專利名稱：長螺旋二重管高壓攪噴樁施工方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑工程中的一種新型的高壓噴射攪拌水泥土樁施工方法及其裝置， 主要用于止水帷幕及地基處理工程，適用于在各種土層中施工，尤其是在腐殖土、硬粘土、 砂土和碎石土層等地層中更具有優(yōu)越性。
背景技術：
基于普通旋噴樁和攪拌樁形成的截水帷幕技術及其設備雖然已廣泛應用于基坑 止水工程，但由于其在腐殖土、硬粘土、中密 密實砂類土和卵石地層中受到的限制，如存 在攪不動、噴不動或者所成樁上粗下細、鄰樁穿襠或質(zhì)量不均勻等問題，從而使得截水帷幕 樁有漏水現(xiàn)象發(fā)生。而近年來來基于長螺旋鉆機而形成的新型旋噴樁或攪噴技術，由于其存在以下幾 方面的原因，而使其受到限制1、均采用單重管施工，成樁直徑受到限制，再加上長螺旋鉆機施工垂直度控制不 是很好，特別是在砂卵石層中，根據(jù)已開挖的效果看，部分帷幕樁與護坡樁樁身偏離較大， 從而形成同向的滲漏間隙，帷幕止水效果不是很理想，漏水現(xiàn)象發(fā)生較多；2、旋噴過程中鉆機提升或下鉆速度與旋噴速度不匹配，提升速度過快，而容易形 成螺紋狀帷幕樁，連通的螺紋宜形成漏水通道；雖通過調(diào)整滑輪組而使得鉆機鉆進或提升速度得到控制，但一是由于改進后滑輪 組過多，容易脫落，脫落后維修時間長，宜造成埋鉆事故；二是使得長螺旋鉆機功能單一化 (只可進行旋噴樁施工)，尚需其它鉆機來協(xié)助引孔，施工效率低下，造成資源浪費，施工成 本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術有如下優(yōu)點，一是使得成樁直徑明顯擴大，其成樁直徑是 現(xiàn)有單重管長螺旋噴攪技術的1. 3 2. 5倍，特別是在砂卵石等硬地層中的施工效果更加 明顯；二是采用專用調(diào)速控制系統(tǒng)來控制、切換鉆機的提升、鉆進速度，充分發(fā)揮了長螺旋 鉆機與二重管技術各自的優(yōu)點，從而最終使得長螺旋鉆機二重管高壓噴射攪拌樁技術能夠 更廣泛地應用于止水帷幕及地基處理施工中。三是簡化了施工過程，使得造孔與噴射注漿 工序合二為一，降低了施工成本，提高了功效。本發(fā)明所提到的高壓噴射攪拌樁可以與護坡樁形成復合型止水帷幕，也可單獨旋 噴咬合形成柱列式帷幕，也可旋噴與定噴結合形成柱墻式帷幕，可同時用于地基處理與加 固工程中。本發(fā)明的技術方案包括以下步驟1)根據(jù)設計要求，確定每個樁的位置，當與護坡樁形成復合型帷幕時，噴攪樁樁位 可自相鄰兩護坡樁軸線向基坑外偏移100 200mm，然后按附圖一所示施工工藝施工成樁；2)將改裝并裝置有二重管高壓噴攪系統(tǒng)的長螺旋鉆機對準有地基土的鉆孔中心， 一邊回轉(zhuǎn)鉆進，一邊高壓噴射水流，即邊鉆進邊用高壓水流切削土體，并進行水土攪拌，形成泥漿護壁，必要時，可同時噴射水泥漿，直至設計深度。在鉆進過程中，也可根據(jù)需要不進 行水和水泥漿的噴射而是直接鉆進。3)調(diào)整鉆桿位置及方向，開動高壓水泥漿及高壓水泵，提升鉆具，在提升過程中采 用旋噴或定噴或擺噴技術，直至成樁。4)重復2)、3)步驟直至滿足施工工藝要求。其中所述步驟1)中的成樁可以是地基處理樁、護坡樁或截水帷幕樁。其特征在于 采用改裝后的長螺旋鉆機與二重管技術相結合的高壓旋噴或定噴或擺噴、攪拌水泥土樁的 施工方法。本發(fā)明所述步驟1)中的成樁用于截水帷幕樁時，可以與土釘支護、樁錨支護相結 合形成截水帷幕。