專利名稱：長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法
技術領域：
本發明屬于建筑地基基礎施工中基坑支護方法(包括地鐵基坑)，特別涉及長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁及其施工工藝，可形成樁墻體，用于止水(隔水或截水)帷幕及護坡樁或其母樁。本發明適應的地層范圍廣，尤其在北方地區較硬土層例如密實砂卵石地層的應用中更顯優勢。
背景技術：
目前SMW (水泥土攪拌墻)工法以其節能環保質量可靠而在軟土地區廣泛應用，其設計與施工技術也日趨成熟，包括型鋼起拔回收技術也變得成熟，基坑支護工程型鋼回收率一般可達100%。三軸攪拌機設備功率大，效率高，施工深度大，質量可靠，應用也日益廣泛。但在如北京地區這樣的硬土地層應用還極為有限，到目前為止，在北京地區采用三軸攪拌機施工水泥土連續墻采用鋼管內支撐僅有一個案例，而且未涉及到北京的砂卵石地層。水泥土攪拌樁由于其施工簡便、成本低廉，而被廣泛應用于基坑支護、止水帷幕及地基處理等領域，但傳統攪拌樁在現有設備條件下施工較硬土層，受到極大限制，尤其攪拌砂層或砂卵石層更是無法實施。水泥土旋噴樁包括單管、雙管和三管，雖然在軟土地區基坑支護、止水帷幕及地基處理等領域也得到成功應用，但在施工較硬土層時，同樣受到極大限制，尤其遇到砂層或砂卵石層同樣無法實施。長螺旋旋噴攪拌樁技術較好的解決了硬土地區成孔成樁問題，目前已在北京、河北、山東、云南、內蒙等地得到較好應用，實踐證明是一項實用可行的技術，能達到設計的樁徑和設計的樁長，如果利用該技術施工連續的帷幕墻插入型鋼配以內支撐或錨桿進行基坑支護是完全可以實現的。尤其在坑深或設計樁長時利用長螺旋旋噴攪拌樁就比長螺旋旋攪拌樁更容易保證樁徑，也更易保證垂直度和咬合效果。但在遇到大的卵礫石、塊石、漂石或遇到地下混凝土障礙時，長螺旋鉆具就無能為力。例如在北京地鐵7號線百子灣站帷幕施工過程中遇到直徑大于1. Om的鋼筋混凝土污水管橫穿基坑，埋深4m，人工挖除困難，沖擊鉆施工會對已施圍護樁造成影響，如不能施工該部位帷幕樁，則帷幕就不能封閉，達不到做帷幕的目的。這時風動潛孔錘的穿過混凝土管的能力就成為必要。
發明內容
為了克服以上技術的不足，利用現有改造了的長螺旋鉆具，發明了一種長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑支護施工方法。本發明的技術方案是一種長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于利用長螺旋潛孔錘振動鉆具更能適應硬地層尤其是地下堅硬物的特點，就地振動旋噴切割翻攪原狀土層，邊拌合邊加入水泥，到設計標高后，拔出鉆具，插入型鋼等勁型材料，形成具有一定強度及抗滲能力的柱狀樁體；依次或間隔施工制出排列的柱狀樁體，形成基坑止水樁墻。
所述的柱狀樁體之間相互咬合形成連續閉合樁墻，根據工程需要可形成單排咬合或多排咬合，咬合方式采用順序咬合或隔孔咬合。所述的水泥土噴攪完成后，可插入型鋼等勁型材料，以增加樁體的強度，勁型材料可以回收重復利用。樁墻形成后，采用錨桿和/或內支撐形成復合的基坑支護體系。所形成的基坑支護體系具有一定抗滲能力，可實現不降水施工，保護地下水資源。所述的長螺旋潛孔錘振動鉆具為光桿振動鉆具，或帶不連續的螺旋葉片；其鉆頭為風動潛孔錘帶噴風孔的釬頭，在潛孔錘上方設噴漿孔；長螺旋鉆機動力頭部位開孔或彎頭部位連接注漿管同時有輸氣管，連接處設置單動裝置。
