CN105604052B - 高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，每根搅拌轴的端部设置有喷浆口，在多根搅拌轴的中间设置有专用输浆管，在专用输浆管端部设置有喷浆口，专用输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方。本设备可以转换高低喷浆口的工作时间，使喷浆后水泥土得到充分搅拌。具有施工高效，形成的水泥土搅拌均匀、强度高、止水效果好等特点。

Description

高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，进一步涉及交通市政路基与地基工程技术领域，具体的来说涉及软弱土体加固处理的技术领域。

背景技术

随着城镇化建设的飞速发展及全面建设小康社会战略的实施，对交通、市政及地下空间建设涉及的地基基础施工技术要求越来越高，水泥土搅拌桩技术，作为一种软弱地基加固处理与形成止水帷幕的绿色技术，达到了大力推广应用。为此对其施工质量和施工效率提出了较高的要求。然而，现行的单轴和多轴水泥土搅拌桩施工质量和施工工效已越来越不能满足当今地基工程发展需求，在影响工程质量和工期的同时，出现了大量的工程事故，造成了巨大的经济损失。

针对现行的单轴搅拌桩机、双轴搅拌桩机和三轴搅拌桩机的施工过程分析，可以看出：现行的单轴搅拌桩机如图1A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，喷浆口位于钻头位置，下钻喷浆。从时序图1B可看其施工工艺过程，上提搅拌轴时，喷射的浆液不能及时与土体搅拌混合，也会影响了加固的质量。

现行的双轴搅拌桩机如图2A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间布置一根喷浆管X4，喷浆口位于搅拌叶的上部，搅拌叶片分布在钻头附近一段范围内。下钻搅拌不喷浆，上提时喷浆搅拌，如时序时2B所示，现行的双轴搅拌桩施工工艺要求二喷三搅，即搅拌桩叶片从桩顶到桩低共要循环六次才能满足要求。在搅拌桩的底部，土体被搅拌破碎，但水泥等浆液无法喷入与土体混合，因为喷浆口一直位于搅拌叶片的上方，底部的土体被破碎后得不到水泥浆的混合搅拌，产生了一段软弱桩体，中间的桩体强度明显高于两侧，如图2C所示。

现行的三轴搅拌桩机如图3A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间搅拌轴X3在钻头底部喷气，两侧搅拌轴在钻头的底部喷浆。下钻和上提搅拌轴时均喷浆，如时序图3B所示。由于喷浆口位于两侧，喷射的浆液分布呈中间少，两侧多，导致搅拌桩体的强度呈中间低两侧高的分布，如图3C所示。

现行的单轴和多轴搅拌桩机施工过程主要存在以下几个问题：

1)、在现行的搅拌桩机中，其喷浆口要么位于钻头的底部位置(即搅拌叶片下部)，要么位于搅拌叶片的上部位置，当下钻过程喷浆时，岩土体没有被搅拌松动，喷射的浆液扩散间隙很小，其扩散的半径很小；当提钻喷浆时，浆液沿着钻杆的扩散阻力比向四周的扩散阻力小，出现大量返浆现象，浆液外液损失量较大；

2)、现有的水泥土搅拌方法为了达到浆液的充分扩散要求，通过增加水灰比来增加喷浆量，从而使水泥土的含水量增大，强度降低；

3)、现行搅拌桩机的喷浆口分布不均，使浆液在搅拌桩体中不能均匀扩散，导到浆液与岩土体中的混合十分不均匀，搅拌桩体的强度分布也严重不均；现行三轴搅拌桩每幅之间的套打法连接，更进一步加剧了这种强度分布的不均匀性。