與土釘支護相結合時該樁連續(xù)而且相互切割IOOmm至300mm ；與樁錨支護 相結合時每相鄰兩顆護坡樁之間施工一顆長螺旋二重管高壓噴攪樁且與護坡樁相切IOOmm 至 300mm。本發(fā)明所述步驟2)中的所提到的施工設備，由改裝后的長螺旋鉆機、攪漿系統(tǒng)、 二重管高壓噴攪系統(tǒng)三部分組成。其中改裝后的長螺旋鉆機其特征在于由變速控制系統(tǒng) 控制的鉆機能在成孔與旋噴兩個過程中進行有效的切換，即能使得鉆機提升鉆進速度在 3. Om/min左右與1. 2 1. 5m/min或0. 2m/min之間進行快速切換。本發(fā)明所述步驟2)中二重管高壓噴攪系統(tǒng)包括中空鉆桿、高壓輸漿管、高壓水 管、攪拌葉片、二重管旋噴攪拌鉆頭、二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭、水泥漿輸送管、高壓水輸送管、 高壓水泥注漿泵、高壓水泵等。其特征如下中空鉆桿通過連接于其頂部的二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭固定在長螺旋鉆 機動力頭上，在中空鉆桿內(nèi)附著高壓輸漿管及高壓水管，其底部與固定在中空鉆桿端部的 二重管旋噴攪拌鉆頭連接，頂部通過二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭，一方面與水泥漿輸送管、高壓水 泥注漿泵連接，另一方面與高壓水輸送管、高壓水泵連接。二重管旋噴攪拌鉆頭側(cè)面裝有上下兩組噴嘴其上部噴嘴用于噴射高壓水流，下 部噴嘴用于噴射高壓水泥漿，噴嘴布置形式可采用” K”字形、“X”形或“一”字形布置等，鉆 頭底部及側(cè)面焊有攪拌葉片。本發(fā)明所述步驟2)中施工設備采用的中空鉆桿，即可采用無葉片鉆桿，也可采用 長螺旋鉆桿。本發(fā)明所述步驟2)中的成樁過程，其特征如下鉆機在鉆進成孔時，水流通過高壓水泵加壓后經(jīng)高壓水輸送管、二重管旋轉(zhuǎn)注漿 接頭、再經(jīng)附著于中空鉆桿內(nèi)的高壓水管至二重管旋噴攪拌鉆頭上部的高壓水射流噴嘴， 以不低于15MPa的壓力噴出，用于切削土體，同時經(jīng)攪拌葉片將切削下的土體與水進行攪 拌形成泥漿護壁，直至成孔。在此過程中，還可有如下兩種選擇一是鉆進過程中不注水而 直接鉆進；二是鉆進過程中邊高壓注水邊注漿，具體根據(jù)施工要求進行選擇。鉆機在提升鉆具進行旋噴或定噴時，通過變速控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)提升速度至1. 2 1. 5m/min或更慢的速度，同時啟動高壓水泥注漿泵及高壓水泵，水流經(jīng)加壓后按如上所述 通道以不低于15MPa的壓力噴出以切削土體；同時水泥漿由高壓水泥注漿泵加壓后經(jīng)水泥 漿輸送管、二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭、再經(jīng)附著于中空鉆桿內(nèi)的高壓輸漿管至二重管旋噴攪拌 鉆頭下部的高壓水泥漿噴嘴以不低于15MPa的壓力噴出。在高壓漿液流和高壓水流的共同
