CN110863501B - 扩孔空间内粗砾芯墙填充装置及利用该装置的充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，包括中导管、上边导管、多个接管、管瓣座、支撑座和活动支架；所述中导管内设置有套管，中导管两侧分布上边导管，中导管和上边导管均固定设置在管瓣座上部，多个所述接管竖直向排布在中导管上部；所述支撑座下部设置有锥形底座、上部设置有导杆，所述导杆上部置于套管内滑动，导杆和套管之间设置有锁止机构；所述管瓣座和支撑座之间设置所述活动支架。一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法，包括以下步骤：将本装置以收缩状态放入孔底；通过锁止机构将本装置以展开状态固定；向孔内投放石料，并多次提升本装置，以构筑芯墙。本发明设计合理，实现了对竖向砂井扩孔空间内粗砾芯墙的制造。

Description

扩孔空间内粗砾芯墙填充装置及利用该装置的充填方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置及利用该装置的充填方法。

背景技术

环基坑布置一排局部具有鼓形的竖向砂井，具有鼓形的竖向砂井即通过先钻竖向孔再局部扩孔，后往其中填充砂砾石料而成的排水砂柱体，通过相邻砂井鼓形部位的相互切割，构成由砂砾石料充填体组成环基坑砂体，称之为水平砂井。

水平砂井是由较含水层颗粒粗的砂砾石料填充而成，其孔隙大，渗透性高，基坑地下水沿其快速进入抽水井而被抽走，这种水平砂井因在需疏排的含水层中过水截面面积大而疏排基坑地下水效率高，其埋深远浅于垂直井点降水井底埋深，从而可解决垂直井点降水方法降水漏斗深、地面沉降明显不均、多抽水等问题，是一种颇有应用前景的新方法。

如若在水平砂井中设置粗砾芯墙，粗粒芯墙即采用更粗大的颗粒进行填充，不仅大大提高了降水效率，减少抽水井数量，而且能避免降水过程中出现渗流破坏的现象；现有的填充装置可在扩孔空间内满填均质砂砾石料，但却无法在扩孔空间内形成粗砾芯墙，因此需要开发扩孔空间内粗砾石芯墙制造技术，因水平砂井的基本单元是单个竖向砂井的扩孔填砾空间，故仅需要开发单个竖向砂井扩孔空间内粗砾芯墙制造技术。

发明内容

本发明为了解决单个竖向砂井扩孔空间内粗砾芯墙制造的难题，提供一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置及利用该装置的充填方法，实现了对竖向砂井扩孔空间内粗砾芯墙的制造。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，包括用于向扩孔中部输送粗砾石料的中导管、用于向扩孔空间远处输送粗砾石料的上边导管、同时与中导管和上边导管连通的多个接管、管瓣座、支撑座和活动支架；

所述中导管内设置有套管，所述套管为上端封闭的圆管状，套管通过固定板与中导管固定连接，所述固定板位于中导管中部，所述中导管两侧分布所述上边导管，中导管和上边导管均固定设置在所述管瓣座上部，中导管和上边导管的下端均穿过所述管瓣座，多个所述接管竖直排布在中导管上部，相邻的两个接管之间扣接；

所述支撑座下部设置有锥形底座、上部设置有导杆，所述导杆上部置于套管内滑动，导杆和套管之间设置有用于锁定导杆位置的锁止机构；

所述管瓣座和支撑座之间设置所述活动支架，活动支架包括大管瓣、小管瓣、下边导管、振捣驱动器、撑杆和挡布，所述大管瓣对称设置在管瓣座两侧，大管瓣上段下方设置有下边导管，所述下边导管和上边导管之间通过分隔布连通，以大管瓣为对称中心，所述管瓣座两侧还设置有多个所述小管瓣，所述大管瓣和小管瓣均为截面呈弧形的长板状结构，大管瓣和小管瓣均与管瓣座铰接；

所述大管瓣下段下方设置有所述振捣驱动器，与所述大管瓣呈十字形分布的两个小管瓣下段下方也设置有所述振捣驱动器，所述大管瓣和小管瓣的中段下方均铰接设置有撑杆，撑杆下端与支撑座铰接，以大管瓣为对称中心，所述挡布位于管瓣座的两侧，挡布上沿固定在管瓣座下边缘、侧沿固定在大管瓣下方全长侧边缘、下沿通过线绳点式与小管瓣下端口连接、中部通过撑杆撑开或通过线绳点式与小管瓣中部连接。

