CN111305196B - 一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法，属于土木工程领域。本发明解决了粒径差异大的深部碎石土层内引孔垂直偏差大的问题，降低了碎石土层内地质钻机引孔的深部偏差，对增加底部旋喷桩有效搭接范围起到了有利作用，采用上下分离式的双孔喷嘴，增加了浆液在碎石土内充填物的置换与扩散能力，形成水泥浆包裹碎石的胶结桩体，达到防渗与提高强度的作用。结合本发明的引孔垂直度控制和旋喷桩施工方法，可实现大差异粒径的碎石土层50m深度内高压旋喷桩有效搭接，为今后在类似岩性条件下的防渗治理与地基处理施工提供经验，适用于地基加固、截水帷幕等治理与防渗工程中。

Description

一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法。

背景技术

高压旋喷桩一般适用于流塑-可塑黏性土、粉土、砂土、素填土和碎石土等岩土层的地基处理、止水帷幕、坝体防渗加固等工程，对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层，应确定其可行性后使用。在深厚碎石土层地区进行高压旋喷桩施工时，一般采用地质钻机引孔，引孔为深度大于30米的深孔时，钻孔下半部分倾斜值易超过旋喷桩有效半径，使得临桩搭接不完善而造成帷幕失效。因碎石土层内存在的碎石对高压喷射流有阻隔作用，高压旋喷桩成桩效果受浆液切削充填物能力、碎石粒径、浆液扩散性等条件影响，导致其成桩直径具有不确定性，易使临桩无法搭接，产生帷幕渗漏问题，若存在孔斜过大且桩体直径小的情况，帷幕的质量与效果将无法得到保证。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法。本发明提供的碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法能够降低碎石土层内引孔垂直偏差，改善深部碎石土层内的成桩质量，提高深部帷幕桩体的搭接完整性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法，所述碎石土层的深度为30～50m，包含以下步骤：

施工准备：对施工场地引孔；

钻进作业：对得到的钻孔进行回转钻进；

垂直度监控：监测成孔垂直度，若垂直偏差超过允许值，则进行纠偏，在粒径为2～80cm的碎石土层内，所述允许值为平均垂直度小于0.56％，最大钻孔垂直度小于0.7％；

高压旋喷桩施工：使用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，浆液为纯水泥浆；

连续施工：跳孔成桩，往返作业，形成搭接连续桩墙，完成旋喷桩施工。

优选地，所述引孔采用地质钻机进行，所述地质钻机的钻杆直径不小于50mm，单层岩心管长度不小于4.0m，钻头外径满足引孔孔径要求，安装所述地质钻机时使立柱与钻机作业平台垂直，钻头中心与孔位中心一致，所述地质钻机作业平台水平。

优选地，所述钻进作业为采用泥浆护壁回转钻进，每节钻杆安装导正器，每回次下钻前，对钻机作业平台采用1.0m长水平尺平放调平，钻机立柱采用1.0m长水平尺竖向贴合调至竖直，当碎石粒径小于钻头直径时，钻压为1.0～1.5MPa，当碎石粒径大于钻头直径时，钻压为2.5～3.5MPa。

优选地，所述导正器为活动开合式，所述导正器的内径大于钻杆外径4mm，外径小于钻孔的孔径20mm，长度不小于50cm。

优选地，所述垂直度监控使用无线传输模块监测成孔垂直度，所述无线传输模块的模块测试元件安装在最底部钻杆上，所述无线传输模块的外侧为圆柱钢板防护罩，所述圆柱钢板防护罩的外径小于钻头直径40mm，地面设置信号接收装置，测点间距为50cm。

优选地，所述纯水泥浆的水灰比为0.8～1.1。

优选地，所述高压旋喷桩施工时的高压泵流量为70～85L/min，气压为0.90～0.95MPa，纯水泥浆的压力为30～35MPa，钻杆提速为15～20cm/min，转速为10～15r/min，拆卸钻杆时，复喷长度不小于500mm。

