CN104631480B - 采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法。本发明所述的方法针对淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土以及卵石层、泥岩层等成孔难度大的地质层，通过将注浆管和注气管安装在CFG桩机钻杆的内部，将CFG桩机的钻头改装成潜孔锤钻头，采用成孔后直接喷浆成桩的施工技术。
Description
技术领域
本发明属于深基坑止水帷幕施工领域，特别涉及一种采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法。
背景技术
深基坑止水帷幕是采用钢筋混凝土排桩作为支护结构，利用高压旋喷注浆法使排桩桩间土体固结，与混凝土排桩连成一体，形成密闭的截水屏障。目前在传统深基坑止水帷幕的施工方法中，采用旋喷桩机施工，需要先引孔，后成桩，利用钻机的钻具将带有喷嘴的钻头钻进至设计深度后，在高压泵高压的作用下，将一定水灰比的水泥浆液，通过高压管泵送至钻头，使所注入的高压水泥浆液经过喷嘴喷射出来，冲击、切割周围土体；同时钻具又以一定速度旋转并进行提升，这样水泥浆液强制搅拌周围土体形成圆柱体的桩体。由于浆液克服地层阻力而渗入周围地层空隙中，依靠水泥浆液特性、固化地层，使得地层强度得以提高。当地质情况复杂，尤其是卵石层中夹杂大量漂石时，穿越卵石层时成孔难度很大，而且施工速度缓慢，进而增加深基坑止水帷幕施工的工期，从而增大施工现场人员、物资机械以及材料的收入，导致施工成本增高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法。本发明所述的方法针对淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土以及卵石层、泥岩层等成孔难度大的地质层，采用成孔后直接喷浆成桩的施工技术，提高了成孔质量，缩短了施工周期，降低了施工成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明所述采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法，包括以下步骤：
（1）高压旋喷桩机改装
将CFG桩机改装成高压旋喷桩机，所述改装方法是将注浆管和注气管安装在CFG桩机的钻杆内部，将CFG桩机的钻头改装成潜孔锤钻头；
（2）高压旋喷桩机定位
移动高压旋喷桩机到指定桩位，将潜孔锤钻头对准孔位中心，然后使高压旋喷桩机放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%；高压旋喷桩机就位后，首先进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通，压力是否正常；
（3）水泥浆的制备
在高压旋喷桩机定位的同时，制备水泥浆，备用；
（4）钻孔
采用高压旋喷桩机钻孔，使潜孔锤钻头在预定桩位钻孔至设计标高；
（5）喷浆
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到28~30MPa，按照14~16cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为20~28r/min，直至桩顶停浆面；停浆面采取在钻杆上用油漆标记，避免深度不够；
（6）成桩
喷浆由下而上至设计高度后，拔出喷浆管，形成旋喷桩；
（7）补浆
成桩后，若固结体顶部出现凹穴，应及时采用步骤（3）制备的水泥浆补灌。
本发明所述的方法首先对CFG桩机（水泥粉煤灰碎石桩机）进行改装，即将注浆管和注气管安装在钻杆内部，使注浆管和注气管与钻杆同时下沉至桩底，其具体改装方法为将CFG桩机的钻杆分节拆除；将注浆管和注气管的顶部分别与高压泥浆泵和空压机相连，然后将注浆管和注气管依次穿过每节钻杆，并在穿过每节钻杆的同时将注浆管和注气管采用钢筋箍子固定焊接在每节钻杆的端部。采用上述方法，钻杆重新组装为一体，注浆管和注气管设于钻杆内部。与传统的单管法和双管法相比，在喷浆作业前不需要再单独插管，在钻进过程中同时完成插管，集成孔、喷浆于一体。同时将CFG桩机的钻头换成潜孔锤钻头，其具体方法为将CFG桩机的钻头拆除，购买与CFG桩机钻杆尺寸相匹配的潜孔锤钻头进行替换。采用潜孔锤钻头，能钻进成孔难度大的卵石层。
采用改装的高压旋喷桩机进行施工，在钻进过程中，利用潜孔锤钻头的强大切削能力，保障钻头能穿过卵石层，再利用安装在钻杆内部的注浆管与注气管进行喷浆，与周围的土体搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土混合的加固体。
在本发明所述的方法中，喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到28~30MPa，按照14~16cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为20~28r/min，直至桩顶停浆面。针对淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土以及卵石层、泥岩层等成孔难度大的地质层，本发明所述的施工技术参数可以有效地进行土质改良，使土体的抗剪强度得到大大提高，防止残积层遇水软化，以保证其形成密闭的截水屏障，效果良好。进一步优选地，所述步骤（5）中喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到28MPa，按照15cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为20~28r/min，直至桩顶停浆面。