进一步地，所述套管的上下两端均固定设置有所述固定板，固定板截面呈尖顶长条形，固定板两端与中导管侧壁固定连接，所述中导管为方管，所述套管的下端穿过固定板并向下延长。

进一步地，所述支撑座截面呈“工”字形，支撑座与锥形底座螺纹连接，支撑座与导杆固定连接。

进一步地，所述锁止机构包括上定位座、下定位座、自弹式卡座和卡块，所述上定位座与套管下端固定连接，上定位座上端截面呈锥形，上定位座下端内嵌有多个所述自弹式卡座，所述下定位座为卡箍式结构，下定位座扣合固定在导杆上，下定位座上设置有多个所述卡块，卡块呈TF卡状，卡块与自弹式卡座卡接。

进一步地，所述上定位座和下定位座上下分布，多个所述自弹式卡座和卡块沿导杆圆周向均匀分布。

进一步地，所述下边导管截面呈半椭圆形，下边导管下端截面面积逐渐增大；所述分隔布一端连接在上边导管下端边缘处、另一端连接在下边导管上端边缘处。

进一步地，所述挡布为帆布制成的伞面状结构，两侧的挡布展开后截面呈撑开的扁平伞面状，所述撑杆上端截面呈“U”形，位于小管瓣上的撑杆下端穿过挡布与支撑座铰接。

进一步地，所述挡布下沿通过线绳与小管瓣下端口连接、中部通过线绳与小管瓣中部连接，位于小管瓣上的所述撑杆上设置有卡环，挡布中部抵在卡环上。

一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法，包括以下步骤：

步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定芯墙粗砾石料粒径、砂砾石料粒径；要求芯墙粗砾石料堆积后孔隙略小于其外侧砂砾石料粒径，若扩孔空间顶部采用2-3种砂砾石料，则由下至上填料的孔隙依次减小；

步骤2.根据扩孔空间尺寸、芯墙设计厚度，确定大管瓣和小管瓣的长度与张开度、挡布张紧状态时的尺寸，进而选择管瓣座、支撑座、撑杆、导杆及活动支架其余部件的尺寸，确定下定位座的位置，然后组装好粗砾芯墙填充装置，检查并确保其处于正常工作状态；

步骤3.沿环基坑完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；

步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行粗砾芯墙填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；

步骤5.通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置以收起状态定向下放至孔底，下放时接管与孔壁保持间隙，放至孔底后粗砾芯墙填充装置浸在水中；

步骤6. 受孔底土体阻挡，同时在接管和粗砾芯墙填充装置的自重、以及通过接管施加压力的作用下，大管瓣和小管瓣同步张开至最大设计开度，同时带动挡布展开如撑开的扁平伞状，此时卡块嵌入自弹式卡座内，大管瓣张开所构成的方向与基坑边基本平行；

步骤7．将三室漏斗安装在顶端的接管上，通过三室漏斗分别向中导管和上边导管内输送定量的粗砾石料，粗砾石料在水中下沉，顺中导管的粗砾石料在扩孔中心成堆，顺上边导管的粗砾石料依次沿分隔布和下边导管输送至扩孔空间远处成堆；启动振捣驱动器，三堆锥体状的粗砾石料向四周空间扩散，粗砾石料逐渐成粗砾墙而顶部趋于平缓；之后向接管与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料，砂砾石料在水中下沉，受挡布影响，砂砾石料以休止角的角度顺挡布斜面堆积，受振捣驱动器振动作用，其休止角逐渐减小，砂砾石料也不断向外侧扩散，最终水下砂砾石料堆趋于平缓并伏于粗砾墙侧边，粗砾墙此时成为芯墙；