优选地，所述高压旋喷桩施工时，在粒径2～80cm的碎石土层内，形成直径600～650mm的高压旋喷桩体，所述纯水泥浆沿碎石充填缝隙扩散范围不小于1.0m。

优选地，所述双孔喷嘴的喷浆孔为上下分离式，所述双孔喷嘴的上下喷嘴间距不小于15cm，上部喷浆孔为水平孔，下部喷浆孔为向下倾斜式，倾角为10～15°。

优选地，所述跳孔成桩的两桩间距不小于2倍预成桩直径，且不存在串孔现象。

本发明提供了一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法，所述碎石土层的深度为30～50m，包含以下步骤：施工准备：对施工场地引孔；钻进作业：对得到的钻孔进行回转钻进；垂直度监控：监测成孔垂直度，若垂直偏差超过允许值，则进行纠偏，在粒径为2～80cm的碎石土层内，所述允许值为平均垂直度小于0.56％，最大钻孔垂直度小于0.7％；高压旋喷桩施工：使用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，浆液为纯水泥浆；连续施工：跳孔成桩，往返作业，形成搭接连续桩墙，完成旋喷桩施工。

本发明取得的有益效果是：

本发明的碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法解决了粒径差异大的深部碎石土层内引孔垂直偏差大的问题，降低了碎石土层内地质钻机引孔的深部偏差，对增加底部旋喷桩有效搭接范围起到了有利作用，采用上下分离式的双孔喷嘴，增加了浆液在碎石土内充填物的置换与扩散能力，形成水泥浆包裹碎石的胶结桩体，达到防渗与提高强度的作用。结合本发明的成孔垂直度控制和旋喷桩施工方法，可实现大差异粒径的碎石土层50m深度内高压旋喷桩有效搭接，为今后在类似岩性条件下的防渗治理与地基处理施工提供经验，适用于地基加固、截水帷幕等治理与防渗工程中。

具体实施方式

本发明提供了一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法，所述碎石土层的深度为30～50m，包含以下步骤：

施工准备：对施工场地引孔；

钻进作业：对得到的钻孔进行回转钻进；

垂直度监控：监测成孔垂直度，若垂直偏差超过允许值，则进行纠偏，在粒径为2～80cm的碎石土层内，所述允许值为平均垂直度小于0.56％，最大钻孔垂直度小于0.7％；

高压旋喷桩施工：使用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，浆液为纯水泥浆；

连续施工：跳孔成桩，往返作业，形成搭接连续桩墙，完成旋喷桩施工。

本发明进行施工准备，对施工场地引孔。

在本发明中，所述引孔优选采用地质钻机进行，所述地质钻机的钻杆直径优选不小于50mm，单层岩心管长度优选不小于4.0m，钻头外径优选满足引孔孔径要求，安装所述地质钻机时优选使立柱与钻机作业平台垂直，钻头中心优选与孔位中心一致，所述地质钻机作业平台优选水平。

引孔完成后，本发明进行钻进作业，对得到的钻孔进行回转钻进。

在本发明中，所述钻进作业优选为采用泥浆护壁回转钻进，每节钻杆优选安装导正器，每回次下钻前，优选对钻机作业平台采用1.0m长水平尺平放调平，钻机立柱优选采用1.0m长水平尺竖向贴合调至竖直，当碎石粒径小于钻头直径时，钻压优选为1.0～1.5MPa，当碎石粒径大于钻头直径时，钻压优选为2.5～3.5MPa。在本发明中，优选保持钻压与转速匹配。

在本发明中，所述导正器优选为活动开合式，所述导正器的内径优选大于钻杆外径4mm，外径优选小于钻孔的孔径20mm，长度优选不小于50cm。在本发明中，所述导正器优选在钻杆两端接头范围内活动。

钻进作业后，本发明进行垂直度监控，监测成孔垂直度，若垂直偏差超过允许值，则进行纠偏，在粒径为2～80cm的碎石土层内，所述允许值为平均垂直度小于0.56％，最大钻孔垂直度小于0.7％。在本发明中，所述纠偏优选为减小钻压和转速钻进，再重复上述钻进作业。

在本发明中，所述垂直度监控优选使用无线传输模块监测成孔垂直度，所述无线传输模块的模块测试元件优选安装在最底部钻杆上，所述无线传输模块的外侧优选为圆柱钢板防护罩，所述圆柱钢板防护罩的外径优选小于钻头直径40mm，地面优选设置信号接收装置，测点间距优选为50cm。

垂直度监控完成后，本发明进行高压旋喷桩施工。使用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，浆液为纯水泥浆；

