CN116335111A - 污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥搅拌桩的技术领域，公开了污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，包括在污泥层上平整施工场地，在施工场地标记砂桩桩位；利用砂桩机施工砂桩，砂料在桩孔中形成砂桩；施工场地进行二次平整，测放砂桩套打水泥搅拌桩的水泥桩位；通过利用砂料置换污泥层中富含腐殖质有机物的污泥，形成砂桩，再利用水泥搅拌桩机的钻头在水泥桩位上钻进以及钻出，钻进以及钻出的过程中持续旋喷浆液，在钻进设定深度后，继续旋喷浆液30s，而后在提升钻出钻头，重复上述钻进以及钻出，这样，通过将水泥搅拌桩套打在同桩心处的砂桩上形成砂桩套打水泥搅拌桩，即可实现在富含有腐殖质有机物的污泥层上成桩，成桩质量好、施工速度快、综合成本低。

Description

污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法

技术领域

本发明涉及水泥搅拌桩的技术领域，具体而言，涉及污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法。

背景技术

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，适用于通过深层搅拌机械，将污泥层上的软土地基和调配的泥浆强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列水化反应，使软土固结而形成水泥土桩，达到提高地基强度的目的，这种施工方式具有施工成本低、处理效果好的特点，已在软基处理中已得到广泛应用。

现有技术中，在污泥层上的软土地基上成桩一般采用水泥搅拌桩处理，根据设计的参数，进行水泥浆液配制形成泥浆，再通过水泥搅拌桩机上设有的钻头对桩位进行下沉钻进，在钻进的过程中，泥浆通过注浆管注入至桩位中，利用泥浆和软土之间产生的一系列水化反应，使软土固结达到提高地基强度的目的。

但是，经水泥搅拌桩施工现场试验发现，当污泥层中含有大量的腐殖质有机物时，大量的腐殖质有机物延缓和破坏了水泥土结构的形成，同时污泥土具有较大的水容量、膨胀性和低渗透性，使其呈化学风化的特征，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行，使得水泥固化效果差，达到龄期后地基仍为“橡皮土”，处理后的成桩质量未满足设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，旨在解决现有技术中，在富含腐殖质有机物的污泥层上成桩困难，成桩质量差的问题。

本发明是这样实现的，污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，包括以下施工步骤：

1)、在污泥层上平整施工场地，形成软基面层，所述软基面层的上部具有软弱层，利用砂石土对所述软弱层进行换填；

2)、在施工场地标记砂桩桩位；沿着自上而下的方向，施工场地的土层包括污泥层、淤泥层以及粘层，

3)、利用砂桩机在施工场地施工砂桩；所述砂桩机包括振动锤以及沉管，利用所述振动锤将沉管对中砂桩桩位，并将沉管下压至淤泥层中的设定深度，形成桩孔；向所述桩孔内灌注砂料，当灌注设定用量的砂料后，振动并提升所述沉管使砂料在重力作用下充盈桩孔，直至沉管完全拔出，所述砂料在桩孔中形成砂桩；

4)、对施工场地进行二次平整，根据所述砂桩的中轴线测放水泥搅拌桩的水泥桩位，所述水泥桩位与砂桩同心布置；

5)、利用水泥搅拌桩机施工水泥搅拌桩；所述水泥搅拌桩机包括钻杆，所述钻杆的底部设有钻头，所述钻杆上设有多个旋喷浆液的注浆孔，利用所述钻头对中所述水泥桩位，并将钻头进行下沉钻进；在所述水泥搅拌桩机工作的过程中，所述浆液通过注浆孔旋喷至钻杆的外周；

当所述钻头朝下钻进至粘层中的设定深度后，所述注浆孔继续朝外旋喷注浆30s，而后朝上提升所述钻杆直至钻头完全拔出；

6)重复一次上述步骤5)，所述浆液与钻杆外周的搅拌物均匀混合形成砂桩套打水泥搅拌桩。

可选的，在所述步骤3)中，所述沉管朝下下压至污泥层中1m距离；在所述步骤5)中，所述钻头朝下钻进至粘层中0.5m距离。

可选的，所述砂桩套打水泥搅拌桩具有与砂桩重合的重叠段，沿着由上至下的方向，所述重叠段包括上部段以及下部段；所述上部段由浆液与砂料以及砂料外周的污泥层中的污泥均匀混合形成，所述下部段由浆液与砂料以及砂料外周的淤泥层中的淤泥均匀混合形成；