步骤8．通过起吊设备提升粗砾芯墙填充装置300-500mm，大管瓣和小管瓣仍以设计张开度同步上移，挡布内粗砾石料随之向外扩散，并以水下振动条件下的休止角保持稳定，同时定量往中导管和上边导管内补充粗砾石料，再沿接管与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料，受振捣驱动器振动作用，粗砾石料堆和砂砾石料堆不断向外扩散而堆顶不断趋平，直至其堆积高度超过装置提高升高度且砂砾石料处于挡布底或不高于挡布底200mm；填充后的粗砾芯墙与砂砾石料的侧边界为锯齿状，顶部为一凹向下的分界线；重复本步骤，按灌料-提升循环作业直至粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部；

步骤9.粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部后下压接管，套管与导杆解锁，之后提升粗砾芯墙填充装置，在大管瓣和小管瓣逐渐缓慢回拢过程中，再往中导管和上边导管中同灌砂砾石料，先灌入粗颗粒后灌入细颗粒、以形成梯级层，当细颗粒砂砾料与芯墙侧边的砂砾相同时，将全面往孔中灌砂砾石料，同步在振捣驱动器振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料；

步骤10. 通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至孔外，采用导向管对直孔段填充砂砾石料至设计的高程，完成该孔填砾工作，最终形成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井；

步骤11. 完成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井后，通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至相邻孔，重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；

步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部具有定向芯墙的竖向砂井的施工，使孔间定向芯墙相连，构成了地下连续粗砾芯墙。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明结构设计合理，设置的接管可根据扩孔孔底深度进行数量的调整，从而使本装置顺利下入孔底，设置的中导管用于向扩孔中部输送粗砾石料，上边导管和下边导管配合可用于向扩孔空间远处输送粗砾石料，上边导管和下边导管通过分隔布连通，分隔布同时可将上边导管和中导管分隔开；设置的振捣驱动器可使砾料均匀满填于扩孔空间内，避免空洞引发灾变。

本发明设置的管瓣座和支撑座之间通过导杆滑动连接，进而可控制大管瓣和小管瓣的展开角度，大管瓣和小管瓣在展开时尤如撑开的伞的骨架，挡布展开时尤如撑开的伞面，通过大管瓣和小管瓣或撑杆对挡布进行支撑，挡布可用于分隔粗砾石料和砂砾石料，起到很好地分隔阻挡作用；设置的上定位座上端截面成锥形，方便石料更好的下落，减缓石料对锁止机构的冲击，同时自弹式卡座采用手机存储卡机械式卡槽结构、按一下自动锁止或弹出，卡块呈TF卡状，通过卡块与自弹式卡座的配合实现导杆与套管的锁定与解锁，锁定状态下可使大管瓣和小管瓣展开角度固定，以便开展工作，解锁状态下可使大管瓣和小管瓣处于收起状态，便于本装置顺利的下入孔底和提升孔外。

本发明设置的导杆在套管内上下滑动，套管为导杆提供导向作用，套管通过固定板与中导管连接，固定板截面呈尖顶长条形，在石料输送时，可减缓石料对固定板的冲击，起到方便下料作用，避免产生堆积现象；基于一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法，利用本装置可在单个竖向孔内制作粗砾芯墙，通过多个竖向孔内的粗砾芯墙相交构成了地下连续粗砾芯墙，不仅提高了降水效率，而且能避免降水过程中出现渗流破坏的现象，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的活动支架展开状态的俯视图。

图2是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的图1中A-A向剖视图。

图3是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的图2中C向示意图。

图4是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的图1中B-B向剖视图。

图5是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的图4中D向示意图。

图6是本发明扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的锁止机构的剖视图。

图7是本发明一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法的实施例中步骤5示意图。

图8是本发明一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法的实施例中步骤6-7示意图。

图9是本发明一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法的图8经实施例中步骤8后的E-E向剖视图。

图10是本发明一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法的实施例中步骤9示意图。

图11是本发明一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法的实施例中多个扩孔空间内粗砾石料相交构成的厚度为T的连续芯墙的截面图。

附图中标号为：1为中导管，2为上边导管，3为管瓣座，4为支撑座，5为套管，6为固定板，7为锥形底座，8为导杆，9为上定位座，10为下定位座，11为自弹式卡座，12为卡块，13为大管瓣，14为小管瓣，15为下边导管，16为振捣驱动器，17为撑杆，18为挡布，19为分隔布，20为接管，21为砂砾石料，22为粗砾石料，23为线绳，24为卡环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：

