CN108104110B - 高压喷射水泥土防渗墙的施工方法 - Google Patents

高压喷射水泥土防渗墙的施工方法 Download PDF

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Abstract

高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，A、根据防渗墙确定施工路线定位、放线，定出喷射孔距；B、采用钻机预钻孔；C、高喷台车就位，启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵，启动变角速旋摆动力头和提升机构；D、变角速旋摆动力头在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷，在上述角度范围内能达到有级或无级的变角速度；E、喷射管在提升机构定速的驱动下，提升至设计帷幕高度；按两序孔的顺序施工，完成全部防渗墙或帷幕的施工。优点在于彻底解决了摆、定喷靠近喷射孔处板墙太薄、抗变形能力弱的缺点，能够较精确地在一定范围内调整成墙的厚度和形状，所形成的水泥固结体形状具有附图4~附图6的形状特征。

Description

高压喷射水泥土防渗墙的施工方法
技术领域
本发明涉及建筑建造领域，尤其是一种高压喷射水泥土防渗墙的施工方法。
背景技术
高压喷射注浆法是一项很成熟的技术，其加固机理明确，应用领域广泛。因加固方式的不同，高压喷射注浆法分为旋喷和定、摆喷；因喷射作业半径的需要，又分为单管法、双管法和三管法。当高压喷射注浆法采用旋喷方式时，所形成的旋喷桩可用于地基加固；当旋喷桩采用套搭接的方式时，可用于水利工程的防渗墙和基坑支护工程的防渗帷幕，这种防渗墙的成墙厚度大、抗变形能力强。缺点是布置的桩距(孔间距)较小，水泥用量大，造价较高。相对于旋喷桩，摆喷和定喷作业半径大、孔间距远，其水泥用量相对低、造价省。但摆喷和定喷有一个致命缺点，靠近喷射孔处所形成板墙的厚度太薄，其抗变形能力弱、可靠性差。特别是对变形较为敏感的基坑支护防渗帷幕工程，有时会发生墙身破裂的漏水事故，因此应用的越来越少，逐渐遭到淘汰。经测算旋喷与摆喷、定喷的造价相差约一倍。传统的高压喷射注浆设备其射流压力、流量、喷管提升、旋摆速度参数在成墙过程中是固定的，所形成的水泥固结体形状见附图2和3。作为一般防渗墙使用，从降低工程造价出发，不希望墙身厚度过大。但摆喷和定喷成墙的形状和厚度又滿足不了要求。传统的高压喷射注浆工艺的缺陷可由本发明解决，使成墙形状和厚度达到理想要求。
保留摆喷和定喷防渗帷幕的优点，解决喷射孔处墙体厚度太薄、抗变形能力弱、可靠性差的问题，是本发明专利方案需要解决的主要目的。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高压喷射水泥土防渗墙的施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，施工方法基于成墙装置进行实施，成墙装置包括有能做变角速旋摆运动的变角速旋摆动力头，变角速旋摆动力头的顶部设有提升机构，变角速旋摆动力头的下面或上面设有回转接头，回转接头的侧面设有单通道、双通道或三通道的输送管，回转接头连接喷射管，喷射管的末端设有喷射孔；输送管向喷射孔输送高压水、气和水泥浆；变角速回转动力头可在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷。
高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，施工方法包括如下步骤：
A、根据防渗墙或防渗帷幕确定施工路线进行定位、放线，并根据喷射工艺、半径，定出喷射孔距；
B、采用钻机预钻孔，钻孔径、钻孔深和钻孔垂直度均应满足设计要求；
C、高喷台车就位，将喷射管下入钻机预钻的孔内；启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵，检视介质喷射正常后，再依次启动变角速旋摆动力头和提升机构；
D、变角速旋摆动力头在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷，使传统的定速旋摆运动改变为变角速旋摆运动；且在上述角度范围内能达到有级或无级的变角速度；