4作用下，破壞土體的能量顯著增大，當噴嘴一面旋轉(zhuǎn)和提升或鉆機，同時通過攪拌葉片對土 體和漿液進行攪拌，從而使得固結體的直徑明顯增加。本發(fā)明所述步驟3)中所使用的水泥漿其特征在于水灰比1. 0 1. 8本發(fā)明所述步驟3)，其特征在于針對不同的地質(zhì)條件及水文條件，采用相應的加 強措施。必要時，可針對砂卵石等含水量大的土層需進行復噴，以確保施工質(zhì)量。本發(fā)明所述步驟3)，也可根據(jù)施工要求，以低于15MPa的常壓的方式注水泥漿。本發(fā)明及其裝置以改裝后的長螺旋鉆機為施工機械，采用二重管高壓噴射注漿攪 拌技術，其有益效果如下1、相對傳統(tǒng)攪拌樁及旋噴樁，其不僅適用于軟土、松散 稍密的砂類土，還適用于 硬粘土、砂卵石、腐殖土等各類土層，尤其在砂卵石層中效果更加突出；2、相對現(xiàn)有單重管長螺旋噴攪或攪噴技術，由于采用二重管高壓噴射注漿攪拌技 術，使得成樁直徑明顯擴大，其成樁直徑是單重管技術的1. 3 2. 5倍，特別是在砂卵石，其 噴射范圍的擴大，大大減緩了因噴攪樁垂直度偏差太大而造成的止水帷幕滲漏問題。3、采用專用調(diào)速控制系統(tǒng)來控制、切換鉆機的提升、鉆進速度，充分發(fā)揮了長螺旋 鉆機與二重管技術各自的優(yōu)點，從而最終使得長螺旋鉆機二重管高壓噴射攪拌樁技術能夠 更廣泛得到應用于止水帷幕及地基處理施工中。4、施工過程省去了引孔的環(huán)節(jié)，使得造孔與噴射注漿工序不間斷的合二為一，降 低了施工成本，提高了功效。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型 作進一步的詳細描述，其中圖1是長螺旋二重管高壓噴攪樁施工工藝流程圖；圖2是長螺旋二重管高壓噴攪樁施工裝置的結構示意圖；圖3是圖2中二重管旋噴攪拌鉆頭的截面圖；圖4是長螺旋二重管高壓噴攪樁施工裝置中的中空鉆桿與高壓輸漿管、高壓水管 的連接關系的截面圖。1變速控制系統(tǒng)、2中空鉆桿、3高壓輸漿管、4高壓水管、5攪拌葉片、6 二重管旋噴 攪拌鉆頭、7 二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭、8水泥漿輸送管、9高壓水輸送管、10高壓水泥注漿泵、11 高壓水泵、12長螺旋鉆機動力頭、13噴嘴
具體實施例方式本發(fā)明不受下述實施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術方案與實際情況來確定具體 的實施方式。如圖所示長螺旋二重管高壓攪噴樁施工設備，由改裝后的長螺旋鉆機、攪漿系統(tǒng)、 二重管高壓噴攪系統(tǒng)三部分組成。其中改裝后的長螺旋鉆機上裝有變速控制系統(tǒng)控制(1)，使得鉆機能在成孔與旋 噴兩個過程中進行有效的切換，即能使得鉆機提升鉆進速度在3. Om/min與1. 2 1. 5m/min 之間或0. 2m/min進行快速切換。
二重管高壓噴攪系統(tǒng)包括中空鉆桿(2)、高壓輸漿管(3)、高壓水管(4)、攪拌葉片 (5)、二重管旋噴攪拌鉆頭(6)、二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)、水泥漿輸送管(8)、高壓水輸送管 (9)、高壓水泥注漿泵(10)、高壓水泵(11)等。其中中空鉆桿(2)通過連接于其頂部的二重 管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)固定在長螺旋鉆機動力頭(12)上，在中空鉆桿(2)內(nèi)附著高壓輸漿管 (3)及高壓水管(4)，其底部與固定在中空鉆桿(2)端部的二重管旋噴攪拌鉆頭(6)連接， 頂部通過二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)，一方面與水泥漿輸送管(8)、高壓水泥注漿泵(10)連 接，另一方面與高壓水輸送管(9)、高壓水泵(11)連接。