如图1~图6所示，一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，包括用于向扩孔中部输送粗砾石料22的中导管1、用于向扩孔空间远处输送粗砾石料22的上边导管2、同时与中导管1和上边导管2连通的多个接管20、管瓣座3、支撑座4和活动支架；

所述中导管1为方管，中导管1内设置有套管5，所述套管5为上端封闭的圆管状，所述套管5的下端穿过固定板6并向下延长，套管5通过固定板6与中导管1固定连接，所述固定板6位于中导管1中部，固定板6截面呈尖顶长条形，可便于石料的输送，减少石料对固定板6的冲击，增加装置的稳定性，所述中导管1两侧分布所述上边导管2，中导管1和上边导管2均固定设置在所述管瓣座3上部，中导管1和上边导管2的下端均穿过所述管瓣座3，多个所述接管20竖直排布在中导管1上部，相邻的两个接管20之间扣接；

所述支撑座4下部设置有锥形底座7、上部设置有导杆8，所述导杆8上部置于套管5内滑动，导杆8和套管5之间设置有用于锁定导杆8位置的锁止机构，所述锁止机构包括上定位座9、下定位座10、自弹式卡座11和卡块12，所述上定位座9与套管5下端固定连接，上定位座9上端截面呈锥形，可减缓石料下落时对锁止机构的冲击，上定位座9下端内嵌有多个所述自弹式卡座11，所述下定位座10为卡箍式结构，下定位座10扣合固定在导杆8上，下定位座10上设置有多个所述卡块12，卡块12呈TF卡状，卡块12与自弹式卡座11卡接；

所述管瓣座3和支撑座4之间设置所述活动支架，活动支架包括大管瓣13、小管瓣14、下边导管15、振捣驱动器16、撑杆17和挡布18，所述大管瓣13对称设置在管瓣座3两侧，以大管瓣13为对称中心，所述管瓣座3两侧分别设置有三个所述小管瓣14，所述大管瓣13和小管瓣14均为截面呈弧形的长板状结构，大管瓣13和小管瓣14均与管瓣座3铰接，所述大管瓣13上段下方设置有下边导管15，所述下边导管15截面呈半椭圆形，下边导管15下端截面面积逐渐增大，使得石料下溜更加通畅，避免堵管，所述下边导管15和上边导管2之间通过分隔布19连通；

所述大管瓣13下段下方设置有所述振捣驱动器16，与所述大管瓣13呈十字形分布的两个小管瓣14下段下方也设置有所述振捣驱动器16，所述大管瓣13和小管瓣14的中段下方均铰接设置有撑杆17，所述撑杆17上端截面呈“U”形，撑杆17下端与支撑座4铰接，以大管瓣13为对称中心，所述挡布18位于管瓣座3的两侧，挡布18上沿固定在管瓣座3下边缘、侧沿固定在大管瓣13下方全长侧边缘、下沿通过线绳点式与小管瓣14下端口连接、中部通过撑杆17撑开或通过线绳点式与小管瓣14中部连接而随小管瓣14张开而张开，具体地，线绳点式即采用线绳23将挡布18与小管瓣14连接。

根据实际情况，如若采用的下边导管15的长度或截面尺寸较大，可在下边导管15上设置高强度加强箍，此时撑杆17可单铰于下边导管15的加强箍上，使撑杆17上的撑力通过加强箍分摊并传递到大管瓣13上，减弱撑杆17对下边导管15的集中力作用，确保下边导管15的正常工作；如若撑杆17采用铰接于加强箍上，下边导管15长度则可以再加长，粗砾料可以被输送得更远。

本实施例中，所述套管5的上下两端均固定套设有所述固定板6，固定板6两端与中导管1侧壁固定连接，具体的，所述固定板6厚度小于套管5直径，固定板6竖向高度较长，因此固定板6厚度相对减薄的同时也保证了固定板6与中导管1连接的强度，固定板6厚度较薄，因此中导管1截面空间较大，便于下料；所述支撑座4截面呈“工”字形，支撑座4与锥形底座7螺纹连接，支撑座4与导杆8固定连接，锥形底座7深入孔底，可便于本装置的定位，防止发生偏移。