在本发明中，所述纯水泥浆的水灰比优选为0.8～1.1。

在本发明中，所述高压旋喷桩施工时的高压泵流量优选为70～85L/min，气压优选为0.90～0.95MPa，纯水泥浆的压力优选为30～35MPa，钻杆提速优选为15～20cm/min，转速优选为10～15r/min，拆卸钻杆时，复喷长度优选不小于500mm。

在本发明中，所述高压旋喷桩施工时，在粒径2～80cm的碎石土层内，优选形成直径600～650mm的高压旋喷桩体，所述纯水泥浆沿碎石充填缝隙扩散范围优选不小于1.0m。

在本发明中，所述双孔喷嘴的喷浆孔优选为上下分离式，所述双孔喷嘴的上下喷嘴间距优选不小于15cm，上部喷浆孔优选为水平孔，下部喷浆孔优选为向下倾斜式，倾角优选为10～15°，所述下部喷浆孔为向下倾斜式能够增加浆液扩散压力和扩散范围。在本发明中，所述双孔喷嘴的水平喷浆孔切削置换碎石内充填物，形成浆液扩散通道，下部倾斜喷浆孔提供竖向与水平向主动力，增加浆液扩散压力和扩散范围，在喷嘴旋转下喷浆，切割孔壁土体，边喷浆边上提钻杆，使水泥浆沿碎石充填缝隙扩散包裹碎石，形成胶结桩体。

一次高压旋喷桩施工后，本发明连续施工，跳孔成桩，往返作业，形成搭接连续桩墙，完成旋喷桩施工。

在本发明中，所述跳孔成桩的两桩间距优选不小于2倍预成桩直径，且不存在串孔现象，使成桩质量得以保证。

下面结合实施例对本发明提供的碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例

某碎石土地区防渗治理项目，在碎石土层内施工6个取芯钻孔，各钻孔内的粗颗粒粒径范围为2～30cm、2～20cm、3～80cm、2～40cm、5～20cm、10～60cm不等，项目区粗颗粒粒径范围为2～80cm，设计桩径500mm，引孔直径110mm，成桩深度50m，使用本发明进行高压旋喷桩防渗帷幕施工，具体步骤如下：

步骤一：施工场地整平后，采用GPS-RTK间隔1.2m测放1高压旋喷桩位，桩位中心点采用钢筋钉入牢固，点位偏差小于10mm；引孔采用XY-200型地质钻机，钻杆采用50mm钻杆，钻头外径108mm，岩心管长度采用4.0m通长空心管，以长岩心管作为初始导正器。安装钻机并使立柱与钻机作业平台垂直，钻头中心与孔位中心一致，调整钻机四个液压支架，采用1.0m长水平尺监控钻机作业平台水平度。

步骤二：引孔采用泥浆护壁回转钻进，每回次下钻前，对钻机作业平台采用1.0m长水平尺平放调平，钻机立柱采用上述水平尺竖向贴合调至竖直，根据土层性质调整钻压与转速，碎石粒径小于钻头直径时，钻压采用1.0MPa；粒径大于钻头直径时，钻压采用3.5MPa，保持钻压与转速匹配。每节钻杆安装活动开合式导正器，开合方式为侧面咬合+螺纹杆插销形式，导正器可在钻杆下放至作业平台以下时拆装，导正器内径54mm，外径90mm，长度50cm，导正器内径小于钻杆两端接头处钻杆外径，活动范围为单节钻杆。

步骤三：采用无线传输模块监测成孔垂直度，模块测试元件安装在最底部钻杆上，模块外侧为圆柱钢板防护罩，防护罩外径为68mm，地面设置信号接收装置，测点间距为50cm，出现垂直偏差超过允许值时，立即进行纠偏，直至设计孔深。成孔后采用综合测井仪进行全孔垂直度测量，测点间距为10cm，仪器精度为0.1％，测得钻孔深度为30～50m范围内的垂直度为0.1％～0.7％，平均为0.56％，低于常规地质钻机成孔垂直度。

