CN108867632A - 一种纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于基础工程与岩土工程技术领域，涉及一种纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法，先调节主动钻杆定位至指定桩位，启动灰浆搅拌机的电机使搅拌钻头搅拌下沉，然后利用灰浆搅拌机制备纤维水泥混合浆液，压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗，待主动钻杆下沉到指定深度后，开启挤压泵将混合浆液通过输送管道输送至搅拌钻头端部的出浆口，然后边喷浆搅拌边提升钻杆，使加固土体与浆液混合均匀至桩顶后，关闭挤压泵，经过2‑3次提升与下沉搅拌，纤维水泥土搅拌桩施工完成；其施工工艺简单，操作方便，原理科学可靠，成本低，环境友好。

Description

一种纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法

技术领域：

本发明属于基础工程与岩土工程技术领域，涉及一种纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法，特别是一种地基处理及基坑支护新型纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法。

背景技术：

随着社会经济的发展及人口的不断增长，现有地基条件良好的区域土地利用已趋于饱和。土地资源的紧缺致使越来越多建设项目向不良软土地区转移。但软土地区土体具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低等特性，容易造成建筑物产生不均匀沉降，因此建筑物施工前需对不良地基进行改良与处理。不良软土地区通常通过设置水泥土搅拌桩作为复合地基，但该方法水泥用量大、造价高且环境污染问题严重；另一方面，在软土地区建筑物密集区域进行浅基坑开挖或地下管廊施工过程中，通常需采取一定的基坑支护与降排水措施以解决软基边坡稳定性差及地下水位高等问题。解决该问题的常规方法为设置水泥土搅拌桩与混凝土灌注桩进行联合支护，但该方法造价较高。水泥土搅拌桩作为软土地基加固或基坑止水帷幕施工常用工法，其以水泥作为常用固化材料，利用搅拌器械将水泥和软弱土体进行充分搅拌混合，利用水泥材料与软土间物理化学反应，使加固后软土土体物理力学指标达到相应的工程要求。但现有水泥土搅拌桩工法水泥用量大，所产生的环境污染问题较为严重，不符合可持续发展战略与环境保护的长远发展需求；另一方面水泥土搅拌桩作为基坑止水帷幕，抗弯及抗折强度较低，且桩身易产生较大的裂缝，不能作为止水帷幕且兼作支挡围护结构。因此为了尽可能地减少环境污染及适应软土地区浅开挖基坑止水支挡围护结构的需求，亟需一种新型材料代替水泥以提高水泥土搅拌桩的强度，减少水泥用量。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种地基处理及基坑支护新型纤维水泥土搅拌桩施工装置及方法，通过在水泥土搅拌桩施工过程中添加一定量聚丙烯纤维代替水泥，在固化材料添加总量不变的前提下，减少水泥用量，降低造价与环境污染。

为了实现上述目的，本发明所述纤维水泥土搅拌桩施工装置的主体结构包括搅拌机钻塔、主动钻杆、搅拌钻头、灰浆搅拌机、集料斗、挤压泵、输送管道、钢丝绳、操作台和出浆口；主动钻杆通过采用钢丝绳连接的滑轮组与搅拌机钻塔连接，搅拌机钻塔的左侧安装有主动钻杆，主动钻杆的底部安装搅拌钻头，搅拌机钻塔通过输送管道与挤压泵连接，挤压泵与集料斗连接，集料斗放置在灰浆搅拌机的一侧，灰浆搅拌机设置在待加固区域，搅拌钻头的端部设有出浆口，操作台设置在搅拌机钻塔的水平台面上；使用时，调节主动钻杆定位至指定桩位，启动灰浆搅拌机的电机使搅拌钻头搅拌下沉，然后利用灰浆搅拌机制备纤维水泥混合浆液，压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗，待主动钻杆下沉到指定深度后，开启挤压泵将混合浆液通过输送管道输送至搅拌钻头端部的出浆口，然后边喷浆搅拌边提升钻杆，使加固土体与浆液混合均匀至桩顶后，关闭挤压泵，经过2-3次提升与下沉搅拌，纤维水泥土搅拌桩施工完成。

本发明所述纤维为聚丙烯纤维。

本发明所述纤维水泥土搅拌桩施工的具体过程为：

(1)桩基定位：将搅拌机钻塔移至待加固区域附近，控制搅拌机钻塔进行位置微调至加固区域，将主动钻杆移至成桩桩位，桩位偏差≤50mm，当地面不平整时应当利用压路机整平地面，搅拌桩成桩完成后桩体的垂直度偏差≤1％；

(2)预搅下沉：检查灰浆搅拌机冷却水循环是否正常，待冷却水循环正常后，启动灰浆搅拌机的电机，放松钢丝绳，转动搅拌钻头，使主动钻杆搅拌下沉，主动钻杆的下沉速度由由操作台控制为0.5～0.8m/min；如下沉速度过慢，向集料斗中注水以利于钻进；