具体的，所述上定位座9和下定位座10上下分布，多个所述自弹式卡座11和卡块12沿导杆8圆周向均匀分布，自弹式卡座11采用手机存储卡机械式卡槽结构、按一下自动锁止或弹出，通过卡块12与自弹式卡座11的配合实现导杆8与管瓣座3的锁定与解锁，实现大管瓣13和小管瓣14的张开与合拢，以便开展工作。

本实施例中，所述分隔布19一端连接在上边导管2下端边缘处、另一端连接在下边导管15上端边缘处；所述挡布18为帆布制成的伞面状结构，两侧的挡布18展开后截面呈撑开的扁平伞面状，位于小管瓣14上的撑杆17下端穿过挡布18与支撑座4铰接，相当于挡布18上开设有圆孔以供撑杆17穿过，挡布18中部和下沿均通过线绳23与小管瓣14连接。

为了增加挡布18张开的安全稳妥性，位于小管瓣14上的所述撑杆17上设置有卡环24，挡布18中部抵在卡环24上，卡环24直径大于挡布18上圆孔直径，卡环24起到限制作用，可阻挡挡布18回缩，通过卡环24与线绳23的共同作用，可把挡布18张开保证稳固。

具体的，本实施例中，所述振捣驱动器16的数量为四个，四个振捣驱动器16呈十字形分布，大管瓣13下方的振捣驱动器16的电源线自大管瓣13内壁延伸至上边导管2外壁布设，小管瓣14下方的振捣驱动器16的电源线自小管瓣14内壁延伸至中导管1外壁布设。

一种基于扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法，包括以下步骤：

步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定芯墙粗砾石料22粒径、砂砾石料21粒径；要求芯墙粗砾石料22堆积后孔隙略小于其外侧砂砾石料21粒径，若扩孔空间顶部采用2-3种砂砾石料21，则由下至上填料的孔隙依次减小，以防止细颗粒堵塞芯墙孔隙，使芯墙渗透性降低、顶外地层细粒下灌而使顶部被掏空失稳；

步骤2.根据扩孔空间尺寸、芯墙设计厚度，确定大管瓣13和小管瓣14的长度与张开度、挡布18张紧状态时的尺寸，进而选择管瓣座3、支撑座4、撑杆17、导杆8及活动支架其余部件的尺寸，确定下定位座10的位置，然后组装好粗砾芯墙填充装置，检查并确保其处于正常工作状态；

步骤3.沿环基坑某方向完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；

步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行粗砾芯墙填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；

步骤5.通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置以收起状态定向下放至孔底，如图7所示，下放时接管20与孔壁保持间隙，放至孔底后粗砾芯墙填充装置浸在水中，收起状态下，卡块12与自弹式卡座11不配合，大管瓣13和小管瓣14自然下落，管瓣座3与支撑座4之间垂直距离最远，振捣驱动器16位于支撑座4的中间段；

步骤6. 如图8所示，受孔底土体阻挡，同时在接管20和粗砾芯墙填充装置的自重、以及通过接管20施加压力的作用下，大管瓣13和小管瓣14同步张开至最大设计开度，同时带动挡布18展开如撑开的扁平伞状，在大管瓣13张开的过程中，管瓣座3相对支撑座4呈下降状态，继而上定位座9向下定位座10移动直至卡块12插入到自弹式卡座11内，自弹式卡座11锁住卡块12，管瓣座3锁住导杆8，管瓣座3与支撑座4之间垂直距离一定，此时大管瓣13张开所构成的方向与基坑边基本平行；设计最大张开度的判定方法：.给接管20施加的压力迅速上升但接管20基本不下行，②.粗砾芯墙填充装置触底后接管20下行总量约达到活动支架从闭合到全张开时的竖向位移量，通常综合上述两种方法进行判定；

步骤7．将三室漏斗安装在顶端的接管20上，通过三室漏斗分别向中导管1和上边导管2内输送定量的粗砾石料22，粗砾石料22在水中下沉，顺中导管1的粗砾石料22在扩孔中心成堆，如图8所示，顺上边导管2的粗砾石料22依次沿分隔布19和下边导管15输送至扩孔空间远处成堆；启动振捣驱动器16，三堆锥体状的粗砾料向四周空间扩散并趋于平缓，受挡布18的影响，这种扩散具有方向优先性和方向限制性；之后向接管20与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料21，砂砾石料21在水中下沉，受挡布18影响，这些砂砾石料21以休止角的角度顺挡布18斜面堆积，受振捣驱动器16振动作用，其休止角逐渐减小，砂砾石料21也不断向外侧扩散，在一定的振动强度和振动时间作用下，水下砂砾石料21堆趋于平缓并伏于粗砾墙侧边，粗砾墙此时成为芯墙；