4)、现行的二轴或三轴水泥土搅拌机中，喷浆与搅拌不能同时进行，使得喷射的浆液不能及时搅拌，而出现大量返浆现象，浪费了大量加固材料；

5)、单轴和双轴搅拌桩的搅拌桩机功率小，穿钻土层的能力低，搅拌加固的深度较浅，不能满足深厚软土加固的要求；

6)、现行的搅拌桩机的搅拌叶仅分布在钻头以上一米高的范围且转速较低，搅拌叶片与土体的接触机率少，不能将固化水泥浆与土体充分搅拌和切削，往往呈大的完整土块内没有一点浆液，形成的搅拌墙均匀性和密实性较差。对止水帷幕的质量有较大的影响，不适合用于砂性土体中形成的止水帷幕。对于喷浆口位于搅拌叶片上部的双轴搅拌桩，会在搅拌桩的底部形成一个天窗，不适合用作止水或地基加固。

7)、成桩效率低。无论是单轴、双轴还是三轴，成桩效率均比较低。单轴搅拌桩机每次成桩有效宽度只有400～700mm，双轴搅拌桩每次成桩的有效宽度仅为1.0m(以双轴搅拌桩为例)0三轴搅拌桩每次成桩有效宽度也仅为1.2m。且由于成桩宽度有限，造成设备频繁移机，大大降低作业效率。

8)、机械化水平低。现行的单轴或双轴搅拌桩设备多为走管式，设备移动慢易倾覆，移机的劳动量大；桩机垂直度、钻杆下钻和提升速度慢，扭矩小，钻头的切削能力小，完全依赖于人工控制速度，误差较大，影响成桩质量；

9)、水灰比、外加剂掺入量、浆液流量等关键指标的控制主要依赖人工，存在较大误差，影响成桩质量；

10)、现行的单轴和双轴搅拌桩的每幅桩桩间搭接质量难以保证，易造成基坑渗漏。现行单轴水泥土搅拌桩施工设备如图1所示，从图中可以看出，一次施工一根桩，通过桩间搭接形成连续桩墙，由于钻杆的直径较小，其刚度小，易发生变形，加之定位误差和垂直度误差，将会使设计的搭接量变成负数，表现为搅拌桩在下部沿轴线方向或沿垂直于轴线方向的开口。由单轴搅拌桩形成连续墙，由于搭接缝多，则出现开口缝的机率较高。

上述存在的问题概括起来主要是由施工设备和施工工艺两方面的局限性引起的，这些问题已严重阻碍了搅拌桩技术的应用和发展。因此，对水泥土加固施工设备和施工方法的研发与创新是非常必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法，其特征是，水泥土搅拌桩机，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，搅拌叶片沿搅拌轴分布范围大于1米，其特征是：多根搅拌轴的下部设置有喷浆口，搅拌叶片位于搅拌轴的喷浆口上方，在多根搅拌轴的中间设置有专用输浆管，在专用输浆管下方设置喷浆口，专用输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方；多个喷浆口在搅拌叶片附近呈高低位布置；施工步骤如下：

(1)下钻时，搅拌叶片先将岩土体切削、搅拌，使之形成大间间隙；位于搅拌叶片上方的喷浆口喷浆，搅拌叶片持续正向旋转搅拌；

(2)下钻达到设计加固处理桩底位置时，停止搅拌叶片上部喷浆口喷浆，打开钻头部位的喷浆口喷浆，该喷浆口位于搅拌叶片的下部；

(3)上提钻杆，钻头部位的喷浆口继续喷浆，位于搅拌叶片上方的喷浆口停止喷浆，搅拌叶片持续反向旋转搅拌；

(4)上提钻杆达到或大于搅拌叶片分布长度时停止提升钻杆；

(5)向下钻进，搅拌叶片持续反向旋转搅拌，钻头部位的喷浆口继续喷浆；

(6)向下钻进达到设计加固位置时，钻头部位的喷浆口停止喷浆，同时打开位于搅拌叶片上部的喷浆口喷浆；

(7)上提钻杆，位于搅拌叶片上部的喷浆口喷浆，搅拌叶片下反向旋转搅拌；

(8)上提钻杆达到加固的位置停止喷浆，然后继续搅拌提出钻杆，结束。

(9)搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线成变体W形。

上述步骤中，水泥浆采用全封闭自动控制拌浆系统输送

每根输浆管均安装有流量监测装置。

钻机上安装有深度和搅拌叶片旋转、提升和下钻的速度监测控制装置。

有益效果，与现有技术相比，采用本发明的设备加固处理软土基础具有均匀的强度，均匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1A为现有技术中单轴搅拌桩机的叶片与喷浆口布置图。