(3)制备纤维水泥浆：主动钻杆下沉至预定深度后，按照工程实际需要设计水灰比及水泥掺入比计算水泥添加量，水泥添加量为加固土体重量的10～15％，然后按照加固土体干土重量计算纤维使用量，纤维使用量为加固土体干土重量的1～1.75％，将纤维和水泥倒入灰浆搅拌机充分搅拌得到纤维水泥混合浆液，然后在压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗；

(4)提升喷浆搅拌：开启挤压泵，通过输送管道将纤维水泥混合浆液输送到出浆口，当纤维水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌1分钟，喷浆速度根据工程实际需要设定，使纤维水泥混合浆液与加固土体充分搅拌后再缓慢提升主动钻杆；

(5)重复上下搅拌：主动钻杆提升至设计加固深度的顶面标高后，为使加固土体与纤维水泥浆液搅拌均匀，再次将主动钻杆边旋转边钻入土中，重复搅拌过程，达到水泥土搅拌桩成桩要求时沉桩结束。

本发明与现有技术相比，在水泥土搅拌桩中添加一定量的聚丙烯纤维，能够有效提高传统水泥土搅拌桩的桩体强度；相同情况下，相对较少的水泥混合一定量的聚丙烯纤维能够满足工程实际的强度指标，而且聚丙烯纤维-土体之间的相互关联能够充分发挥纤维的抗拉性能和土体的抗压性能，聚丙烯纤维的存在能够对土体颗粒产生一定程度的紧固作用，该作用能够有效地减少裂缝的产生，减缓已产生裂缝的纵横向扩展，进一步可将裂缝形态由竖向贯穿裂缝转变为满布于表面的斜向短裂缝；纤维、水泥及土体之间形成“空间三维网络”，限制土壤颗粒的变形位移，从而达到改善水泥土强度，减小水泥土变形的目的；其施工工艺简单，操作方便，原理科学可靠，成本低，环境友好。

附图说明：

图1为本发明所述纤维水泥土搅拌桩施工工艺流程图。

图2为本发明所述纤维水泥土搅拌桩施工装置的主体结构原理示意图。

图3为本发明所述纤维水泥土无侧限抗压强度变化曲线。

图4为本发明所述纤维水泥土裂缝对比示意图，其中(a)未添加纤维，(b)添加纤维。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明进一步详细说明。

实施例：

本实施例所述纤维水泥土搅拌桩施工装置的主体结构包括搅拌机钻塔1、主动钻杆2、搅拌钻头3、灰浆搅拌机4、集料斗5、挤压泵6、输送管道7、钢丝绳8、操作台9和出浆口10；主动钻杆2通过采用钢丝绳8连接的滑轮组与搅拌机钻塔1连接，搅拌机钻塔1的左侧安装有主动钻杆2，主动钻杆2的底部安装搅拌钻头3，搅拌机钻塔1通过输送管道7与挤压泵6连接，挤压泵6与集料斗5连接，集料斗5放置在灰浆搅拌机4的一侧，灰浆搅拌机4设置在待加固区域，搅拌钻头3的端部设有出浆口10，操作台9设置在搅拌机钻塔1的水平台面上；使用时，调节主动钻杆2定位至指定桩位，启动灰浆搅拌机4的电机使搅拌钻头3搅拌下沉，然后利用灰浆搅拌机4制备纤维水泥混合浆液，压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗5，待主动钻杆2下沉到指定深度后，开启挤压泵6将混合浆液通过输送管道7输送至搅拌钻头3端部的出浆口10，然后边喷浆搅拌边提升钻杆，使加固土体与浆液混合均匀至桩顶后，关闭挤压泵6，经过2-3次提升与下沉搅拌，纤维水泥土搅拌桩施工完成。本实施例所述纤维水泥土搅拌桩施工的具体过程为：

(1)桩基定位：将搅拌机钻塔1移至待加固区域附近，控制搅拌机钻塔1进行位置微调至加固区域，将主动钻杆2移至成桩桩位，桩位偏差≤50mm，当地面不平整时应当利用压路机整平地面，搅拌桩成桩完成后桩体(如图1所示)的垂直度偏差≤1％；

(2)预搅下沉：检查灰浆搅拌机4冷却水循环是否正常，待冷却水循环正常后，启动灰浆搅拌机4的电机，放松钢丝绳8，转动搅拌钻头3，使主动钻杆2搅拌下沉，主动钻杆2的下沉速度由由操作台9控制为0.5～0.8m/min；如下沉速度过慢，向集料斗5中注水以利于钻进；

(3)制备纤维水泥浆：主动钻杆2下沉至预定深度后，按照工程实际需要设计水灰比及水泥掺入比计算水泥添加量，水泥添加量为加固土体重量的10～15％，然后按照加固土体干土重量计算纤维使用量，纤维使用量为加固土体干土重量的1～1.75％，将纤维和水泥倒入灰浆搅拌机4充分搅拌得到纤维水泥混合浆液，然后在压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗5；