步骤8．通过起吊设备提升粗砾芯墙填充装置300-500mm，因自弹式卡座11锁住卡块12从而管瓣座3与支撑座4之间垂直距离一定，如图9所示，在提升过程中，大管瓣13和小管瓣14仍以设计张开度同步上移，挡布18内粗砾石料22随之向外扩散，并以水下振动条件下的休止角保持稳定，同时定量往中导管1和上边导管2内补充粗砾石料22，再沿接管20与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料21，受振捣驱动器16振动作用，粗砾石料22堆和砂砾石料21堆不断向外扩散而堆顶不断趋平，直至其堆积高度超过装置提高升高度且砂砾石料21处于挡布18底或不高于挡布18底200mm；填充后的粗砾芯墙与砂砾石料21的侧边界为锯齿状，顶部为一凹向下的分界线，锯齿状的形状主要取决于粗砾芯墙填充装置提升幅度，锯齿状分界线的位置主要取决于挡布18下沿位置，因此在不产生渗流破坏条件下，可以缩小小管瓣14下段与挡布18下沿的位置距离，使芯墙厚度变大，以提高排水效率；重复本步骤，按灌料-提升循环作业直至粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部；

步骤9.粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部后下压接管20，管瓣座3下移，进而上定位座9微靠近下定位座10，相当于将卡块12往自弹式卡座11内压送，继而自弹式卡座11释放卡块12，从而管瓣座3与导杆8解锁；之后提升粗砾芯墙填充装置，如图10所示，在大管瓣13和小管瓣14逐渐缓慢回拢过程中，再往中导管1和上边导管2中同灌砂砾石料21，先粗后细、以形成梯级层，当细颗粒砂砾与芯墙侧边的砂砾相同时，将全面往孔中灌砂砾石料21，同步在振捣驱动器16振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料21；

步骤10. 通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至孔外，采用导向管对直孔段填充砂砾石料21至设计的高程，完成该孔填砾工作，最终形成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井；

步骤11. 完成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井后，通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至相邻孔，重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；

步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部具有定向芯墙的竖向砂井的施工，使孔间定向芯墙相连，如图11所示，构成了地下连续粗砾芯墙，为提高基坑降水效率奠定基础，填砾孔与钻扩孔施工之间必须保证不少于2个空孔。

需要说明的是：1. 扩孔需要在“孔底”进行，当在不同高程上多次扩孔时，扩孔时的“孔底”只是一种临时的“孔底”，只有最下面的那次扩孔可以真正称为扩底，因此，扩孔的概念更宽广，它包含有扩底，即扩底只是扩孔的一种情形。

2.当竖向孔存在多个扩孔空间段时，扩孔空间段的扩孔施工顺序是由上而下，即直孔钻进-扩底-直孔钻进-扩底；扩孔空间段的粗砾芯墙的施工顺序是由下而上，即芯墙制造-直孔段填砂砾-芯墙制造-直孔段填砂砾。下方的粗砾芯墙制造和直孔段填砾完成后，紧邻其上方的扩孔空间便成了该孔的“新的”孔底，即可沿用上述步骤5~步骤10开展“新孔底”芯墙的制造。如此循环，可完成该孔全部粗砾芯墙的制造。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，其特征在于，包括用于向扩孔中部输送粗砾石料（22）的中导管（1）、用于向扩孔空间远处输送粗砾石料（22）的上边导管（2）、同时与中导管（1）和上边导管（2）连通的多个接管（20）、管瓣座（3）、支撑座（4）和活动支架；