图1B为现有的单轴水泥土搅拌桩机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。

图2A为现有技术中双轴搅拌桩机的叶片与喷浆口布置图。

图2B现有的双轴水泥土搅拌桩机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。

图2C现有的双轴水泥土搅拌桩中水泥土强度分布图。

图3A为现有技术中三轴搅拌桩机的叶片与喷浆口布置图。

图3B现有的双轴水泥土搅拌桩机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。

图3C现有的三轴水泥土搅拌桩中水泥土强度分布图。

图4A为本发明实施例1所述的两轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图4B为本发明实施例1成桩截面图。

图5A为本发明实施例2所述的三轴轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图5B为本发明实施例2成桩截面图。

图6A为本发明实施例3所述的三轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图6B为本发明实施例3成桩截面图。

图7A为本发明实施例4所述的四轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图7B为本发明实施例4成桩截面图。

图8A为本发明实施例5所述的四轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图8B为本发明实施例5成桩截面图。

图9A为本发明实施例6所述的四轴带专用输浆管的搅拌桩机示意图。

图9B为本发明实施例6成桩截面图。

图10为本发明所述的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1，参看图4A及图4B，水泥土搅拌桩机具有两根搅拌轴，两根搅拌轴1的端部设置有喷浆口4，在两根搅拌轴的中间设置有专用输浆管2，在专用输浆管下方设置喷浆口3，专用输浆管的喷浆口位于搅拌叶片5的上方；多个喷浆口在搅拌叶片附近呈高低位布置。

实施例2，参看图5A及图5B，所述水泥土搅拌桩机具有三根搅拌轴1，三根搅拌轴一字排列，在三根搅拌轴1中间设置有两根专用输浆管，两根专用输浆管间隔布置在三根搅拌轴中间，专用输浆管下方设置喷浆口3。三轴搅拌桩的中间钻杆的底部设置有喷浆和喷气口6，可以同时进行喷射加固浆液和压力气体其余同实施例1。本实施例中，形成的水泥土搅拌桩墙呈连续分布，能快速高效地形成止水帷幕。

实施例3，参看图6A及图6B，所述水泥土搅拌桩机具有三根搅拌轴1，三根搅拌轴呈品字排列，在三根搅拌轴中间设置有一根专用输浆管，专用输浆管下方设置喷浆口3。三轴搅拌桩的中间钻杆的底部设置有喷浆和喷气口6，可以同时进行喷射加固浆液和压力气体，其余同实施例1。本实施例中只需设置一根专门的喷浆管，实现墩式加固，有效地避开地基中的桩基或障碍物。

实施例4，参看图7A及图7B，所述水泥土搅拌桩机具有四根搅拌轴1，四根搅拌轴一字排列，在四根搅拌轴中间设置有三根专用输浆管，三根专用输浆管间隔布置在四根搅拌轴中间，专用输浆管下方设置喷浆口3。本实施例中，形成的水泥土搅拌桩墙呈连续分布，能快速高效地形成止水帷幕。

实施例5，参看图8A及图8B，所述水泥土搅拌桩机具有四根搅拌轴1，四根搅拌轴呈正方形排列，在四根搅拌轴中间设置有一根专用输浆管，专用输浆管下方设置喷浆口3。本实施例中，只需设置一根专门的喷浆管，实现墩式加固，达到了最大的地基加固工效，有效地避开地基中的桩基或障碍物。