E、喷射管在提升机构定速的驱动下，提升至设计帷幕高度，即完成一段墙体的施工；按两序孔的顺序施工，完成全部防渗墙或帷幕的施工。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
（1）彻底解决了摆、定喷靠近喷射孔处板墙太薄、抗变形能力弱的缺点，扩展了传统工艺的应用。通过变角速旋摆动力头的变角速，能够较精确地在一定范围内调整成墙的厚度和形状，所形成的水泥固结体形状具有附图4-附图6的形状特征。
（2）可利用原有的高压旋喷设备，改装变角速旋摆动力头即可实现本专利技术，省投资、推广基础好。可用于基坑支护防渗帷幕工程和水利的防渗墙工程。目前国内深基坑支护防渗帷幕工程量大面广，同时水利的防渗墙工程也不少，具有较大的推广应用前景。与传统的套接旋喷桩防渗墙相比，单位体积工程造价可降低40%左右。经济效益和社会效益巨大，符合国家节能减排政策。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明成墙装置整体结构示意附图；
图2为现有防渗墙或防渗帷幕的俯视结构示意附图；
图3为现有防渗墙或防渗帷幕的俯视结构示意附图；
图4为本发明防渗墙或防渗帷幕的俯视结构示意附图；
图5为本发明防渗墙或防渗帷幕的俯视结构示意附图；
图6为本发明防渗墙或防渗帷幕的俯视结构示意附图；
附图标记说明：喷射管1，喷射孔2，回转接头3，输送管4，变角速旋摆动力头5。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，施工方法基于成墙装置进行实施，成墙装置包括有能做变角速旋摆运动的变角速旋摆动力头5，变角速旋摆动力头5的顶部设有提升机构6，变角速旋摆动力头5的下面或上面设有回转接头3，回转接头3的侧面设有单通道、双通道或三通道的输送管4，回转接头3连接喷射管1，喷射管1的末端设有喷射孔2；输送管4向喷射孔2输送高压水、气和水泥浆；变角速回转动力头5可在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷。
所述变角速旋摆动力头5由齿轮箱51、动力装置52和控制器53组成；齿轮箱51为减速齿轮箱，动力装置52为三相异步交流变频电动机，控制器53为变频器；三相异步交流变频电动机的输出端连接于减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出端连接于喷射管1；变频器控制三相异步交流变频电动机转速进而控制喷射管1的转速。
高压喷射水泥土防渗墙的施工方法包括如下步骤：
A、根据防渗墙或防渗帷幕确定施工路线进行定位、放线，并根据喷射工艺、半径，定出喷射孔距；
B、采用钻机预钻孔，钻孔径、钻孔深和钻孔垂直度均应满足设计要求；
C、高喷台车就位，将喷射管1下入钻机预钻的孔内；启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵，检视介质喷射正常后，再依次启动变角速旋摆动力头5和提升机构6；
D、变角速旋摆动力头5在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷，使传统的定速旋摆运动改变为变角速旋摆运动；且在上述角度范围内能达到有级或无级的变角速度；
E、喷射管1在提升机构6定速的驱动下，提升至设计帷幕高度，即完成一段墙体的施工；按两序孔的顺序施工，完成全部防渗墙或帷幕的施工。
优化的，步骤A中，喷射孔距的确定根据施工地的土层岩性特点确定，喷射孔距随着土层岩性的增大而逐渐减小。
优化的，步骤B中，采用钻机预钻孔，钻孔内径大于喷射管1的外径；孔深为防渗墙或防渗帷幕的深度；成孔垂直度偏差在1%内。
优化的，步骤C中，启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵；高压水泵中，水压力25MPa-30MPa、流量100L/min-150L/min；空气压缩机中，空气压力0.7MPa-1.0MPa、流量2m3/min-3m3/min；水泥浆泵中，水泥浆液压力2MPa-2.5MPa、流量120L/min-150L/min；