所述中导管（1）内设置有套管（5），所述套管（5）为上端封闭的圆管状，所述套管（5）的上下两端均固定设置有固定板（6），固定板（6）截面呈尖顶长条形，套管（5）通过固定板（6）与中导管（1）固定连接，固定板（6）两端与中导管（1）侧壁固定连接，所述中导管（1）为方管，所述套管（5）的下端穿过固定板（6）并向下延长；所述固定板（6）位于中导管（1）中部，所述中导管（1）两侧分布所述上边导管（2），中导管（1）和上边导管（2）均固定设置在所述管瓣座（3）上部，中导管（1）和上边导管（2）的下端均穿过所述管瓣座（3），多个所述接管（20）竖直排布在中导管（1）上部，相邻的两个接管（20）之间扣接；

所述支撑座（4）下部设置有锥形底座（7）、上部设置有导杆（8），所述支撑座（4）截面呈“工”字形，支撑座（4）与锥形底座（7）螺纹连接，支撑座（4）与导杆（8）固定连接；所述导杆（8）上部置于套管（5）内滑动，导杆（8）和套管（5）之间设置有用于锁定导杆（8）位置的锁止机构；

所述锁止机构包括上定位座（9）、下定位座（10）、自弹式卡座（11）和卡块（12），所述上定位座（9）与套管（5）下端固定连接，上定位座（9）上端截面呈锥形，上定位座（9）下端内嵌有多个所述自弹式卡座（11），上定位座（9）和下定位座（10）上下分布，所述下定位座（10）为卡箍式结构，下定位座（10）扣合固定在导杆（8）上，下定位座（10）上设置有多个所述卡块（12），卡块（12）呈TF卡状，卡块（12）与自弹式卡座（11）卡接，多个所述自弹式卡座（11）和卡块（12）沿导杆（8）圆周向均匀分布；

所述管瓣座（3）和支撑座（4）之间设置所述活动支架，活动支架包括大管瓣（13）、小管瓣（14）、下边导管（15）、振捣驱动器（16）、撑杆（17）和挡布（18），所述大管瓣（13）对称设置在管瓣座（3）两侧，大管瓣（13）上段下方设置有下边导管（15），所述下边导管（15）和上边导管（2）之间通过分隔布（19）连通，以大管瓣（13）为对称中心，所述管瓣座（3）两侧还设置有多个所述小管瓣（14），所述大管瓣（13）和小管瓣（14）均为截面呈弧形的长板状结构，大管瓣（13）和小管瓣（14）均与管瓣座（3）铰接；

所述大管瓣（13）下段下方设置有所述振捣驱动器（16），与所述大管瓣（13）呈十字形分布的两个小管瓣（14）下段下方也设置有所述振捣驱动器（16），所述大管瓣（13）和小管瓣（14）的中段下方均铰接设置有撑杆（17），撑杆（17）下端与支撑座（4）铰接，以大管瓣（13）为对称中心，所述挡布（18）位于管瓣座（3）的两侧，挡布（18）上沿固定在管瓣座（3）下边缘、侧沿固定在大管瓣（13）下方全长侧边缘、下沿通过线绳点式与小管瓣（14）下端口连接、中部通过撑杆（17）撑开或通过线绳点式与小管瓣（14）中部连接。

2.根据权利要求1所述的扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，其特征在于，所述下边导管（15）截面呈半椭圆形，下边导管（15）下端截面面积逐渐增大；所述分隔布（19）一端连接在上边导管（2）下端边缘处、另一端连接在下边导管（15）上端边缘处。

3.根据权利要求2所述的扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，其特征在于，所述挡布（18）为帆布制成的伞面状结构，两侧的挡布（18）展开后截面呈撑开的扁平伞面状，所述撑杆（17）上端截面呈“U”形，位于小管瓣（14）上的撑杆（17）下端穿过挡布（18）与支撑座（4）铰接。

4.根据权利要求1所述的扩孔空间内粗砾芯墙填充装置，其特征在于，所述挡布（18）下沿通过线绳（23）与小管瓣（14）下端口连接、中部通过线绳（23）与小管瓣（14）中部连接，位于小管瓣（14）上的所述撑杆（17）上设置有卡环（24），挡布（18）中部抵在卡环（24）上。

