰并插上钢筋棍，标识桩位，要求所有桩位一次全部放定，并由技术负责人组织质检员、施工员、班组长共同对桩位进行检查，甲方或监理确认准确无误。

4、施工前应将水泥送实验室复试，保证合格。

5、施工前应对施工人员进行全面的安全技术交底，施工前对设备进行安合可靠性检查，确保施工安全。

6、施工现场应做好材料、机具摆放规划。避免杂乱影响施工正常进行或造成安全事故。

3.3.3 施工场地布置

本施工场地施工设备及辅助设施应根据材料运距短、便于运输和存放，水电接头方便，机具设备集中，便于指挥，设备管线移动方便。

3.4 长螺旋搅拌水泥土型钢桩施工工艺

3.4.1 工艺流程

施工工艺流程如图2所示。

3.4.2 工艺要求

(1)钻机就位前，一定要对准桩位标志下钻，对中误差应<50mm，调整好桩机，桩机的主动钻杆要保证垂直，垂直度允许偏差≤0.5%，防止桩斜。

(2)对施钻和喷浆严格要求。在施钻前，项目技术负责对钻进速度、复搅次数、钻进速度、喷浆速度、喷浆次数及停浆面向作业人员详细交待；特别对水泥用量、水泥浆液水灰比进行检查。

(3)停浆面控制：停浆面保证在设计桩顶上不少于50cm处，保证保护桩长达50cm，误差<10cm。

(4)制浆：根据每米有效桩长耗用水泥多少，一次性配制一根桩所用的水泥浆。水泥浆液的水灰比为0.8~1.0。水泥浆进入储浆池前一定过筛。凡已配好的水泥浆大于2小时仍未使用的，应全部废弃，不准用来制桩。

(5)制桩：成桩速度不能太快，提升速度≤0.8m/min，每次上升或下沉，要求成桩速度必须均匀。必须保证搅拌桩的搭接质量，搭接时间不大于24小时，如果间歇时间过长，应采取局部补桩或者注浆措施。型钢采用吊车吊起与振动锤连接，找准桩位，先利用自重下沉，不能下沉时开动振动锤下沉，达设计标高。

（6）搅拌桩直径为800mm，中心距为600mm。

（7）自来水总供水管一个，直径Φ100mm，流量Q≥15m³/小时，通至施工现场，并安装足量程水表一块及阀门一个。

（8）供电总量250KW，最大施工用功率约200KW，电压220V/380V，每台套均装设开关柜一个，并通至施工现场。

（9）水泥品种：P.SA 32.5普通硅酸盐水泥 (袋装) ；水泥品质：复检合格。

Claims

1.一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

（3）在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护；

（4）进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工；

2.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：桩顶连梁采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢直接接触，防止型钢被混凝土固定而影响回收型钢。

3.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：根据每米有效桩长耗用水泥多少，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆的水灰比为0.8-1.5；水泥浆进入储浆池前过筛；凡已配好的水泥浆至使用时的存放时间不能超过2小时。

4.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：水泥土搅拌桩施工时的下钻和提升速度≤0.8m/min，每次上升或下沉的速度必须均匀；必须保证相邻搅拌桩的搭接质量，搭接时间不大于24小时；如果间歇时间过长，应采取局部补桩或者注浆措施。

5.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：施工使用的长螺旋钻具由钻杆和同轴连接在其下端的钻头组成，其中钻杆为光杆，或者由杆体和连接在其外周面的螺旋叶片组成，或者杆体的上部1/4～1/5是螺旋叶片，其余部分为不连续的螺旋叶片。

6.根据权利要求5所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：所述的钻头包括管状主体、一字搅拌头或钻头螺旋叶片、钻齿和喷嘴，至少两组一字搅拌头相互垂直交叉为十字形，并交替间隔地径向连接在管状主体的外周面，在该一字搅拌头的下面设有喷嘴，喷嘴与穿过所述的管状主体空腔内的高压注浆管相通，该高压注浆管贯穿于钻杆的杆体。

7.根据权利要求6所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：所述的管状主体的底端为封闭的圆锥形，在该封闭的顶端径线上安装钻齿；在所述的钻杆的底端和钻头的顶端各设有法兰和，两个法兰通过螺栓相互同轴连接；所述的长螺旋钻机的动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，连接处设置单动装置,该单动装置能保证注浆管自由转动而不会扭断。

8.根据权利要求5所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于：所述的钻头采用不连续的螺旋叶片，各螺旋叶片沿圆周均布。