二重管旋噴攪拌鉆頭(6)側(cè)面裝有 上下兩組噴嘴(13):其上部噴嘴用于噴射高壓水流，下部噴嘴用于噴射高壓水泥漿，噴嘴 布置形式可采用“K”字形、“X”形或“一”字形布置等，鉆頭底部及側(cè)面焊有攪拌葉片(5)。 中空鉆桿(2)，即可采用無葉片鉆桿，也可采用長螺旋鉆桿。圖1為長螺旋二重管高壓攪噴樁施工工藝圖，根據(jù)該工藝，其施工步驟如下1)根據(jù)設計要求，確定每個樁的位置，當與護坡樁形成復合型帷幕時，噴攪樁樁位 可自相鄰兩護坡樁軸線向基坑外偏移100 200mm，然后按附圖1所示施工工藝施工成樁；2)將改裝并裝置有二重管高壓噴攪系統(tǒng)的長螺旋鉆機對準有地基土的鉆孔中心， 一邊回轉(zhuǎn)鉆進，一邊高壓噴射水流，即邊鉆進邊用高壓水流切削土體，并進行水土攪拌，形 成泥漿護壁，必要時，可噴射水泥漿，直至設計深度。3)調(diào)整鉆桿位置及方向，開動高壓水泥漿及高壓水泵，提升鉆具，在提升過程中采 用旋噴或定噴或擺噴技術，直至成樁。施工案例某工程為筏板基礎，基礎埋深7. 0m。其地質(zhì)條件為1、地形地貌擬建場地在地貌上位于溫榆河沖洪積扇中部，第四紀地層厚度大于50米。地形基 本平坦，鉆孔孔口處地面標高為40. 49 40. 67m,高差0. 18米。2、地層巖性根據(jù)勘察單位現(xiàn)場鉆探與原位測試及室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，最大勘探深 度范圍內(nèi)所分布的土層按沉積年代、成因類型可分為人工堆積層和第四紀沉積層二大類， 按地層巖性及工程特性進一步劃分為9個大層，現(xiàn)分述如下人工堆積層 該層分布于地表(標高38. 87 40. 67)人工堆積之粘質(zhì)粉土填土①層房渣土①1層。第四紀沉積層該層分布于(標高15. 60 39. 72)第四紀沉積之重粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土②層砂質(zhì) 粉土、粘質(zhì)粉土③層粉質(zhì)粘土③1層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土④層重粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土④1層 細砂⑤層中砂⑥層粉質(zhì)粘土⑦層砂質(zhì)粉土⑧層粉質(zhì)粘土⑨層。關于上述土層的分布情況、特征綜述和土工試驗與原位測試的綜合統(tǒng)計結果，詳 見勘察報告“工程地質(zhì)剖面圖”與“地層巖性及土的物理力學性質(zhì)綜合統(tǒng)計表”。3、水文地質(zhì)概況根據(jù)勘查時水位觀測材料，勘察期間(2008年12月23日2008年12月26日)于 鉆孔中實測兩層地下水，其靜止位水量測結果詳見下表。
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序號地下水類型鉆孔內(nèi)靜止水位水位埋 深(m)水位標 高(m)H 丄1層間潛水3. 038. Om2微承壓水7. 90 9. 8030. 81 32. 70本場區(qū)50年代最高水位曾接近地表，近3 5年地下水埋深在3米左右。支護降水的方案是，由于本工程施工場地回填土埋深3 5m，層間潛水豐富，周圍 水源補給不斷，支護方案采用樁錨支護體系，降水采用帷幕樁，樁間布置。護坡樁采用樁徑為Φ 600mm的鋼筋混凝土灌注樁，樁間距為1200mm ；樁頂設計標 高為-1. 