專利名稱：帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法
帶細石混凝土芯水泥旋噴粧施工方法技術領域
本發明屬于土木工程樁基施工技術領域，尤其是涉及一種帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法。
背景技術：
水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，是軟基處理的一種有效形式，利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發生一系列物理化學反應，使軟土硬結而提高基礎強度。軟土基礎經處理后，加固效果顯著，可很快投入使用。適用于處理淤泥、淤泥質土、泥炭土和粉土土質等。
水泥攪拌樁按材料噴射狀態可分為濕法和干法兩種。濕法以水泥漿為主，攪拌均勻，易于復攪，但水泥土硬化時間較長；干法以水泥干粉為主，水泥土硬化時間較短，能提高樁間的強度，但攪拌均勻性欠佳，很難全程復攪。
高壓旋噴樁，是以高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續搭接的水泥加固體。雖施工占地少、振動小、噪音較低，但容易污染環境，成本較高，對于特殊的不能使噴出漿液凝固的土質不宜采用。
高壓旋噴樁和普通的水泥攪拌樁均能改善土體。由于這兩種樁體均是由土體和水泥漿固結而成，因此抗壓強度和抗裂度經常無法達到設計和使用的較高需求。
由于目前高壓旋噴時空氣和水進行高壓切割，水平的方式切割讓氣體無法有效排出，這樣成樁后旋噴樁的氣體含量太多，因此影響樁體強度和剛度。同時，存在孔隙率過大、 密實度不夠等缺點。
綜上需要創新改進原有的樁體生成原理，實現成樁中氣體含量變少，且提升樁體的剛度，以及樁體的抗裂度。從而有可能實現更高的需求。
中國專利CN101255693公開一種地基加固的水泥砂漿旋噴樁及施工方法，常規的旋噴樁用漿液為純水泥漿，在水泥漿中加入粉細砂，這種漿液對改善黏土地基的性質，提高旋噴樁的成樁質量具有顯著的效果，克服了常規旋噴樁在黏土地層中成樁強度低的現象。 相同地層采用水泥砂漿旋噴樁，成樁后水泥土強度比常規的純水泥漿旋噴樁提高30%左右，節省水泥20%以上。
中國專利CN101429766公開一種地基加固的高壓旋噴樁施工工藝。I.確定高壓旋噴樁的中心點；2.采用引孔機械在中心點處進行引孔，直到穿透砼基礎及塘渣層；3.高噴樁機就位，將高噴鉆機調整平穩，使其鉆頭對準中心點，并調整鉆桿角度使之與設計樁傾斜角度一致；4.開啟高噴鉆機的高壓注漿泵，待正常運轉后，再緩慢下沉鉆具鉆進成孔的同時向注漿孔內送水，直至到達設計標高；5.將拌制好的化學漿液傾入過濾集料斗，將高壓泵由送水改為送漿，開啟送漿泵送漿，并停留在樁底噴射20-40秒，然后邊旋轉邊提升，至設計粧頂標聞為止。
中國專利CN101886387A公開一種長螺旋高低壓多重管自鉆式攪拌，豎向和水平向止水帷幕的水泥土樁的施工方法。(I)清障，平整場地，開孔；(2)用帶攪拌葉片的中空鉆桿切割土體下沉，同時對土體噴水、氣和噴射壓力為10 40MPa水泥漿至設計樁底標高；(3)旋噴噴漿提升的同時攪拌葉片攪拌，升至樁頂標高成樁。結合了“攪拌法”和“旋噴法” 成樁施工的特點，可以在園礫層等較硬土層中實現自鉆自噴自攪、大直徑、高強度一次成樁，確保高壓噴射注漿在復雜地層、圓礫層等較硬土層中的成樁質量。
中國專利CN101603311公開一種重錘夯擴擠密土預成孔旋噴樁施工方法，首先利用沖擊鉆機成孔，穿透填土、地下障礙物或流砂或易坍塌的砂卵石等復雜地層，采用跟管鉆進；達到設計深度時，套管也達到目標深度；之后在套管內填好土，邊填土邊重錘夯實；夯實一段后，便將套管起拔一段距離，繼續填土并用重錘夯實，待整個套管全部拔出地面后便形成一個夯實土樁；之后旋噴鉆機就位，在該夯實土樁處下行回轉高壓旋噴混凝土泥漿，從而高效順利完成旋噴樁施工。發明內容