优化的，步骤C中，启动变角速旋摆动力头5和提升机构6；变角速旋摆动力头5的平均旋转速度10r.p.m-12r.p.m，且最大与最小之间的角变速比为1：10-1：6；提升机构6的提升速度12cm/min-16cm/min。
优化的，防渗墙或防渗帷幕的厚度为200mm-600mm。
高压喷射水泥土防渗墙的施工方法其原理如下：高压射流在压力、流量一定条件下，其作用半径与射流的作用时间有很大关系。作用时间长、喷射半径就大，作用时间短、喷射半径就小。假如射流压力、流量、喷管提升速度不变，在360°范围内将原先定速的旋摆运动改为变速旋摆，即使垂直于防渗墙轴线方向的旋摆速度加快、而平行于防渗墙轴线方向的旋摆速度放慢，该方法可使其防渗墙固结体平面形状如附图4-附图6所示。换句话说，本发明旨在控制和改变高压射流在360°范围内不同角度的喷射时间，使防渗墙固结体形状和尺寸达到成墙的要求，即做到形状和尺寸是可控和可变化的。
本高压喷射水泥土防渗墙的施工方法按以下工艺步骤实现其技术方案：喷射管1下入事先钻好的孔中，喷射孔2是高压射流喷射孔，启动泵压系统，通过回转接头3和单、双或三通道输送管4，向喷射孔2输送高压水、气和水泥浆。启动喷射管1的提升机构6做定速提升运动，同时启动变速回转动力头5在360°范围内做变角速旋喷或在180°范围内做变角速摆喷，使在地基土中形成所需的防渗墙段。变速回转动力头5由齿轮箱51三相异步交流变频电动机52和变频器53组成。
将旋摆动力头改造为变角速旋摆动力头，变角速旋摆动力头的驱动原理和构造叙述如下：变角速旋摆动力头由齿轮箱、三相异步交流变频电动机和变频器组成。齿轮箱可采用传统的齿轮减速结构，变角速旋摆动力头的驱动源选用三相异步交流变频电动机，与其相配的变频器采用速度检测电路，以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、pla等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
变角速旋摆动力头5可在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷。无论在360°范围内的旋喷还是在180°范围内的摆喷，均可使传统的定速旋摆运动改变为变角速旋摆运动。使形成的防渗墙段具有附图4-附图6、但不限于附图4-附图6所示的特征。
实施例1
某项目为深基坑支护降水工程，基坑开挖深度为8m，设计止水帷幕为14m。在止水帷幕深度范围内，按岩性特点分为5层：分别为耕植土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、粘土。土层一般为软~可塑状态，地下水位埋深为2m。
主要施工参数设计如下：采用三管法施工工艺，水压力25MPa、流量100L/min；空气压力0.7MPa、流量2m3/min；水泥浆液压力2MPa、流量120L/min；喷射管1提升速度16cm/min；变速动力头的平均旋转速度12r.p.m、最大与最小之间的角变速比为1：10，其变速应符合抛物线性规律。
在上述施工参数的条件下，在地基土中形成的单幅墙体平面形状为长度为2.0m、厚度为0.2m，具体参考附图4。
实施例2
某水利防渗墙工程，坝体高12m，筑坝土质为一般粘性土；坝基土质分别为粉质粘土、砂类土，小粒径砂砾土、粉质粘土、粘土。土层一般为硬~可塑状态，设计防渗墙深度为20m。
主要施工参数设计如下：采用三管法施工工艺，水压力30MPa、流量120L/min；空气压力0.7MPa、流量2m3/min；水泥浆液压力2.5MPa、流量150L/min；喷射管1提升速度12cm/min；变速动力头的平均旋转速度10r.p.m、最大与最小之间的角变速比为1：6，其变速应符合抛物线性规律。
在上述施工参数的条件下，在地基土中形成的单幅墙体平面形状为长度为1.6m、厚度为0.35m，具体参考附图4。