通过旋喷浆液扩孔形成所述砂桩套打水泥搅拌桩，所述水泥桩位的桩径大于所述砂桩的桩径。

可选的，在所述步骤3)中，利用所述振动锤将沉管下压前，在所述沉管上标记有刻度标尺，当所述沉管下压至刻度标尺上标设的设定深度后，所述振动锤停止下压。

可选的，所述振动沉管砂桩机包括车体，所述车体的底部具有履带，通过所述履带实现在软基面层上移动；

所述沉管的底部设有四个活瓣桩尖；在所述步骤3)中，利用所述振动锤将沉管下压前，将四个所述活瓣桩尖端部朝内移动至相互抵接，形成底部尖头，将所述底部尖头对中桩位，并将沉管按设定的垂直度布置；

在提升沉管的过程中，四个所述活瓣桩尖的端部相向朝外移动，形成底部出口，通过所述底部出口使沉管从砂料中拔出。

可选的，所述沉管上设有进料口，在所述步骤3)中，当所处沉管下压至设定深度后，采用料斗一次性将设定用量的砂料灌入至进料口中；

所述料斗内设有容纳砂料的斗腔，通过倾斜所述料斗，使斗腔中的砂料灌注至进料口中。

可选的，通过浆液搅拌机制备所述浆液，所述浆液通过注浆管输送至钻杆中。

可选的，在所述步骤5)中，所述钻头的下沉钻进速度为0.5m/min～0.8m/min；所述钻杆的朝上提升速度为0.4m/min～0.6m/min。

可选的，所述喷浆孔包括侧喷孔以及旋喷孔，所述钻杆内设有纵向布置的供浆液流通的主流道，所述主流道朝下延伸至钻头中形成副流道；所述钻杆具有插入在水泥桩位中的插入段，所述插入段上设有多个所述侧喷孔，沿着由上至下的方向，多个所述侧喷孔错位间隔布置在插入段的两侧上，所述侧喷孔通过侧流道与主流道相连通；

所述测流道的内端对接在主流道上，所述测流道的外端朝下倾斜延伸至贯穿钻杆的外表面，形成所述侧喷孔；所述副流道的外周连接有多个旋喷道，所述旋喷道的内端对接在副流道上，所述旋喷道的外端朝外延伸至贯穿所述钻头的外表面形成所述旋喷孔；所述旋喷道呈螺旋状布置，多个所述旋喷孔间隔布置在钻头的两侧；

所述浆液通过主流道进入至侧流道中，并通过倾斜状的侧流道朝外侧喷注浆；所述浆液通过副流道进入至旋喷道中，并通过盘旋状的旋喷道朝外旋喷注浆。

可选的，所述插入段的外周设有用于搅拌的搅拌环，所述搅拌环沿着插入段的延伸方向延伸布置，所述搅拌环呈盘旋状布置，多个所述侧喷孔与搅拌环呈错位布置；

当所述水泥搅拌桩机工作的过程中，所述搅拌环对浆液以及钻杆外周的搅拌物持续搅拌。

与现有技术相比_，本发明提供的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，适用于污泥层中含有富含有腐殖质有机物；通过利用砂料置换污泥层中富含腐殖质有机物的污泥，形成砂桩，砂桩延伸到淤泥层中；而后在通过将浆液旋喷的方式，使浆液与砂料以及土层中的物质均匀混合，即通过将水泥搅拌桩套打在同桩心处的砂桩上形成砂桩套打水泥搅拌桩，即可实现在富含有腐殖质有机物的污泥层上成桩，成桩质量好、施工速度快、综合成本低。

附图说明

图1是本发明提供的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法的效果剖面示意图；

图2是本发明提供的污泥层置换砂桩的施工示意图；

图3是本发明提供的沉管底部的局部示意图；

图4是本发明提供的料斗的立体示意图；

图5是本发明提供的砂桩套打水泥搅拌桩的施工示意图；

图6是本发明提供的钻杆的剖切示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-6所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明提供的污泥层10置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，包括以下施工步骤：

1)、在污泥层10上平整施工场地，形成软基面层，软基面层的上部具有软弱层，利用砂石土对软弱层进行换填；

2)、在施工场地标记砂桩100桩位；沿着自上而下的方向，施工场地的土层包括污泥层10、淤泥层20以及粘层30，

3)、利用砂桩机110在施工场地施工砂桩100；砂桩机110包括振动锤130以及沉管120，利用振动锤130将沉管120对中砂桩100桩位，并将沉管120下压至淤泥层20中的设定深度，形成桩孔；向桩孔内灌注砂料，当灌注设定用量的砂料后，振动并提升沉管120使砂料在重力作用下充盈桩孔，直至沉管120完全拔出，砂料在桩孔中形成砂桩100；