本發明的目的在于針對現有的水泥漿和土體混合固結改良土體效果較差的難題， 提供一種可以加強原有高壓旋噴樁的抗壓強度和水平抗裂程度，在深基坑止水帷幕、邊坡擋土或擋水、地基底部加固等多方面都能比現有其它樁型具有更高性價比，可實現細石砼樁芯的施工，工效較高的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法。
本發明包括以下步驟
I)借助現有的鉆孔設備，在設計樁位的中心形成一個孔洞；該孔洞用于旋噴設備下放到設計樁底；
2)在旋噴頭中間高壓噴細石砼，周邊開兩個噴高壓水的噴孔和一個高壓噴漿孔；
3)組裝旋噴設備，組裝完畢后的旋噴設備要求可以同時輸送高壓細石砼、高壓水流和高壓水泥漿，同時借助鉆機來提升和旋轉以實現旋噴功能，同時把旋噴頭和旋噴輸送管放入預鉆的樁芯孔洞中；
4)按照設計配比要求，準備符合級配要求的細石砼，并配制符合壓力要求的高壓水與空氣的混合水流、符合壓力要求的高壓水泥漿；
5)通過調整鉆機的轉速，借用旋噴頭噴出的空氣的混合水流切割土體，要求形成錐體的形式，再將高壓水泥漿注入到切割后的土體中，形成水泥漿改良后的土體，通過控制樁芯部位的細石砼是否噴射，把細石砼高壓地壓入水泥和土體的混合體中心；
6)通過試驗的數據來決定鉆機的轉速和提升速度，并采用這些數據進行實際樁體的施工，按設計要求選擇初始噴時是否要細石砼樁芯，按要求整體施工完成帶細石砼樁芯水泥旋噴樁，由于采用旋噴的方式施工此類樁，樁頂由于施工期間上部的壓力變小，因此樁頂3(T50cm的樁質量較差，此類樁如果作為地基加固時，可以對此部位樁頂除細石砼樁芯外的四周水泥漿和土體的開鑿去除，并用砼施工修補，這樣會讓細石砼芯水泥旋噴樁的樁頂抗壓能力得到提升，樁頂強度增強工作視設計要求而定是否實施。
7)如果設計是止水帷幕，通過讓兩根帶細石砼芯水泥旋噴樁重疊15 25cm而實現；如果設計是對區塊地域進行地基加固，通過梅花形來布設細石砼芯全長還是部分長度。
如果設計是止水帷幕，通過讓兩根帶細石砼芯水泥旋噴樁重疊15 25cm而實現， 可極大提升整體加固地基的抗壓強度，這樣會形成一個整體的止水帷幕，由于止水帷幕一般均是為了基坑和基槽降水，這樣兩側會有土體的高低落差，這要求止水帷幕要有上部更大的抗彎剪能力；本發明所形成的帶細石砼芯水泥旋噴樁與傳統旋噴樁比可更好地實現上述功能。
如果設計是對區塊地域進行地基加固，通過梅花形來布設細石砼芯全長還是部分長度，可極大提升整體加固地基的抗壓強度，另一方面又合理地發揮帶細石砼芯水泥旋噴樁的功能同時降低經濟成本。如果比較水泥攪拌樁和高壓旋噴樁，帶細石砼芯水泥旋噴樁處理加固的地基有下述優勢由于混合體中加入了細石這種集料，抗壓強度明顯提升；由于此種特殊工藝施工后，樁體的氣體含量減少、樁體的水泥含量增加，樁體的密實度、剛度、 整體性均有明顯提高。此類加固地基效果明顯。
在步驟I)中，所述借助現有的鉆孔設備，在設計樁位的中心形成一個孔洞的具體方法可為按照設計圖紙，借用測量的儀器設備放樣樁芯位置，然后鉆機移位對中，開鉆成孔，在樁芯位置形成一個孔洞；所述孔洞的孔徑可為8 12cm。
在步驟3)中，所述旋噴設備包括空壓機、制漿機、砼輸送泵和鉆機等，所述組裝旋噴設備可采用市場上的現成產品。
在步驟4)中，所述細石的粒徑最好不大于Icm ;所述高壓水與空氣的混合水流的壓力可為35 40Mpa ;所述高壓水泥漿的壓力可為35 40MPa。
