CN103774644A - 一种排水性水泥土搅拌桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的排水性水泥土搅拌桩的施工方法，利用高液限粘土中掺入低掺量水泥或其他改性剂（如石灰）能提高其渗透系数的原理，结合目前出现的新型钉形水泥土双向搅拌桩机具，通过改变叶片的旋转方向来调整搅拌的直径，第一次下沉喷射低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或其他可提高粘土渗透系数的改性剂（如石灰），形成大直径排水体，上升过程喷射高掺量（掺入比一般不小于10%）水泥或其他提高土体强度的固化剂，通过反方向旋转形成小直径中心桩体。大直径桩体主要作用为增加土体的渗透系数，释放孔隙水压力，小直径桩体的主要作用为提高地基承载力。解决了高液限粘土地区土体孔隙水压力释放慢，强度低，采用其他地基处理方法工艺复杂，造价高的问题。

Description

一种排水性水泥土搅拌桩的施工方法

技术领域

本发明是一种新型排水性水泥土搅拌桩的施工方法，适用于高液限软粘土地区，属于土木工程技术领域。

背景技术

高液限软粘土具有含水量高、渗透系数小、压缩性高、承载力低等特点，因此需要对地基采取排水措施，或者深层加固，然后才能进行其他后续施工，为此在软基施工时大多涉及排水预压与复合地基两种工法。在公路地基处理的工程实践中，水泥土搅拌桩是一种常见的复合地基形式。近年在传统水泥土搅拌桩复合地基工艺上出现了一些创新，如南京大学董平提出在水泥土搅拌桩中用静压法插入小直径预制混凝土桩形成砼芯水泥土搅拌桩；王志进（公开号CN202108042U）提出水泥搅拌桩中插入钢化管后，注浆提高抗拔力，形成复合桩；东南大学刘松玉2004年（公开号CN1632233A）提出一种双向搅拌桩，即在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统带动分别安装在内、外同心钻杆上的两组搅拌叶片，同时正、反向旋转搅拌水泥土而形成搅拌桩，阻断水泥浆上冒，保证搅拌均匀，随后又在其基础上提出将搅拌桩叶片改进为能伸缩叶片，可以在地面以下任何深度处伸缩为2种不同的直径，形成钉形水泥土搅拌桩。传统的搅拌桩以及上述搅拌桩的改进一般均认为水泥桩本身不具备排水性能。

在工程实践中，若实现复合地基的排水功能，则可大幅度提高桩间土的强度，减小复合地基的工程量以及成本，为此一些学者专家也围绕复合地基的排水性能进行了创新，如：南京水科院2007年提出一种混凝土芯砂石桩复合地基，在施工时采用振动沉管法，利用振动沉管机械成孔，灌砂或碎石屑形成桩的外壳作为竖向排水体，然后在孔中心设立预制钢筋混凝土桩作为竖向增强体，成桩后铺设砂垫层或碎石垫层。此种地基利用了砂石的排水作用来加速桩间土固结，以达到控制工后沉降和发挥桩间土承载力的作用，但该施工工序复杂，时间长，沉管过程有挤土效应，且成本较高。

围绕着排水复合地基这个思路（以目前已有搅拌桩的工艺，实现既有足够的桩身强度，同时又能在桩周形成排水通道，进而达到通过增强体的形式加固地基，加速桩间土超静孔压的消散，提高桩间土的强度的目的），本发明根据低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或改性剂（如石灰）能降低高液限粘土液塑限从而提高渗透系数的原理，利用新型钉形搅拌桩成型机具，提出一种新型排水性搅拌桩桩的施工方法。

发明内容

技术问题：为了解决高液限粘土地区目前的水泥土搅拌桩不具备排水功能，其他地基处理方法施工周期长，工艺复杂，造价高的缺点，本发明提供一种新型排水性水泥土搅拌桩的施工方法。