步骤四：高压旋喷桩施工，采用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，喷嘴喷浆孔为上下分离式，上部喷浆孔为水平孔，下部喷浆孔为向下倾斜式，倾角12°，两孔间距15cm。作业前采用清水试喷，谨防喷嘴受堵，浆液为纯水泥浆，浆液水灰比0.8，高压泵流量70L/min，气压0.90MPa，纯水泥浆的压力30MPa，钻杆提速15cm/min，转速10r/min，拆卸钻杆时，复喷长度400mm。喷嘴内水平喷浆孔切削置换碎石内充填物，形成浆液扩散通道，下部倾斜喷浆孔提供竖向与水平向主动力，增加浆液扩散压力和扩散范围，在喷嘴旋转下喷浆，切割孔壁土体，边喷浆边上提钻杆，使水泥浆沿碎石充填缝隙扩散包裹碎石，形成胶结桩体。

步骤五：施工成一根高压旋喷桩后，移动桩机进行下一根高压旋喷桩施工，往复施工形成搭接的高压旋喷桩墙，相邻两成桩孔间距1.2m，未出现串孔现象。

高压旋喷桩施工完成后，采用浅层开挖，量测高压旋喷桩体直径为600mm，可见水泥浆沿碎石充填缝隙扩散范围可达1.0m。对6个不同粒径范围位置的桩体进行取芯检测，取芯点位于桩中心20cm处，经核实抽取岩芯状态，50m深度范围内碎石土土层的桩体直径为608～632mm，均大于600mm，与浅层桩体直径(620mm)相当，旋喷桩在深层碎石土内，仍具有较好的成桩与扩散效果。

使用本方法进行高压旋喷桩帷幕施工，解决了碎石土地层内大深度的钻孔垂直度与桩体搭接困难，现场抽芯检测下部桩体连接良好，施工质量得到有效保证。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种碎石土层内深孔高压旋喷桩的施工方法，其特征在于，所述碎石土层的深度为30～50m，包含以下步骤：

施工准备：对施工场地引孔；

钻进作业：对得到的钻孔进行回转钻进；

垂直度监控：监测成孔垂直度，若垂直偏差超过允许值，则进行纠偏，在粒径为2～80cm的碎石土层内，所述允许值为平均垂直度小于0.56％，最大钻孔垂直度小于0.7％；

高压旋喷桩施工：使用双管高压旋喷桩机和双孔喷嘴，浆液为纯水泥浆；所述双孔喷嘴的喷浆孔为上下分离式，所述双孔喷嘴的上下喷嘴间距不小于15cm，上部喷浆孔为水平孔，下部喷浆孔为向下倾斜式，倾角为10～15°；

连续施工：跳孔成桩，往返作业，形成搭接连续桩墙，完成旋喷桩施工；

所述钻进作业为采用泥浆护壁回转钻进，每节钻杆安装导正器，每回次下钻前，对钻机作业平台采用1.0m长水平尺平放调平，钻机立柱采用1.0m长水平尺竖向贴合调至竖直，当碎石粒径小于钻头直径时，钻压为1.0～1.5MPa，当碎石粒径大于钻头直径时，钻压为2.5～3.5MPa；

所述垂直度监控使用无线传输模块监测成孔垂直度，所述无线传输模块的模块测试元件安装在最底部钻杆上，所述无线传输模块的外侧为圆柱钢板防护罩，所述圆柱钢板防护罩的外径小于钻头直径40mm，地面设置信号接收装置，测点间距为50cm；

所述高压旋喷桩施工时的高压泵流量为70～85L/min，气压为0.90～0.95MPa，纯水泥浆的压力为30～35MPa，钻杆提速为15～20cm/min，转速为10～15r/min，拆卸钻杆时，复喷长度不小于500mm；

所述高压旋喷桩施工时，在粒径2～80cm的碎石土层内，形成直径600～650mm的高压旋喷桩体，所述纯水泥浆沿碎石充填缝隙扩散范围不小于1.0m。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述引孔采用地质钻机进行，所述地质钻机的钻孔直径不小于50mm，单层岩心管长度不小于4.0m，钻头外径满足引孔孔径要求，安装所述地质钻机时使立柱与钻机作业平台垂直，钻头中心与孔位中心一致，所述地质钻机作业平台水平。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述导正器为活动开合式，所述导正器的内径大于钻杆外径4mm，外径小于钻孔的孔径20mm，长度不小于50cm。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述纯水泥浆的水灰比为0.8～1.1。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述跳孔成桩的两桩间距不小于2倍预成桩直径，且不存在串孔现象。