4)、对施工场地进行二次平整，根据砂桩100的中轴线测放水泥搅拌桩200的水泥桩位，水泥桩位与砂桩100同心布置；

5)、利用水泥搅拌桩机310施工水泥搅拌桩200；水泥搅拌桩机310包括钻杆320，钻杆320的底部设有钻头330，钻杆320上设有多个旋喷浆液的注浆孔，利用钻头330对中水泥桩位，并将钻头330进行下沉钻进；在水泥搅拌桩机310工作的过程中，浆液通过注浆孔旋喷至钻杆320的外周；

当钻头330朝下钻进至粘层30中的设定深度后，注浆孔继续朝外旋喷注浆30s，而后朝上提升钻杆320直至钻头330完全拔出；

6)重复一次上述步骤5)，浆液与钻杆320外周的搅拌物均匀混合形成砂桩套打水泥搅拌桩。

上述提供的污泥层10置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，适用于污泥层10中含有富含有腐殖质有机物；通过利用砂料置换污泥层10中富含腐殖质有机物的污泥，形成砂桩100，砂桩100延伸到淤泥层20中；而后在通过将浆液旋喷的方式，使浆液与砂料以及土层中的物质均匀混合，即通过将水泥搅拌桩200套打在同桩心处的砂桩100上形成砂桩套打水泥搅拌桩，即可实现在富含有腐殖质有机物的污泥层10上成桩，成桩质量好、施工速度快、综合成本低。

并且本工法采用砂桩100对富含有腐殖质有机物的污泥进行置换，改善了污泥层10中有机质土性状，再在砂桩100中套打水泥搅拌桩200，并采用“四搅四喷”工艺，使置换后砂料与浆液充分均匀搅拌结合成桩，桩身材料以浆液以及砂料为主，强度高，保证了桩体成桩质量，进一步提高了软基处理效果。

在步骤3)中，沉管120朝下下压至污泥层10中1m距离；在步骤5)中，钻头330朝下钻进至粘层30中0.5m距离。这样，砂桩100的底部形成在污泥中，保证砂桩100桩长设计穿透污泥层10底，进入淤泥层201m；水泥搅拌桩200施工穿透淤泥层20进入粘土层内0.5m，保证成桩质量。

具体的，本工程采用小直径400mm砂桩100，正方形布置，桩边间距900mm。在水泥搅拌桩200四搅四喷工艺条件下，可满足水泥搅拌桩200处理要求，最大程度节省采用大直径砂桩100的用砂量；砂桩100桩长设计穿透污泥层底，进入淤泥层1m,平均桩长约6m；砂料使用中粗砂，含泥量不大于10％。砂桩在沉管120施工过程中，实际充盈系数达1.3，实际砂桩100最大桩径可达520mm，桩边间距780mm。

具体的，砂桩100完成后，以其桩中心再进行水泥搅拌桩200套打成砂桩套打水泥搅拌桩。套打型水泥搅拌桩200设计桩径800mm，正方形布置，桩边间距500mm，水泥搅拌桩200施工穿透淤泥层进入下伏粉质粘土层内0.5m，平均桩长约10.5m。水泥搅拌桩200采用四喷四搅工艺，实际充盈系数达1.2，实际最大桩径可达960mm，桩边间距340mm。

砂桩套打水泥搅拌桩具有与砂桩100重合的重叠段，沿着由上至下的方向，重叠段包括上部段以及下部段；上部段由浆液与砂料以及砂料外周的污泥层10中的污泥均匀混合形成，下部段由浆液与砂料以及砂料外周的淤泥层20中的淤泥均匀混合形成；

通过旋喷浆液扩孔形成砂桩套打水泥搅拌桩，水泥桩位的桩径大于砂桩100的桩径。通过小桩套打大桩的形式，将大直径水泥桩位套打在同桩位处的砂桩100上，在重叠段处使水泥浆液直接并充分与中粗砂结合，增强了桩身强度，确保满足设计要求。

在步骤3)中，利用振动锤130将沉管120下压前，在沉管120上标记有刻度标尺，当沉管120下压至刻度标尺上标设的设定深度后，振动锤130停止下压。这样，通过设有的刻度标尺，可直观的控制砂桩100的桩长。

振动沉管120砂桩机110包括车体，车体的底部具有履带111，通过履带111实现在软基面层上移动。

沉管120的底部设有四个活瓣桩尖121；在步骤3)中，利用振动锤130将沉管120下压前，将四个活瓣桩尖121端部朝内移动至相互抵接，形成底部尖头，将底部尖头对中桩位，并将沉管120按设定的垂直度布置。

