CN106368214B - 一种护筒式水泥土搅拌桩的成桩操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种护筒式水泥土搅拌桩机成桩施工方法，适用淤泥、淤泥质土等软土地基处理。护筒式水泥土搅拌机主要由履带式搅拌机桩架、搅拌机动力头、护筒动力头、搅拌轴、护筒、钻头、支撑架、搅拌叶片等组成，护筒内有平行布置的喷浆管、喷水管和喷料管。水泥土搅拌桩成桩时，在护筒动力头作用下护筒先切削钻进，搅拌机动力头携带钻杆旋喷跟进，在搅拌轴下沉搅拌过程中，喷浆管喷浆、喷料喷管、喷水管视地层情况和施工需要喷水或喷浆；在搅拌轴提升搅拌过程中，关闭护筒动力头，搅拌轴边喷浆边搅拌至预定的停浆面。混合料、浆液在封闭的护筒内与原位土体充分搅拌，提高了桩体的均匀程度和强度，避免了固化剂浆液的扩散和流逝。

Description

一种护筒式水泥土搅拌桩的成桩操作方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，具体指一种护筒式水泥土搅拌桩的成桩操作方法，主要应用于淤泥、淤泥质土以及含一定厚度的夹砂土层或硬土等软土地基处理及深基坑支护。

背景技术

水泥土搅拌桩是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。这种地基处理方法具有投入成本少、处理效果显著、振动和噪音小、环境污染小、工期短等特点，目前在地基处理、深基坑支护、边坡加固等建筑领域得到广泛应用。

但是，在含水率高的淤泥、淤泥质软土中形成的水泥土搅拌桩，普遍存在水泥土搅拌不均匀、水泥浆液扩散和冒浆、设计桩径小于浆液的扩散半径等问题，难以保证桩身的均匀性和连续性，致使加固后的复合地基桩体强度低、承载力不足。另外，当软土中存在一定厚度的夹砂土层或硬土时，现有搅拌桩施工机械难以穿透，导致砂土层或硬土层以下分布的深厚软土不能有效加固。

当采用常规水泥土搅拌桩成桩时，接钻杆的次数为0、1，2、3、4次时，材料损失率分别按设计标准配比的10％、15％、20％、25％增加；用水增加率分别按设计标准配比的10％、15％、20％、25％、30％增加，而常规设计标准配比却没有考虑材料损失率及用水增加率的变化。

目前，工程中常通过增加水泥掺量和搅拌次数提高水泥土搅拌桩的强度和承载力。然而，利用增加水泥掺量或添加外加剂来提高淤泥和淤泥质土中水泥土搅拌桩强度和承载力的效果并不明显，且容易导致水泥材料浪费。通过增加搅拌次数可有效改善水泥和土体搅拌的均匀程度，但在含水量大的淤泥、淤泥质土中施工时存在水泥浆液流逝的问题，且由于淤泥、淤泥质土的触变性，使得水泥浆液与原状土难以均匀搅拌。

同时大量工程实践表明：水泥土搅拌桩的现场强度与水泥和土体的混合均匀度有密切的关系，水泥浆液(或水泥)与原状土混合均匀度越好，桩体强度越高。因此，需要针对淤泥、淤泥质土、夹砂土层或硬土等土层开发研制一种能够确保固化剂与原状土均匀搅拌，并能减小固化剂流逝、阻止残留土体进入桩身，同时可提高水泥土搅拌桩对中和垂直度及施工安全度的成桩操作方法。

发明内容

针对上述施工中存在的问题，本发明提供了一种能够提高固化剂与原状土的搅拌均匀程度和桩体强度、减少固化剂流逝的护筒式搅拌桩施工方法，具体方案可通过以下技术手段来实现：

护筒式水泥土搅拌机主要由履带式搅拌机桩架、搅拌机动力头、护筒动力头、搅拌轴、护筒、钻头、支撑架、搅拌叶片组成。其特征是护筒及钻杆为中空的钢管，搅拌轴内有平行布置的喷浆管，喷料管和喷水管，其中喷料管位于在搅拌轴的中心、直径较大，喷浆管和喷水管分布于喷料管的两侧。