在步驟5)中，所述通過調整鉆機的轉速，借用旋噴頭噴出的空氣的混合水流切割土體，要求形成錐體的形式，是有利于空氣混合體在切割完土體后上排；所述通過控制樁芯部位的細石砼是否噴射，如果未細石砼未噴射，能成開傳統意義上的高壓旋噴樁，由于改良后噴頭有兩個水流噴孔、一個水泥漿噴孔，并且這三個噴口能大傾角度噴射，該組合方式進行噴射也能讓高壓旋噴樁更加密實，從而在強度和剛度上得到提高；如果樁芯處的細石砼噴射，這樣就可以同步形成一個四周是高壓旋噴水泥樁，而中心是細石砼密實樁芯(細石砼樁芯的直徑在25 35cm)，四周的旋噴水泥樁對細石砼樁芯有環箍效果，而細石砼樁芯能更好地提升整體樁的剛度、強度和抗裂度，并且在土體側壓力作用上裂縫出現的程度明顯得到改善。
比較原有旋噴樁后植入型鋼或鋼筋，同步生成樁體能保證剛度提升的同時不帶來新的裂縫出現，不局部破壞樁的整體性。把細石砼高壓地壓入水泥和土體的混合體中心，這會增大樁體的密實度，側彎和側壓能力均會較大程度提高。
施工過程中要充分考慮鉆機的轉速和旋噴設備的提升速度，具體參數可以在傳統的經驗數據的基礎上視不同地質情況，在施工現場通過試驗樁來設計相關轉速和提升速度。
與現有其它通過土體改良樁的技術相比，本發明不僅節約資源，而且用工也較合理，樁體的質量明顯提升。另外，本發明的施工技術具有兩類樁體同步成形，并且巧妙地把兩者的優勢功能充分融合在一起，具有全新的構思。并且由于細石砼芯的引入，改變了旋噴樁低抗壓強度的現狀，也克服了灌注樁高成本的難題。它還具有實用可靠、取材方便、制作簡單、使用方便和效果良好的功效。
同時，由于現在地基和基礎的復雜程度，以及施工難度都在不斷增加，并且建筑中對止水、邊坡支護功能兩者結合的要求越來越多，因此本發明具有技術可行，市場運用前景廣大。
圖I是粧芯預鉆孔開鉆不意圖。
圖2是粧芯預鉆孔結束不意圖。
圖3是樁芯預鉆孔成形孔示意圖。
圖4是樁芯旋噴裝置安放完畢示意圖。
圖5是旋噴設備噴頭斷面圖。
圖6是旋噴設備輸送管斷面圖。
圖7是樁芯旋噴裝置施噴示意圖。
圖8是全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁成形樁示意圖。
圖9是初始未噴細石砼樁芯施噴示意圖。
圖10是上部設細石混凝土芯水泥旋噴樁成形樁示意圖。
圖11是帶細石砼芯旋噴樁止水帷幕平面圖。
圖12是帶細石砼芯旋噴樁止水帷幕斷面圖。
圖13是組合式梅花形布設地基加固平面圖。
圖14是組合式梅花形布設地基加固斷面圖。
在圖f 14中，各標記為1樁芯預鉆孔鉆機的鉆頭；2樁芯預鉆孔鉆機的鉆桿；3 樁芯預鉆孔的成形孔；4準備施工樁的位置土體；5旋噴裝置的旋噴頭；6旋噴裝置的輸送管；7噴頭高壓氣和水噴嘴；8噴頭高壓水泥漿噴嘴；9噴頭高壓氣和水通道孔；10噴頭高壓水泥漿通道孔；11細石砼通道孔；12輸送管高壓氣和水通道孔；13輸送管高壓水泥漿通道孔；14輸送管細石砼通道孔；15全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁；16旋噴細石砼樁芯；17 旋噴水泥漿混合土樁體；18上部設細石混凝土芯水泥旋噴樁；19梅花形布設兩種樁加固地基；20樁間未處理土體。
具體實施方式
以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
參見圖I 14，本發明包括以下步驟
I)樁芯預鉆孔開鉆；
參見圖I 3。按照設計圖紙，借用測量儀器設備放樣樁芯位置，從而確定準備施工樁的位置土體4，然后鉆機移位對中，通過樁芯預鉆孔鉆機的鉆頭I和樁芯預鉆孔鉆機的鉆桿2的共同作用，開鉆，在樁芯位置形成一個孔徑在IOcm左右的樁芯預鉆孔的成形孔3。 樁芯預鉆孔的成形孔3要跟設計樁長一樣通長開鉆。
2)旋噴管和旋噴頭制作準備；
參見圖4 6。制造特殊的旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6。