技术方案：本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：根据低掺量（掺入比一般小于5%，掺入比为水泥重量与被搅拌的土体的重量比值）水泥或部分改性剂（如石灰）能有效降低高液限粘土液塑限，进而提高土体渗透系数的原理，利用新型双向搅拌桩机具，使搅拌更加充分均匀，通过改变叶片的旋转方向来调整搅拌的直径，从而在下沉和提升过程中形成内外两种直径的桩体，大直径桩体主要作用为增加土体的渗透系数，释放孔隙水压力，小直径桩体的主要作用为提高地基承载力。具体操作步骤如下：

第一步：整平场地，起重机悬吊水泥土搅拌桩机到指定桩位并对中；

第二步：启动双向水泥土搅拌桩施工机械，调整搅拌叶片完全展开至扩大头直径，机械沿导向架向下触土，下面一组叶轮旋转强制切土，同时开启空压机，通过送气管路向钻具内喷射压缩空气和低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或者其他可提高粘土渗透系数的改性剂，双向搅拌桩机钻杆上分别正、反向旋转的叶片同时旋转搅拌土体，旋转方向为使刀片完全展开至扩大直径方向，把土与固化剂搅拌混合在一起，水泥土搅拌桩机根据掺量控制下沉速度，持续下沉至底部设计标高。

第三步：桩身底面位置处，通过反向旋转内外钻杆，调整搅拌桩机叶片工作半径，搅拌叶片收缩为小直径，搅拌桩机向上提升，叶轮被带动反向旋转强制切土，向土体中旋喷高掺量（掺入比一般不小于10%）水泥灰或其他固化剂，调整喷灰速率和喷灰量。水泥土搅拌桩机持续上升至地表或设计标高以上50cm；

第四步：停止喷水泥灰，保持叶片收缩为小直径的旋转方向，水泥土搅拌桩机沿导向架再次向下触土，上下两组叶轮旋转复搅至桩底设计标高；

第五步：保持旋转方向，提升水泥土搅拌桩机的导向架，水泥土搅拌桩机提升至地表或设计标高以上50cm，完成施工。

本发明的一种排水性水泥土搅拌桩的施工方法具体包括如下步骤：

1）平整场地；

2）起重机悬吊双向搅拌桩机到指定桩位并对中；

3）启动双向搅拌桩施工机械，将钻具的可折叠叶片展开，通过送气管路向钻具内喷射压缩空气和可提高粘土渗透系数的改性剂，所述改性剂是低掺量水泥或石灰，其中，水泥或石灰的重量与被搅拌的土体的重量比小于5%；双向搅拌桩机内外钻杆分别正、反向旋转，搅拌土体，搅拌桩机持续下沉至底部设计标高，形成大直径排水体；

4）在设计底面位置处，通过反向旋转内外钻杆，使折叠叶片处于收缩状态，搅拌桩机向上提升，向土体中喷射增强土体强度的固化剂，所述的固化剂是高掺量水泥或钢渣，其中，水泥或钢渣的重量与被搅拌的土体的重量比大于15%，搅拌桩机持续上升至地表或设计标高以上50cm，形成小直径中心桩体；

5）关闭送灰泵，停止喷灰，保持折叠叶片处于收缩状态的旋转方向，搅拌桩机沿导向架再次下沉、提升，完成单桩施工。

所述的双向搅拌桩施工机械有可以反向旋转的外钻杆（4）和内钻杆（5）；搅拌叶片（6）安装在外钻杆上，搅拌叶片（7）安装在内钻杆上；叶片包括固定端（8）和活动端（9），通过控制转动方向来控制桩体直径的大小。

有益效果：

（1）利用新型双向搅拌桩机具，使得搅拌更加充分均匀；

（2）通过改变叶片的旋转方向来调整搅拌的直径，在下沉和提升过程中形成内外两种不同桩径的桩体，整个过程不增加施工工序。

（3）通过下沉和提升过程中喷射水泥的掺量不同或者固化剂的材料不同，实现两种功能，外部桩体主要作用为增加土体的渗透系数，形成排水通道，内部桩体的主要作用为提高地基承载力。