(4)提升喷浆搅拌：开启挤压泵6，通过输送管道7将纤维水泥混合浆液输送到出浆口10，当纤维水泥浆到达出浆口10后喷浆搅拌大约1分钟，喷浆速度根据工程实际需要设定，使纤维水泥混合浆液与加固土体充分搅拌后再缓慢提升主动钻杆2，如图2中所示；

(5)重复上下搅拌：主动钻杆2提升至设计加固深度的顶面标高后，为使加固土体与纤维水泥浆液搅拌均匀，再次将主动钻杆2边旋转边钻入土中，重复搅拌过程，达到水泥土搅拌桩成桩要求时沉桩结束。

本实施例所述纤维为聚丙烯纤维。

本实施例采用现有技术对添加纤维后水泥土无侧限抗压强度进行测试，其结果如图3所示，可以看出添加聚丙烯纤维后，水泥土试样7天与14天无侧限抗压强度相比不添加纤维的水泥土试样有显著提高。

本实施例对未添加纤维和添加纤维的水泥土进行对比试验，其裂缝开展情况如图4所示，可以看出不添加聚丙烯纤维的水泥土试样出现了较宽的竖向贯穿裂缝，而添加了聚丙烯纤维的水泥土试样出现的是较窄的斜向片状短裂缝，因此添加聚丙烯纤维能减少裂缝的产生并减缓裂缝的纵向发展。

Claims (3)

1.一种纤维水泥土搅拌桩施工装置，其特征在于主体结构包括搅拌机钻塔、主动钻杆、搅拌钻头、灰浆搅拌机、集料斗、挤压泵、输送管道、钢丝绳、操作台和出浆口；主动钻杆通过采用钢丝绳连接的滑轮组与搅拌机钻塔连接，搅拌机钻塔的左侧安装有主动钻杆，主动钻杆的底部安装搅拌钻头，搅拌机钻塔通过输送管道与挤压泵连接，挤压泵与集料斗连接，集料斗放置在灰浆搅拌机的一侧，灰浆搅拌机设置在待加固区域，搅拌钻头的端部设有出浆口，操作台设置在搅拌机钻塔的水平台面上；使用时，调节主动钻杆定位至指定桩位，启动灰浆搅拌机的电机使搅拌钻头搅拌下沉，然后利用灰浆搅拌机制备纤维水泥混合浆液，压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗，待主动钻杆下沉到指定深度后，开启挤压泵将混合浆液通过输送管道输送至搅拌钻头端部的出浆口，然后边喷浆搅拌边提升钻杆，使加固土体与浆液混合均匀至桩顶后，关闭挤压泵，经过2-3次提升与下沉搅拌，纤维水泥土搅拌桩施工完成。

2.根据权利要求1所述纤维水泥土搅拌桩施工装置，其特征在于所述纤维为聚丙烯纤维。

3.一种采用如权利要求1所述装置进行纤维水泥土搅拌桩施工的方法，其特征在具体过程为：

(1)桩基定位：将搅拌机钻塔移至待加固区域附近，控制搅拌机钻塔进行位置微调至加固区域，将主动钻杆移至成桩桩位，桩位偏差≤50mm，当地面不平整时应当利用压路机整平地面，搅拌桩成桩完成后桩体的垂直度偏差≤1％；

(2)预搅下沉：检查灰浆搅拌机冷却水循环是否正常，待冷却水循环正常后，启动灰浆搅拌机的电机，放松钢丝绳，转动搅拌钻头，使主动钻杆搅拌下沉，主动钻杆的下沉速度由由操作台控制为0.5～0.8m/min；如下沉速度过慢，向集料斗中注水以利于钻进；

(3)制备纤维水泥浆：主动钻杆下沉至预定深度后，按照工程实际需要设计水灰比及水泥掺入比计算水泥添加量，水泥添加量为加固土体重量的10～15％，然后按照加固土体干土重量计算纤维使用量，纤维使用量为加固土体干土重量的1～1.75％，将纤维和水泥倒入灰浆搅拌机充分搅拌得到纤维水泥混合浆液，然后在压浆前将纤维水泥混合浆液倒入集料斗；

(4)提升喷浆搅拌：开启挤压泵，通过输送管道将纤维水泥混合浆液输送到出浆口，当纤维水泥浆到达出浆口后喷浆搅拌1分钟，喷浆速度根据工程实际需要设定，使纤维水泥混合浆液与加固土体充分搅拌后再缓慢提升主动钻杆；

(5)重复上下搅拌：主动钻杆提升至设计加固深度的顶面标高后，为使加固土体与纤维水泥浆液搅拌均匀，再次将主动钻杆边旋转边钻入土中，重复搅拌过程，达到水泥土搅拌桩成桩要求时沉桩结束。