旋噴裝置的旋噴頭5組成為中間設細石砼通道孔11用于噴謝高壓細石砼；旋噴裝置的旋噴頭5周邊設兩個噴頭高壓氣和水噴嘴7，通過噴頭高壓氣和水通道孔9能把高壓水和氣混合體在噴頭高壓氣和水噴嘴7噴出；旋噴裝置的旋噴頭5周邊設一個旋噴頭高壓水泥漿噴嘴8，通過噴頭高壓水泥漿通道孔10能把高壓水泥漿在旋噴頭高壓水泥漿噴嘴8 嗔出。
旋噴裝置的輸送管6組成為中間設輸送管細石砼通道孔14用于輸送高壓細石砼；旋噴裝置的輸送管6設兩個輸送管高壓氣和水通道孔12用于輸送高壓氣和水混合水流；旋噴裝置的輸送管6設一個輸送管高壓水泥漿通道孔13用于輸送高壓水泥漿。
借用鉆機把旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6，放于樁芯預鉆孔的成形孔3內準備實施工作。
3)帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工；
參見圖7和圖8，全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁15施工。在準備施工樁的位置土體4內通過旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6把細石砼置入準備施工樁的位置土體4中，形成旋噴細石砼樁芯16 ;在準備施工樁的位置土體4內通過旋噴裝置的旋噴頭5 和旋噴裝置的輸送管6把高壓水泥漿置入準備施工樁的位置土體4中，旋噴水泥漿混合土樁體17。旋噴細石砼樁芯16和旋噴水泥漿混合土樁體17同步形成全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁15。
參見圖9和圖10，上部設細石混凝土芯水泥旋噴樁18施工。下部分旋噴水泥漿混合土樁體17施工時，在準備施工樁的位置土體4內通過旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6把高壓水泥漿置入準備施工樁的位置土體4中，旋噴水泥漿混合土樁體17。
上部分在準備施工樁的位置土體4內通過旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6把細石砼置入準備施工樁的位置土體4中，形成旋噴細石砼樁芯16 ;在準備施工樁的位置土體4內通過旋噴裝置的旋噴頭5和旋噴裝置的輸送管6把高壓水泥漿置入準備施工樁的位置土體4中，旋噴水泥漿混合土樁體17。旋噴細石砼樁芯16和旋噴水泥漿混合土樁體17同步形成全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁18。
4)帶細石混凝土芯水泥旋噴樁的主要應用；
參見圖7、圖8、圖11和圖12，組成止水帷幕。可以把全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁15相互之間重疊約20cm左右，這樣會形成一個整體的止水帷幕。
參見圖7 10、13和14，組成梅花形布設兩種樁加固地基19。可以把全長設細石混凝土芯水泥旋噴樁15和上部設細石混凝土芯水泥旋噴樁18采用梅花形布置，這樣就形成梅花形布設兩種樁加固地基19。由于梅花形布設兩種樁加固地基19主要是由旋噴細石砼樁芯16來承受壓力。因此梅花形布設兩種樁加固地基19可以不用全斷面處理，從而保證有樁間未處理土體20的出現。這會保證梅花形布設兩種樁加固地基19承載力的同時，也降低工程造價成本。(如因承載力的特殊需要，可以對離地面3(T50cm的各根帶細石砼芯水泥旋噴樁的旋噴水泥漿混合土樁體17進行開鑿棄除，并用砼置換)。
權利要求