附图说明

图1是本发明的施工工艺流程示意图。

其中有：外部排水体1；中心桩体2；动力装置3；外钻杆4；内钻杆5；安装在外钻杆上的搅拌叶片6；安装在内钻杆上的搅拌叶片7；叶片固定端8；可折叠叶片9。

具体实施方式

利用高液限粘土中掺入低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或其他改性剂（如石灰）能提高其渗透系数的原理，结合目前出现的新型钉形水泥土双向搅拌桩机具，通过其上的动力装置1带动外钻杆4和内钻杆5同时在地基土中沿相反方向进行旋转，第一次下沉喷射低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或其他可提高粘土渗透系数的改性剂，通过控制转动方向使叶片固定端8和可折叠叶片9处于伸展状态，形成大直径排水体1，上升过程喷射高掺量（掺入比一般不小于10%）水泥或其他提高土体强度的固化剂，通过反方向旋转外钻杆4和内钻杆5，使叶片固定端8和可折叠叶片9处于收缩状态，形成中心桩体2。具体工序如下：

a、平整场地；

b、起重机悬吊搅拌桩机到指定桩位并对中；

c、启动双向搅拌桩施工机械，按照可折叠叶片9完全展开控制旋转方向，同时动力装置3通过送气管路向钻具内喷射压缩空气和低掺量（掺入比一般小于5%）水泥或其他可提高粘土渗透系数的改性剂，双向搅拌桩机外钻杆4和内钻杆5上的搅拌叶片6和7分别正、反向旋转，搅拌土体，保证喷灰均匀，按照掺量控制下沉速度，搅拌桩机持续下沉至底部设计标高；

d、在设计底面位置处，通过反向旋转外钻杆4和内钻杆5，使折叠叶片9处于收缩状态，搅拌桩机向上提升，向土体中旋喷高掺量（掺入比一般不小于10%）水泥或其他增强土体强度的固化剂。安装在内钻杆上的搅拌叶片7旋转切土并喷灰，安装在外钻杆上的搅拌叶片6反向旋转保证搅拌均匀；

e、搅拌桩机持续上升至地表或设计标高以上50cm；

f、关闭送灰泵，停止喷灰，保持折叠叶片9处于收缩状态，搅拌桩机沿导向架再次向下触土，上下两组叶片6和7旋转复搅至桩底设计标高；

g、保持旋转方向，搅拌桩机提升至地表或设计标高以上50cm，完成单桩施工。

Claims (2)

1.一种排水性水泥土搅拌桩的施工方法，其特征在于该施工方法如下：

1）平整场地；

2）起重机悬吊双向搅拌桩机到指定桩位并对中；

3）启动双向搅拌桩施工机械，将钻具的可折叠叶片展开，通过送气管路向钻具内喷射压缩空气和可提高粘土渗透系数的改性剂，所述改性剂是低掺量水泥或石灰，其中，水泥或石灰的重量与被搅拌的土体的重量比小于5%；双向搅拌桩机内外钻杆分别正、反向旋转，搅拌土体，搅拌桩机持续下沉至底部设计标高，形成大直径排水体；

4）在设计底面位置处，通过反向旋转内外钻杆，使折叠叶片处于收缩状态，搅拌桩机向上提升，向土体中喷射增强土体强度的固化剂，所述的固化剂是高掺量水泥或钢渣，其中，水泥或钢渣的重量与被搅拌的土体的重量比大于15%，搅拌桩机持续上升至地表或设计标高以上50cm，形成小直径中心桩体；

5）关闭送灰泵，停止喷灰，保持折叠叶片处于收缩状态的旋转方向，搅拌桩机沿导向架再次下沉、提升，完成单桩施工。

2.根据权利要求1所述的排水性水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是所述的双向搅拌桩施工机械有可以反向旋转的外钻杆（4）和内钻杆（5）；搅拌叶片（6）安装在外钻杆上，搅拌叶片（7）安装在内钻杆上；叶片包括固定端（8）和活动端（9），通过控制转动方向来控制桩体直径的大小。

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