实施例6，图9A及图9B，所述水泥土搅拌桩机具有五根搅拌轴1，五根搅拌轴一字排列，在五根搅拌轴中间设置有四根专用输浆管，四根专用输浆管间隔布置在五根搅拌轴中间，专用输浆管下方设置喷浆口3。本实施例中，形成的水泥土搅拌桩墙呈连续分布，能快速高效地形成止水帷幕。

高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是：

(1)下钻时，搅拌叶片5先将岩土体切削、搅拌，使之形成大间间隙；

下钻时，位于搅拌叶片上方的喷浆口3喷浆，喷射出的浆液在刚形成的岩土体间隙中流动，搅拌叶片5持续正向旋转搅拌，形成的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线31，关系曲线中的水平轴代表搅拌和喷浆的时间8，垂直轴代表搅拌和喷浆的时间7(曲线参看图10)；

(2)下钻达到设计加固处理桩底位置时，停止搅拌叶片5上部喷浆口3喷浆，打开钻头部位的喷浆口4喷浆；

(3)上提钻杆，钻头部位的喷浆口4继续喷浆，位于搅拌叶片上方的喷浆口3停止喷浆，搅拌叶片5持续反向旋转搅拌；

(4)上提钻杆达到或大于搅拌叶片5分布长度时停止提升钻杆，形成的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线41；

(5)向下钻进，搅拌叶片5持续反向旋转搅拌，钻头部位的喷浆口4继续喷浆；

(6)向下钻进达到设计加固位置时，钻头部位的喷浆口4停止喷浆，同时打开位于搅拌叶片上部的喷浆口3喷浆，形成的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线42；

(7)上提钻杆，位于搅拌叶片上部的喷浆口3喷浆，搅拌叶片5反向旋转搅拌，形成的搅拌和喷浆的位置与时间曲线关系32；

(8)上提钻杆达到加固的位置停止喷浆，然后继续搅拌提出钻杆，结束。

上述步骤中，水泥浆采用全封闭自动控制拌浆系统输送

每根输浆管均安装有流量监测装置。

钻机上安装有自动深度和搅拌叶片旋转、提升和下钻的速度监测控制装置。

与现有技术相比，采用本发明的设备加固处理软土基础具有均匀的强度，均匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是：

水泥土搅拌桩机，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，搅拌叶片沿搅拌轴分布范围大于1米，多根搅拌轴的下部设置有喷浆口，搅拌叶片位于搅拌轴的喷浆口上方，在多根搅拌轴的中间设置有专用输浆管，在专用输浆管下方设置喷浆口，专用输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方；位于搅拌叶片上下位置的喷浆口不同时喷浆；随搅拌轴的深度变化，上下喷浆口转换喷浆工作时间；专用输浆管内部设有输气管，其下方设置喷气口；施工步骤如下：

(1)下钻时，位于搅拌叶片上方的喷浆口喷浆，搅拌叶片持续正向旋转搅拌；

(2)下钻达到设计加固处理桩底位置时，停止搅拌叶片上部喷浆口喷浆，打开钻头部位的喷浆口喷浆；

(3)上提钻杆，钻头部位的喷浆口继续喷浆，位于搅拌叶片上方的喷浆口停止喷浆，搅拌叶片持续反向旋转搅拌；

(4)上提钻杆达到或大于搅拌叶片分布长度时停止提升钻杆；

(5)向下钻进，搅拌叶片持续反向旋转搅拌，钻头部位的喷浆口继续喷浆；

(6)向下钻进达到设计加固位置时，钻头部位的喷浆口停止喷浆，同时打开位于搅拌叶片上部的喷浆口喷浆；

(7)上提钻杆，位于搅拌叶片上部的喷浆口喷浆，搅拌叶片下反向旋转搅拌；

(8)上提钻杆达到加固的位置停止喷浆，然后继续搅拌提出钻杆，结束；

(9)搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线成变体W形。

2.根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是：施工过程中，水泥浆采用全封闭自动控制拌浆系统输送。

3.根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是：每根输浆管均安装有流量监测装置。

4.根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是：钻机上安装有深度和转速、提升和下钻的速度监测控制装置。