传统的高压喷射注浆工艺，其射流作业半径的大小除了与射流压力、流量有关外，与喷管射流孔的提升和旋摆速度亦有很大关系。在地基土为均质条件下，射流对某一点的喷射时间越长、其作业半径就越大；相反射流对某一点的喷射时间越短、其作业半径就越小。根据目前工程上广泛采用的高压喷射注浆设备的特点，其工作中的提升速度和旋摆速度是固定参数。因此旋喷的平面形状是圆形、摆喷的平面形状是对称的扇形、定喷的平面形状近似于薄板形。本专利方案旨在通过控制、改变旋摆速度，将原先定速的旋摆，改为变速旋摆。即垂直于防渗墙方向的旋摆速度快、平行于防渗墙方向的旋摆速度慢。通过控制每一段旋摆角度的喷射时间，达到本专利方案所追求的目标。本专利方案最终所形成的防渗墙厚度和平面形状可根据实际需要设置。可形成长方形、正方形、椭圆形、腰鼓形等平面形状，见附图4-附图6。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：施工方法基于成墙装置进行实施，成墙装置包括有能做变角速旋摆运动的变角速旋摆动力头(5)，变角速旋摆动力头(5)的顶部设有提升机构(6)，变角速旋摆动力头(5)的下面或上面设有回转接头(3)，回转接头(3)的侧面设有单通道、双通道或三通道的输送管(4)，回转接头(3)连接喷射管(1)，喷射管(1)的末端设有喷射孔(2)；输送管(4)向喷射孔(2)输送高压水、气和水泥浆；变角速回转动力头(5)可在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷；
施工方法包括如下步骤：
A、根据防渗墙或防渗帷幕确定施工路线进行定位、放线，并根据喷射工艺、半径，定出喷射孔距；
B、采用钻机预钻孔，其钻孔径、钻孔深和钻孔垂直度均应满足设计要求；
C、高喷台车就位，将喷射管(1)下入钻机预钻的孔内；启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵，检视介质喷射正常后，再依次启动变角速旋摆动力头(5)和提升机构(6)；
D、变角速旋摆动力头(5)在360°范围内变角速度旋喷或在180°范围内变角速度摆喷，使传统的定速旋摆运动改变为变角速旋摆运动；且在上述角度范围内能达到有级或无级的变角速度；
E、喷射管(1)在提升机构(6)定速的驱动下，提升至设计帷幕高度，即完成一段墙体的施工；按两序孔的顺序施工，完成全部防渗墙或帷幕的施工。
2.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：所述变角速旋摆动力头(5)由齿轮箱(51)、动力装置(52)和控制器(53)组成；齿轮箱(51)为减速齿轮箱，动力装置(52)为三相异步交流变频电动机，控制器(53)为变频器；三相异步交流变频电动机的输出端连接于减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出端连接于喷射管(1)；变频器控制三相异步交流变频电动机转速进而控制喷射管(1)的转速。
3.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：步骤A中，喷射孔距的确定根据施工地的土层岩性特点和喷射参数确定。
4.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：步骤B中，采用钻机预钻孔，钻孔内径大于喷射管(1)的外径；孔深为防渗墙或防渗帷幕的深度；成孔垂直度偏差在1％内。
5.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：步骤C中，启动高压水泵、空气压缩机和水泥浆泵；高压水泵中，水压力25MPa-30MPa、流量100L/min-150L/min；空气压缩机中，空气压力0.7MPa-1.0MPa、流量2m3/min-3m3/min；水泥浆泵中，水泥浆液压力2MPa-2.5MPa、流量120L/min-150L/min。
6.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：步骤C中，启动变角速旋摆动力头(5)和提升机构(6)；变角速旋摆动力头(5)的平均旋转速度10r.p.m-12r.p.m，且最大与最小之间的角变速比为1：10-1：6；提升机构(6)的提升速度12cm/min-16cm/min。
7.根据权利要求1所述的高压喷射水泥土防渗墙的施工方法，其特征在于：所形成的防渗墙或防渗帷幕的厚度为200mm-600mm。
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