本发明所述的方法针对淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土以及卵石层、泥岩层等成孔难度大的地质层，通过调整高压旋喷桩机的结构，并优化施工技术参数，有效地提高了施工质量，缩短了施工周期。
优选地，所述步骤（3）中水泥浆的制备方法为将水倒入桶中，再加入水泥和外掺剂，所述水、水泥和外掺剂的重量比为0.8~1.2:0.8~1.2:0.01~0.05，搅拌10~20min，然后依次经第一道筛网过滤和第二道筛网过滤后备用；所述外掺剂为聚氨酯；所述第一道筛网的孔径为0.6~1.0mm，所述第二道筛网的孔径为0.6~1.0mm。采用该水泥浆进行施工，稠度适宜，有效避免了因稠度过大流动缓慢，造成喷嘴堵塞以及因稠度过小影响桩体强度的缺陷。进一步优选地，所述第一道筛网的孔径为0.8mm，所述第二道筛网的孔径为0.8mm。更进一步优选地，所述水、水泥和外掺剂的重量比为1:1:0.03。通过以上优选，可以进一步提高施工质量。
优选地，所述步骤（3）中喷嘴直径为1.6~2.0mm。在本发明所述施工方法中，采用直径为1.6~2.0mm的喷嘴，既能保证施工速度，同时又能提高桩身的强度。进一步优选地，所述步骤（3）中喷嘴直径为1.8mm。
优选地，所述步骤（5）中旋转速度为25-28r/min，可以使加固范围内每一深度的喷浆饱满。进一步优选地，所述步骤（5）中旋转速度为26r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明所述的方法通过将注浆管和注气管安装到钻杆内部，使注浆管和注气管与钻杆同时下沉至桩底，与传统的单管法和双管法相比，在喷浆作业前不需要再单独插管，在钻进过程中同时完成插管，集成孔、喷浆于一体。
（2）本发明所述的方法采用潜孔锤钻头，解决了旋喷桩机在卵石层中夹杂大量漂石成孔难的难题。
（3）本发明针对复杂地质层的环境，采用成孔后直接喷浆成桩的施工技术，并通过优化施工技术参数，获得的桩身强度高，施工质量好。与传统的高压旋喷桩施工方法相比，投入机械材料少、成本小、施工安全、施工迅速。使用本发明所述方法缩短工期近20%、节约机械台班约25%，经济效益达到15万元以上。
附图说明
图1为本发明高压旋喷桩机钻杆的内部剖视结构示意图。
图2为本发明高压旋喷装机潜孔锤钻头的立体结构示意图。
图中标记：1-钻杆，2-注浆管，3-注气管，4-潜孔锤钻头。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
成都市高新区红星路南延线跨府河桥梁工程P2主墩部分位于水中，采用钢筋混凝土排桩、高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工。深基坑地质情况从上至下分别为杂填土层、粉土层、砂层、卵石层、泥岩层，地质情况复杂。
实施例1
采用以下方法对上述深基坑止水帷幕进行施工：
（1）高压旋喷桩机改装
将CFG桩机改装成高压旋喷桩机，所述改装方法是将注浆管和注气管安装在CFG桩机的钻杆内部，具体安装方法为将CFG桩机的钻杆分节拆除；将注浆管和注气管的顶部分别与高压泥浆泵和空压机相连，然后将注浆管和注气管依次穿过每节钻杆，并在穿过每节钻杆的同时将注浆管和注气管采用钢筋箍子固定焊接在每节钻杆的端部。采用上述方法，钻杆重新组装为一体，注浆管和注气管设于钻杆内部，其结构示意图如图1所示。将CFG桩机的钻头改装成潜孔锤钻头，具体方法为将CFG桩机的钻头拆除，购置与CFG桩机钻杆尺寸相匹配的潜孔锤钻头进行替换；所述潜孔锤钻头的立体结构示意图如图2所示。
（2）高压旋喷桩机定位
移动高压旋喷桩机到指定桩位，将潜孔锤钻头对准孔位中心，然后整平高压旋喷桩机，使高压旋喷桩机放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%；高压旋喷桩机就位后，首先进行0.5MPa的低压射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常，喷嘴的直径为1.8mm；
（3）水泥浆的制备
在高压旋喷桩机定位的同时，开始按照设计确定的配合比制备水泥浆，待压浆时备用：首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，其中水、水泥和外掺剂的重量比为1:1:0.03，外掺剂为聚氨酯；开动搅拌机搅拌15分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（第一道筛网孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（第二道过滤网孔径为0.8mm），过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用；
（4）钻孔
采用高压旋喷桩机钻孔，使潜孔锤钻头在预定桩位钻孔至设计标高；
（5）喷浆
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到28MPa，按照15cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为26r/min，直至桩顶停浆面；停浆面采取在钻杆上用油漆标记，避免深度不够；
（6）成桩
喷浆由下而上至设计高度后，拔出喷浆管，喷浆即告结束，形成旋喷桩；
（7）补浆
成桩后，由于水泥浆的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，若固结体顶部出现凹穴，应及时采用步骤（3）制备的水泥浆补灌。
实施例2
采用以下方法对上述深基坑止水帷幕进行施工：
（1）高压旋喷桩机改装