5.基于权利要求1~4所述的一种扩孔空间内粗砾芯墙填充装置的充填方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定芯墙粗砾石料（22）粒径、砂砾石料（21）粒径；要求芯墙粗砾石料（22）堆积后孔隙略小于其外侧砂砾石料（21）粒径，若扩孔空间顶部采用2-3种砂砾石料（21），则由下至上填料的孔隙依次减小；

步骤2.根据扩孔空间尺寸、芯墙设计厚度，确定大管瓣（13）和小管瓣（14）的长度与张开度、挡布（18）张紧状态时的尺寸，进而选择管瓣座（3）、支撑座（4）、撑杆（17）、导杆（8）及活动支架其余部件的尺寸，确定下定位座（10）的位置，然后组装好粗砾芯墙填充装置，检查并确保其处于正常工作状态；

步骤3.沿环基坑完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；

步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行粗砾芯墙填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；

步骤5.通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置以收起状态定向下放至孔底，下放时接管（20）与孔壁保持间隙，放至孔底后粗砾芯墙填充装置浸在水中；

步骤6. 受孔底土体阻挡，同时在接管（20）和粗砾芯墙填充装置的自重、以及通过接管（20）施加压力的作用下，大管瓣（13）和小管瓣（14）同步张开至最大设计开度，同时带动挡布（18）展开如撑开的扁平伞状，此时卡块（12）嵌入自弹式卡座（11）内，大管瓣（13）张开所构成的方向与基坑边基本平行；

步骤7．将三室漏斗安装在顶端的接管（20）上，通过三室漏斗分别向中导管（1）和上边导管（2）内输送定量的粗砾石料（22），粗砾石料（22）在水中下沉，顺中导管（1）的粗砾石料（22）在扩孔中心成堆，顺上边导管（2）的粗砾石料（22）依次沿分隔布（19）和下边导管（15）输送至扩孔空间远处成堆；启动振捣驱动器（16），三堆锥体状的粗砾石料（22）向四周空间扩散，粗砾石料（22）逐渐成粗砾墙而顶部趋于平缓；之后向接管（20）与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料（21），砂砾石料（21）在水中下沉，受挡布（18）影响，砂砾石料（21）以休止角的角度顺挡布（18）斜面堆积，受振捣驱动器（16）振动作用，其休止角逐渐减小，砂砾石料（21）也不断向外侧扩散，最终水下砂砾石料（21）堆趋于平缓并伏于粗砾墙侧边，粗砾墙此时成为芯墙；

步骤8．通过起吊设备提升粗砾芯墙填充装置300-500mm，大管瓣（13）和小管瓣（14）仍以设计张开度同步上移，挡布（18）内粗砾石料（22）随之向外扩散，并以水下振动条件下的休止角保持稳定，同时定量往中导管（1）和上边导管（2）内补充粗砾石料（22），再沿接管（20）与孔壁之间的大间隙内定量灌入砂砾石料（21），受振捣驱动器（16）振动作用，粗砾石料（22）堆和砂砾石料（21）堆不断向外扩散而堆顶不断趋平，直至其堆积高度超过装置提高升高度且砂砾石料（21）处于挡布（18）底或不高于挡布（18）底200mm；填充后的粗砾芯墙与砂砾石料（21）的侧边界为锯齿状，顶部为一凹向下的分界线；重复本步骤，按灌料-提升循环作业直至粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部；

步骤9.粗砾芯墙填充装置接近扩孔空间近顶部后下压接管（20），套管（5）与导杆（8）解锁，之后提升粗砾芯墙填充装置，在大管瓣（13）和小管瓣（14）逐渐缓慢回拢过程中，再往中导管（1）和上边导管（2）中同灌砂砾石料（21），先灌入粗颗粒后灌入细颗粒、以形成梯级层，当细颗粒砂砾料与芯墙侧边的砂砾相同时，将全面往孔中灌砂砾石料（21），同步在振捣驱动器（16）振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料（21）；

步骤10. 通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至孔外，采用导向管对直孔段填充砂砾石料（21）至设计的高程，完成直孔段填砾工作，最终形成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井；

步骤11. 完成具有定向的粗砾芯墙的单个竖向砂井后，通过起吊设备将粗砾芯墙填充装置移至相邻孔，重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；

步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部具有定向芯墙的竖向砂井的施工，使孔间定向芯墙相连，构成了地下连续粗砾芯墙。