55m，樁底設計標高為-10. 55m，樁長9. 00m，鑿除樁頭后，樁頂設置一道鋼筋混凝土 聯(lián)梁，聯(lián)梁頂標高-1. 55m，聯(lián)梁斷面尺寸為600X400mm，護坡樁、聯(lián)梁混凝土強度C25。連 梁上設置一排預應力錨桿，三樁一錨，錨桿長15. Om,自由段5. 0m，錨固段10. 0m，鎖定值為 210KN，鎖在聯(lián)梁上，錨桿桿體均采用2 Φ 15. 2鋼絞線(1860級)。樁間止水帷幕采用長螺旋二重管攪噴樁，設計參數(shù)如下1)攪噴樁樁長9. Om,樁頂設計標高為-1. 55m,樁底設計標高為-10. 55m,成孔直徑 400mm，旋噴樁成樁設計直徑不小于800mm，樁間距1. 2m，與護坡樁交錯布置；2)攪噴樁采用二重管雙高壓旋噴技術，注水、注漿壓力均不低于15MPa ；3)水泥漿水灰比1. 5 1，水泥標號P. S. A32. 5 ；具體的施工步驟1、測放樁位帷幕樁在護坡樁施工后進行，為保證帷幕樁測放 樁位的準確性，原則上，應挖開護坡樁樁頭后再進行帷幕樁樁位的測放；2、施工準備1)將改裝后的長螺旋攪噴鉆機與高壓水泥漿系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)連接好，鉆機就 位；2)水泥漿攪拌用專用攪拌桶將水泥漿攪拌均勻，水泥漿水灰比為1. 5 1，在攪 拌桶上做好標尺，按照標尺高度加入施工用水；再加入配比計算所得的水泥量(按包數(shù)來 控制)，采用高速攪拌電機，攪拌時間保證2min以上。同時配備儲水桶和儲漿桶，以保證連 續(xù)施工的需要；3、鉆孔鉆機就位，將調(diào)速控制系統(tǒng)調(diào)高檔(3m/min)，鉆頭下沉至設計帷幕底標 高，下鉆過程中，同時啟動高壓水泵系統(tǒng)加壓至設計壓力，邊下鉆邊旋噴；4、成樁下鉆至帷幕設計底標高后，將調(diào)速控制系統(tǒng)調(diào)低檔(1. 2 1. 5m/min)，啟 動高壓水泥漿泵(不關閉高壓水泵)，再采用旋噴方式上提鉆桿，至帷幕設計定標高后，指 揮后臺高壓泵停止高壓供應，即可成樁。成樁效果根據(jù)現(xiàn)場開挖情況，發(fā)現(xiàn)帷幕施工效果比單重管效果理想，成樁直徑可 達1200mm，是單重管直徑2倍，帷幕樁與護坡樁之間銜接緊密，幾乎未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象?？梢姡L螺旋二重管攪噴樁由于成樁直徑大，可有效的降低長螺旋鉆機用于帷幕
7施工時因垂直度偏差大而引起的滲漏問題。并且本工程中，具有調(diào)速系統(tǒng)的長螺旋鉆機可 充分的發(fā)揮作用，不再利用其它鉆機引孔，較普通鉆機施工時間縮短約1/3 1/2，極大地 提高了施工效率。 另外，在施工過程中，根據(jù)不同的地質(zhì)情況，可有選擇地對局部區(qū)段加強高壓噴 射，可采取調(diào)整噴射壓力、調(diào)整提升下沉速度、調(diào)整噴射往復次數(shù)、調(diào)整噴嘴直徑以及調(diào)整 噴射方式(旋噴或定噴、擺噴)等多種方法進行合理施工，以保證止水帷幕樁與護坡樁之間 的有效搭接。
權利要求
一種長螺旋二重管攪噴樁的施工方法，其特征在于，第一，根據(jù)設計要求，確定每個樁的位置，當與護坡樁形成復合型帷幕時，噴攪樁樁位可自相鄰兩護坡樁軸線向基坑外偏移100～200mm；第二，將裝置有二重管高壓噴攪系統(tǒng)的長螺旋鉆機對準鉆孔中心，一邊回轉(zhuǎn)鉆進，一邊高壓噴射水流，即邊鉆進邊用高壓水流切削土體，并進行水土攪拌，形成泥漿護壁，直至設計深度。第三，調(diào)整鉆桿位置及方向，開動高壓水泥漿泵及高壓水泵，提升鉆具，在提升過程中采用旋噴或定噴或擺噴技術，直至成樁。