按照设计要求准备固化剂浆液、固化剂和砂石混合料；所述的固化剂浆液可为水泥浆液、水泥基固化剂浆液或其它固化剂浆液，浆液具有良好的流动性和施工性能；浆液初凝时间和水泥浆液相近；固化剂和砂石混合料可以是固化剂与砂、固化剂与砂石(最大粒径小于20mm)、固化剂与工业废弃物(矿渣、钢渣以及无回收利用的粉煤灰等)等。

启动护筒搅拌桩机，在护筒动力头作用下护筒切削钻进，搅拌轴动力头携带搅拌轴旋喷跟进。在钻杆下沉钻进过程中，喷浆管泵送固化剂浆液，喷料管低压喷射混合料，喷水管视土层状况喷水或喷浆。

搅拌轴内设置喷浆管，所述搅拌轴中心设置大直径的喷料管，所述钻杆内还设置用于喷水(或喷浆)的喷水管；所述钻头(或钻杆)钻进穿越淤泥或淤泥质软土时，喷水管宜喷射固化剂浆液；所述钻头(或钻杆)穿越硬土层时，喷水管可适当喷水。

护筒式搅拌桩的成桩操作步骤为：a：平整场地，测量放线；b：护筒式搅拌桩机定位：履带式搅拌机桩架移动到指定位置并对中；c：安装护筒；d：启动护筒搅拌桩机，在护筒动力头作用下护筒切削钻进，搅拌机动力头携带钻杆旋喷跟进，钻进搅拌下沉过程中边喷浆、喷料边搅拌；e：钻杆喷搅下沉至加固深度后，关闭护筒动力头；f：桩底重复搅拌，钻杆边喷浆、喷料边搅拌提升至预定的停浆面；g：重复搅拌下沉到设计加固深度；h：根据设计要求，喷浆或仅搅拌提升至预定的停浆面；i：关闭搅拌机、拆卸护筒，履带式搅拌桩机移至下一根桩，并在水泥土初凝前拔出护筒。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用固化剂加固含水量的淤泥、淤泥质土。根据土层性质和分布情况，灵活控制喷水管喷水(或喷浆)，提高喷浆搅拌成桩的速度，在搅拌过程中加入干燥的固化剂与砂石混合料，降低了固化土的含水率，护筒搅拌减少了浆液的扩散，提高了护筒内核心区固化剂掺量，保证护筒内固化土的均匀性，大幅提高了成桩的质量和桩身强度，改善了普通水泥土桩桩身强度不均匀的缺点。

(2)克服了常规水泥土搅拌桩在淤泥、淤泥质土等地层中成桩困难、桩体强度低、桩身强度不均匀问题。相同地层采用上述方式，进行护筒式搅拌桩施工，成桩后的强度比常规的水泥土搅拌桩提高50％以上；当固化剂掺量为20％、砂石掺量为40％时，所形成固化土标准立方体抗压强度可以高达10MPa左右；在固化土中插入钢筋笼可以从一定程度上代替灌注桩，插入木桩或高强预应力管桩可行成复合桩；同时能有效克服淤泥质黏土、淤泥等地层搅拌桩强度缺陷，提高桩身强度的均匀性，并可降低施工过程中的挤土效应。

附图说明

图1为本发明所述的护筒搅拌桩机结构示意图；

图2为本发明所述的钻杆截面图。

图中：1、步履式搅拌机桩架，2、搅拌机动力头，3、护筒动力头，4、搅拌轴，5、护筒本体，6、钻头，7、对中器，8、搅拌叶片，401、喷浆管，402、喷料管，403、喷水管，9、施工场地。

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，下面结合附图及实施案例对本发明作进一步说明。

如图1所示，护筒式水泥土搅拌机主要由履带式搅拌机桩架1、搅拌机动力头2、护筒动力头3、搅拌轴4、护筒5、钻头6、支撑架7、搅拌叶片8组成。其特征是护筒及钻杆为中空的钢管，护筒内有平行布置的喷浆管401，喷料管402和喷水管403，其中喷料管402位于钻杆中心、直径较大，喷浆管401和喷水管403分布于喷料管的两侧；喷水管403喷水管视土层状况喷水或喷浆。

如图2所示，喷浆管401、喷料管402、喷水管403可以设在同一个钻杆内；还可以设置在不同的钻杆内，如三轴搅拌桩施工设备，可以将喷浆管401、喷料管402、喷水管403设置在不同的钻杆内。