在提升沉管120的过程中，四个活瓣桩尖121的端部相向朝外移动，形成底部出口，通过底部出口使沉管120从砂料中拔出。这样，在沉管120下沉时，通过底部尖头使沉管120能更快的下沉钻进，通过由于地层土料的抵接，因此在钻进的过程中活瓣桩尖121不会朝外移动，当管腔中灌满砂料后，沉管120上提时，由于砂料的重力作用，活瓣桩尖121朝外摆动，即可将出沉管120取出。

沉管120上设有进料口122，在步骤3)中，当所处沉管120下压至设定深度后，采用料斗140一次性将设定用量的砂料灌入至进料口122中。

料斗140内设有容纳砂料的斗腔141，通过倾斜料斗140，使斗腔141中的砂料灌注至进料口122中。这样，沉管120的上部设有进料口122，便捷了进料，通过倾斜料斗140将砂料灌注至沉管120中。

通过浆液搅拌机制备浆液，浆液通过注浆管输送至钻杆320中。这样，取水灰比0.55进行水泥得浆液配制，掺入水泥量15％，通过浆液搅拌机搅拌系统自动配制而成，单根桩的浆液需求量一次搅拌配制完成。浆液搅拌机连接泥浆流量记录仪，电子控制注浆量，保证成桩质量。

在步骤5)中，钻头330的下沉钻进速度为0.5m/min～0.8m/min；钻杆320的朝上提升速度为0.4m/min～0.6m/min。这样，以保证注浆量均匀，确保土层中物质或砂料与浆液充分拌合均匀、密实。

喷浆孔包括侧喷孔323以及旋喷孔333，钻杆320内设有纵向布置的供浆液流通的主流道331，主流道331朝下延伸至钻头330中形成副流道331；钻杆320具有插入在水泥桩位中的插入段，插入段上设有多个侧喷孔323，沿着由上至下的方向，多个侧喷孔323错位间隔布置在插入段的两侧上，侧喷孔323通过侧流道322与主流道331相连通。

测流道的内端对接在主流道331上，测流道的外端朝下倾斜延伸至贯穿钻杆320的外表面，形成侧喷孔323；副流道331的外周连接有多个旋喷道332，旋喷道332的内端对接在副流道331上，旋喷道332的外端朝外延伸至贯穿钻头330的外表面形成旋喷孔333；旋喷道332呈螺旋状布置，多个旋喷孔333间隔布置在钻头330的两侧。

这样，浆液通过主流道331进入至侧流道322中，并通过倾斜状的侧流道322朝外侧喷注浆；浆液通过副流道331进入至旋喷道332中，并通过盘旋状的旋喷道332朝外旋喷注浆。使浆液能有效的旋喷至钻杆320的外周，保证浆液与砂料以及土层均匀混合，同时通过盘旋道朝外旋喷，保证了旋喷的足够均匀，保证成桩质量。

插入段的外周设有用于搅拌的搅拌环340，搅拌环340沿着插入段的延伸方向延伸布置，搅拌环340呈盘旋状布置，多个侧喷孔323与搅拌环340呈错位布置；

当水泥搅拌桩机310工作的过程中，搅拌环340对浆液以及钻杆320外周的搅拌物持续搅拌。这样，通过搅拌环340能有效地对钻杆320外周的物质进行搅拌，保证成桩后桩心位置处的强度均匀，促进浆液充分拌合均匀。

并且成桩20～28天后进行钻芯检测，采用地质钻机对砂桩套打水泥搅拌桩钻芯取样，检查桩体均匀程度；检验实测值1500KPa＞理论值800kPa，满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

1)、在污泥层上平整施工场地，形成软基面层，所述软基面层的上部具有软弱层，利用砂石土对所述软弱层进行换填；

2)、在施工场地标记砂桩桩位；沿着自上而下的方向，施工场地的土层包括污泥层、淤泥层以及粘层，

3)、利用砂桩机在施工场地施工砂桩；所述砂桩机包括振动锤以及沉管，利用所述振动锤将沉管对中砂桩桩位，并将沉管下压至淤泥层中的设定深度，形成桩孔；向所述桩孔内灌注砂料，当灌注设定用量的砂料后，振动并提升所述沉管使砂料在重力作用下充盈桩孔，直至沉管完全拔出，所述砂料在桩孔中形成砂桩；