2.如權利要求1所述的施工方法，其特征在于，在第二步驟中，在高壓噴射水流的同時 還高壓噴射水泥漿。
3.如權利要求1所述的施工方法，其特征在于，在第二步驟中，可根據(jù)需要不進行水或 水泥漿的噴射而是直接鉆進。
4.如權利要求1-3之一所述的施工方法中使用的施工裝置，其特征在于，該施工裝置 由長螺旋鉆機、攪漿系統(tǒng)、二重管高壓噴攪系統(tǒng)三部分組成，其中長螺旋鉆機上裝有變速控 制系統(tǒng)(1)，二重管高壓噴攪系統(tǒng)包括中空鉆桿(2)、高壓輸漿管(3)、高壓水管(4)、攪拌葉 片(5)、二重管旋噴攪拌鉆頭(6)、二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)、水泥漿輸送管(8)、高壓水輸送 管(9)、高壓水泥注漿泵(10)、高壓水泵(11)，其中中空鉆桿(2)通過連接于其頂部的二重 管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)固定在長螺旋鉆機動力頭(12)上，在中空鉆桿(2)內(nèi)附著高壓輸漿管 (3)及高壓水管(4)，其底部與固定在中空鉆桿(2)端部的二重管旋噴攪拌鉆頭(6)連接， 頂部通過二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭(7)，一方面與水泥漿輸送管(8)、高壓水泥注漿泵(10)連 接，另一方面與高壓水輸送管(9)、高壓水泵(11)連接，鉆頭底部及側(cè)面焊有攪拌葉片(5)。
5.如權利要求4所述的施工裝置，其特征在于，二重管旋噴攪拌鉆頭(6)側(cè)面裝有上下 兩組噴嘴(13)，其上部噴嘴用于噴射高壓水流，下部噴嘴用于噴射高壓水泥漿。
6.如權利要求5所述的施工裝置，其特征在于，噴嘴布置形式采用“K”字形、“X”形或 “一”字形布置。
7.如權利要求4或5所述的施工裝置，其特征在于，中空鉆桿(2)采用無葉片鉆桿或采 用長螺旋鉆桿。
8.如權利要求4所述的施工裝置，其特征在于，變速控制系統(tǒng)(1)使得鉆機能在成孔與 旋噴兩個過程中進行有效的切換，即能使得鉆機提升鉆進速度在3. Om/min與1. 2 1. 5m/ min之間或0. 2m/min進行快速切換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長螺旋二重管高壓攪噴樁施工方法和裝置，該方法為根據(jù)設計要求，確定每個樁的位置，然后邊鉆孔邊高速噴射水流，形成泥漿護壁，必要時可噴水泥漿；也可直接鉆進；然后提鉆攪噴，在提升過程中采用旋噴或定噴或擺噴技術，直至成樁。長螺旋二重管高壓攪噴樁的裝置中包括中空鉆桿、高壓輸漿管、高壓水管、攪拌葉片、二重管旋噴攪拌鉆頭、二重管旋轉(zhuǎn)注漿接頭、水泥漿輸送管、高壓水輸送管、高壓水泥注漿泵、高壓水泵等。相對傳統(tǒng)攪拌樁及旋噴樁，其不僅適用于軟土、松散～稍密的砂類土，還適用于硬粘土、砂卵石、腐殖土等各類土層，尤其在砂卵石層中效果更加突出。
文檔編號E02D5/22GK101962949SQ20091008955
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者吳劍波, 王立建, 賀再球 申請人:北京中巖大地工程技術有限公司