护筒式搅拌桩的成桩操作步骤为：a：平整场地，测量放线；b：护筒式搅拌桩机定位：履带式搅拌机桩架移动到指定位置并对中；c：安装护筒；d：启动护筒搅拌桩机，在护筒动力头3作用下护筒5切削钻进，搅拌机动力头2携带钻杆4旋喷跟进。下钻过程中，喷浆管401喷浆、喷料管402喷料。钻杆4穿越淤泥或淤泥质软土时，喷水管403宜喷射固化剂浆液；钻杆4穿越硬土层时，喷水管403可适当喷水；e：钻杆喷搅下沉至加固深度后，关闭护筒动力头3；f：桩底重复搅拌，钻杆边喷浆、喷料边搅拌提升至预定的停浆面；g：重复搅拌下沉到设计加固深度；h：根据设计要求，喷浆或仅搅拌提升至预定的停浆面；i：关闭搅拌机、拆卸护筒，履带式搅拌桩机移至下一根桩，并在水泥土初凝前拔出护筒。

当然，在上述浆液中可以加入泵送剂、粉煤灰、硅粉或其他矿物外加剂及化学外加剂，这些都是本领域的常识，在此不多叙述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征、成桩步骤和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施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 (9)

1.一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其护筒式水泥土搅拌桩机主要由履带式搅拌机桩架(1)、搅拌机动力头(2)、护筒动力头(3)、搅拌轴(4)、护筒(5)、钻头(6)、支撑架(7)、搅拌叶片(8)组成，其特征是护筒及搅拌轴为中空的钢管，搅拌轴内有平行布置的喷浆管(401)，喷料管(402)和喷水管(403)，其中喷料管(402)位于在搅拌轴的中心，喷浆管(401)和喷水管(403)分布于喷料管的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征是：按照设计要求准备固化剂浆液、固化剂和砂石混合料；所述的固化剂浆液为水泥浆液、水泥基固化剂浆液或其它固化剂浆液，浆液具有良好的流动性和施工性能；浆液初凝时间和水泥浆液相近。

3.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，启动护筒搅拌桩机，在护筒动力头(3)作用下护筒(5)先切削钻进，搅拌机动力头(2)携带搅拌轴(4)旋喷跟进,

搅拌轴(4)在下沉搅拌过程中，喷浆管(401)喷浆、喷料管(402)喷料，根据地层情况和施工需要，喷水管(403)喷水或喷浆。

4.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，护筒式搅拌桩的成桩操作步骤为：a：平整场地，测量放线；b：护筒式搅拌桩机定位：履带式搅拌机桩架移动到指定位置并对中；c：安装护筒；d：启动护筒搅拌桩机，在护筒动力头(3)作用下护筒(5)切削钻进，搅拌机动力头(2)携带钻杆(4)旋喷跟进，钻进搅拌下沉过程中边喷浆喷料边搅拌，喷水管视地层状况喷水或喷浆；e：钻杆喷搅下沉至加固深度后，关闭护筒动力头(3)；f：桩底重复搅拌，钻杆边喷浆喷料边搅拌提升至预定的停浆面；g：重复搅拌下沉到设计加固深度；h：根据设计要求，喷浆或仅搅拌提升至预定的停浆面；i：关闭搅拌机、拆卸护筒，履带式搅拌桩机移至下一根桩，并在水泥土初凝前拔出护筒。

5.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，喷料管压力不宜大于1MPa，混合料是固化剂与砂、固化剂与砂石，所述的砂石最大粒径小于20mm，固化剂与工业废弃物，所述的工业废弃物为矿渣、钢渣以及粉煤灰。

6.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，提钻搅拌结束后，可在护筒内下放钢筋笼形成高强度的钢筋固化土桩，也可在护筒内下木桩或高强预应力管桩形成复合桩。

7.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，如需下放钢筋、插入木桩或高强预应力管桩，其施工步骤应位于搅拌桩施工结束后、护筒拔出前完成。

8.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，根据不同土层情况，控制钻具内独立管路喷水、喷浆或粉喷来调整加固材料的掺入比，加快施工速度，并控制高强搅拌桩桩身强度，实现材料的充分利用。

9.根据权利要求1所述的一种护筒式水泥土搅拌桩成桩方法，其特征在于，根据不同土层情况，可选择不同的加固材料，满足不同地基的强度要求；且可调整钻具内独立管路数量，以满足各种输料的要求。