1.帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于包括以下步驟1)借助現有的鉆孔設備，在設計樁位的中心形成一個孔洞；該孔洞用于旋噴設備下放到設計樁底；2)在旋噴頭中間高壓噴細石砼，周邊開兩個噴高壓水的噴孔和一個高壓噴漿孔；3)組裝旋噴設備，組裝完畢后的旋噴設備要求可以同時輸送高壓細石砼、高壓水流和高壓水泥漿，同時借助鉆機來提升和旋轉以實現旋噴功能，同時把旋噴頭和旋噴輸送管放入預鉆的樁芯孔洞中；4)按照設計配比要求，準備符合級配要求的細石砼，并配制符合壓力要求的高壓水與空氣的混合水流、符合壓力要求的高壓水泥漿；5)通過調整鉆機的轉速，借用旋噴頭噴出的空氣的混合水流切割土體，要求形成錐體的形式，再將高壓水泥漿注入到切割后的土體中，形成水泥漿改良后的土體，通過控制樁芯部位的細石砼是否噴射，把細石砼高壓地壓入水泥和土體的混合體中心；6)通過試驗的數據來決定鉆機的轉速和提升速度，并采用這些數據進行實際樁體的施工，按設計要求選擇初始噴時是否要細石砼樁芯，按要求整體施工完成帶細石砼樁芯水泥旋噴樁；7)如果設計是止水帷幕，通過讓兩根帶細石砼芯水泥旋噴樁重疊15 25cm而實現；如果設計是對區塊地域進行地基加固，通過梅花形來布設細石砼芯全長還是部分長度。
2.如權利要求I所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于在步驟I) 中，所述借助現有的鉆孔設備，在設計樁位的中心形成一個孔洞的具體方法為按照設計圖紙，借用測量的儀器設備放樣樁芯位置，然后鉆機移位對中，開鉆成孔，在樁芯位置形成一個孔洞。
3.如權利要求2所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于所述孔洞的孔徑為8 12cm。
4.如權利要求I所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于在步驟3) 中，所述旋噴設備包括空壓機、制漿機、砼輸送泵和鉆機。
5.如權利要求I所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于在步驟4) 中，所述細石的粒徑不大于1cm。
6.如權利要求I所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于在步驟4) 中，所述高壓水與空氣的混合水流的壓力為35 40MPa。
7.如權利要求I所述的帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，其特征在于在步驟4) 中，所述高壓水泥漿的壓力為35 40MPa。.全文摘要
帶細石混凝土芯水泥旋噴樁施工方法，涉及土木工程樁基施工。借助鉆孔設備在設計樁位中心形成孔洞；在旋噴頭中間高壓噴細石砼，周邊開兩個噴高壓水的噴孔和一個高壓噴漿孔；組裝旋噴設備，把旋噴頭和旋噴輸送管放入預鉆的樁芯孔洞中；準備細石砼，配制高壓水與空氣的混合水流、高壓水泥漿；通過調整鉆機的轉速，借用旋噴頭噴出的空氣的混合水流切割土體，要求形成錐體的形式，再將高壓水泥漿注入到切割后的土體中，形成水泥漿改良后的土體，通過控制樁芯部位的細石砼是否噴射，把細石砼高壓地壓入水泥和土體的混合體中心；通過試驗的數據決定鉆機轉速和提升速度，進行實際樁體施工，選擇初始噴時是否要細石砼樁芯，完成帶細石砼樁芯水泥旋噴樁。
文檔編號E02D5/46GK102979091SQ20121048353
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者劉國智, 黃燦輝, 陳德明, 楊克紅, 陳德華, 李丕景, 繆小錚, 劉婷婷 申請人:廈門源昌城建集團有限公司