4)、对施工场地进行二次平整，根据所述砂桩的中轴线测放水泥搅拌桩的水泥桩位，所述水泥桩位与砂桩同心布置；

5)、利用水泥搅拌桩机施工水泥搅拌桩；所述水泥搅拌桩机包括钻杆，所述钻杆的底部设有钻头，所述钻杆上设有多个旋喷浆液的注浆孔，利用所述钻头对中所述水泥桩位，并将钻头进行下沉钻进；在所述水泥搅拌桩机工作的过程中，所述浆液通过注浆孔旋喷至钻杆的外周；

当所述钻头朝下钻进至粘层中的设定深度后，所述注浆孔继续朝外旋喷注浆30s，而后朝上提升所述钻杆直至钻头完全拔出；

6)重复一次上述步骤5)，所述浆液与钻杆外周的砂料或土层均匀混合形成砂桩套打水泥搅拌桩。

2.如权利要求1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述沉管朝下下压至污泥层中1m距离；在所述步骤5)中，所述钻头朝下钻进至粘层中0.5m距离。

3.如权利要去2所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，所述砂桩套打水泥搅拌桩具有与砂桩重合的重叠段，沿着由上至下的方向，所述重叠段包括上部段以及下部段；所述上部段由浆液与砂料以及砂料外周的污泥层中的污泥均匀混合形成，所述下部段由浆液与砂料以及砂料外周的淤泥层中的淤泥均匀混合形成；

通过旋喷浆液扩孔形成所述砂桩套打水泥搅拌桩，所述水泥桩位的桩径大于所述砂桩的桩径。

4.如权利要去1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，在所述步骤3)中，利用所述振动锤将沉管下压前，在所述沉管上标记有刻度标尺，当所述沉管下压至刻度标尺上标设的设定深度后，所述振动锤停止下压。

5.如权利要去1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，所述振动沉管砂桩机包括车体，所述车体的底部具有履带，通过所述履带实现在软基面层上移动；

所述沉管的底部设有四个活瓣桩尖；在所述步骤3)中，利用所述振动锤将沉管下压前，将四个所述活瓣桩尖端部朝内移动至相互抵接，形成底部尖头，将所述底部尖头对中桩位，并将沉管按设定的垂直度布置；

在提升沉管的过程中，四个所述活瓣桩尖的端部相向朝外移动，形成底部出口，通过所述底部出口使沉管从砂料中拔出。

6.如权利要求1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，所述沉管上设有进料口，在所述步骤3)中，当所处沉管下压至设定深度后，采用料斗一次性将设定用量的砂料灌入至进料口中；

所述料斗内设有容纳砂料的斗腔，通过倾斜所述料斗，使斗腔中的砂料灌注至进料口中。

7.如权利要求1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，通过浆液搅拌机制备所述浆液，所述浆液通过注浆管输送至钻杆中。

8.如权利要求1所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，在所述步骤5)中，所述钻头的下沉钻进速度为0.5m/min～0.8m/min；所述钻杆的朝上提升速度为0.4m/min～0.6m/min。

9.如权利要求1至8任一项所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，所述喷浆孔包括侧喷孔以及旋喷孔，所述钻杆内设有纵向布置的供浆液流通的主流道，所述主流道朝下延伸至钻头中形成副流道；所述钻杆具有插入在水泥桩位中的插入段，所述插入段上设有多个所述侧喷孔，沿着由上至下的方向，多个所述侧喷孔错位间隔布置在插入段的两侧上，所述侧喷孔通过侧流道与主流道相连通；

所述测流道的内端对接在主流道上，所述测流道的外端朝下倾斜延伸至贯穿钻杆的外表面，形成所述侧喷孔；所述副流道的外周连接有多个旋喷道，所述旋喷道的内端对接在副流道上，所述旋喷道的外端朝外延伸至贯穿所述钻头的外表面形成所述旋喷孔；所述旋喷道呈螺旋状布置，多个所述旋喷孔间隔布置在钻头的两侧；

所述浆液通过主流道进入至侧流道中，并通过倾斜状的侧流道朝外侧喷注浆；所述浆液通过副流道进入至旋喷道中，并通过盘旋状的旋喷道朝外旋喷注浆。

10.如权利要求9所述的污泥层置换砂桩套打水泥搅拌桩软基处理施工方法，其特征在于，所述插入段的外周设有用于搅拌的搅拌环，所述搅拌环沿着插入段的延伸方向延伸布置，所述搅拌环呈盘旋状布置，多个所述侧喷孔与搅拌环呈错位布置；

当所述水泥搅拌桩机工作的过程中，所述搅拌环对浆液以及钻杆外周的搅拌物持续搅拌。

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