将CFG桩机改装成高压旋喷桩机，所述改装方法是将注浆管和注气管安装在CFG桩机的钻杆内部，具体安装方法为将CFG桩机的钻杆分节拆除；将注浆管和注气管的顶部分别与高压泥浆泵和空压机相连，然后将注浆管和注气管依次穿过每节钻杆，并在穿过每节钻杆的同时将注浆管和注气管采用钢筋箍子固定焊接在每节钻杆的端部。采用上述方法，钻杆重新组装为一体，注浆管和注气管设于钻杆内部，其结构示意图如图1所示。注浆管和注气管的顶部分别与高压泥浆泵和空压机相连。将CFG桩机的钻头改装成潜孔锤钻头，具体方法为将CFG桩机的钻头拆除，购置与CFG桩机钻杆尺寸相匹配的潜孔锤钻头进行替换；所述潜孔锤钻头的立体结构示意图如图2所示。
（2）高压旋喷桩机定位
移动高压旋喷桩机到指定桩位，将潜孔锤钻头对准孔位中心，然后整平高压旋喷桩机，使高压旋喷桩机放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%；高压旋喷桩机就位后，首先进行0.5MPa的低压射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常，喷嘴的直径为2.0mm；
（3）水泥浆的制备
在高压旋喷桩机定位的同时，开始按照设计确定的配合比制备水泥浆，待压浆时备用：首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，其中水、水泥和外掺剂的重量比为0.8:1.2:0.01，外掺剂为聚氨酯；开动搅拌机搅拌20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（第一道筛网孔径为1.0mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（第二道过滤网孔径为1.0mm），过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用；
（4）钻孔
采用高压旋喷桩机钻孔，使潜孔锤钻头在预定桩位钻孔至设计标高；
（5）喷浆
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到30MPa，按照16cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为22r/min，直至桩顶停浆面；停浆面采取在钻杆上用油漆标记，避免深度不够；
（6）成桩
喷浆由下而上至设计高度后，拔出喷浆管，喷浆即告结束，形成旋喷桩；
（7）补浆
成桩后，由于水泥浆的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，若固结体顶部出现凹穴，应及时采用步骤（3）制备的水泥浆补灌。
本发明所述的施工方法主要针对复杂地质层的环境，采用成孔后直接喷浆成桩的施工技术，通过优化施工技术参数，获得的桩身强度高。实践证明，与传统的高压旋喷桩施工方法相比，投入机械材料少、成本小、施工安全、施工迅速。使用本发明所述方法缩短工期近20%、节约机械台班约25%，经济效益达到15万元以上。
Claims (6)
1.采用高压旋喷桩机进行深基坑止水帷幕施工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）高压旋喷桩机改装
将CFG桩机改装成高压旋喷桩机，所述改装方法是将注浆管和注气管安装在CFG桩机的钻杆内部，将CFG桩机的钻头改装成潜孔锤钻头；
（2）高压旋喷桩机定位
移动高压旋喷桩机到指定桩位，将潜孔锤钻头对准孔位中心，然后使高压旋喷桩机放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%；高压旋喷桩机就位后，首先进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通，压力是否正常；
（3）水泥浆的制备
在高压旋喷桩机定位的同时，制备水泥浆，备用；
（4）钻孔
采用高压旋喷桩机钻孔，使潜孔锤钻头在预定桩位钻孔至设计标高；
（5）喷浆
喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，将高压泥浆泵压力增到28~30MPa，按照14~16cm/min的提升速度提升钻杆，提升钻杆的同时边旋转边喷浆，旋转速度为20~28r/min，直至桩顶停浆面；停浆面采取在钻杆上用油漆标记，避免深度不够；
（6）成桩
喷浆由下而上至设计高度后，拔出喷浆管，形成旋喷桩；
（7）补浆
成桩后，若固结体顶部出现凹穴，应及时采用步骤（3）制备的水泥浆补灌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中水泥浆的制备方法为将水倒入桶中，再加入水泥和外掺剂，所述水、水泥和外掺剂的重量比为0.8~1.2:0.8~1.2:0.01~0.05；搅拌10~20min，然后依次经第一道筛网过滤和第二道筛网过滤后备用；所述外掺剂为聚氨酯，所述第一道筛网的孔径为0.6~1.0mm，所述第二道筛网的孔径为0.6~1.0mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述水、水泥和外掺剂的重量比为1:1:0.03。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中喷嘴直径为
1.6~2.0mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中喷嘴直径为1.8mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）中旋转速度为25~28r/min。
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