本發明的優點是適應的地層范圍廣，尤其在北方地區較硬土層例如密實砂卵石地層的應用中更顯優勢。同時由于型鋼可回收重復利用，大大降低基坑支護施工的成本；另外由于錨桿或內支撐的拆除回收利用，使得基坑支護更加集約環保。應用在富水地層中，基坑開挖可不降水。該發明能在較硬土層中鉆進，達到設計深度及樁徑，通過樁體之間咬合，可形成閉合連續的樁墻體，從而提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性；為了增加樁墻體的剛度與強度，水泥土樁形成后插入型鋼等勁型材料，從而保證止水可靠、基坑安全。
圖1是本發明長螺旋振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法施工工藝流程圖； 圖2是本發明開挖的導向溝槽和安置定位型鋼的結構示意 圖3是本發明采用順序施工打樁孔的示意 圖4是本發明采用跳躍施工打樁孔的示意 圖5是本發明采用的鉆具的結構示意 圖6是圖5的A-A剖視 圖7是圖6的B-B剖視圖。
具體實施例方式參見圖1-圖4，本發明一種長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，利用長螺旋潛孔錘振動鉆具更能適應硬地層尤其是地下堅硬物的特點，就地振動旋噴切割翻攪原狀土層，邊拌合邊加入水泥，到設計標高后，拔出鉆具，插入型鋼等勁型材料，形成具有一定強度及抗滲能力的柱狀樁體；依次或間隔施工制出排列的柱狀樁體，形成基坑止水樁墻。參見圖5-圖7，本發明采用的長螺旋潛孔錘振動鉆具包括空心鉆桿11、高壓水泥漿管12、潛孔錘進風道13、噴漿嘴14和風動潛孔錘15，在空心鉆桿11的下端同軸連接風動潛孔錘15的上端，在空心鉆桿11內的軸心設有高壓水泥漿管12，在高壓水泥漿管12的周圍設有數個潛孔錘進風道13，在高壓水泥漿管12上連接有數個徑向分支管，每一分支管均與設在空心鉆桿11管壁上的噴漿嘴14連接。空心鉆桿11為光桿或帶不連續的螺旋葉片。長螺旋鉆機動力頭部位開孔或彎頭部位連接注漿管同時有輸氣管，連接處設置單動裝置。注漿配備水泥漿注漿泵，攪漿桶震動篩及儲漿桶，高壓空氣壓縮機。本發明的鉆具適用于較硬的砂卵石地層，工作時，風動潛孔錘15通過風壓振動成孔，風動潛孔錘15上部的高壓噴漿嘴14隨著風動潛孔錘15下降成孔的過程中，向四周旋噴高壓水泥漿，與孔四周的土體形成水泥土體。以下結合具體實施例進行詳細介紹。施工準備
1)收集資料，搞好現場踏勘，認真編寫施工組織設計；
2)對施工現場地下地上障礙物進行清理，并搞好場地的平整(三通一平)，合理布設現場設施，確保正常施工。3)原材料的準備
(1)所有使用的物料，應符合設計及國標和地標規定；
(2)水泥必須具備出廠質量證明書，進貨時應對其品種、標號、包裝、出廠日期等進行驗收，并按有關規定貯存；每供應200噸水泥，必須取樣送檢。送檢樣品從10袋中各取少量。H型鋼必須提供出廠質量證明書。(3)型鋼焊接用15T履帶吊配合焊接，方式采用型鋼對接，焊縫達到設計規范要求，型鋼焊接驗收采取邊焊接邊驗收方法。(4)按規定做好各有關原材料的采樣和測試工作，確保原材料的質量。4)機械設備及輔助設備改造完的長螺旋鉆具，水泥漿制作系統設備、50t履帶式吊車、液壓挖土機、空氣壓縮機等。測量放線、開挖導溝
I)首先在平整場地上測量放線定樁位及導向溝，兩端用測量儀器做好定位樁及導向溝，防止樁位出現偏差時隨時復核；定樁位通常是用鋼釬或打孔器在地上打一深孔，灌入白石灰粉，在樁位處插上鋼筋棍等明顯標志。2)開挖導向溝槽、安置定位型鋼(圖2):根據基坑圍護內邊控制線，采用挖掘機或人工開挖溝槽，并清除地下障礙物，溝槽尺寸及定位型鋼如下圖，開挖溝槽余土及時處理，以保證鉆機順利就位。鉆機定位、鉆孔、移機
在開挖的工作溝槽2兩側鋪設導向定位型鋼1，按設計要求在導向定位型鋼I上劃出鉆孔位置和插型鋼的位置，操作人員根據確定的位置嚴格控制鉆機樁架的移動，確保鉆孔軸心(線4)就位不偏，并保證鉆具的垂直度偏差在0. 5%范圍之內。同時控制鉆孔下鉆深度的達標，利用鉆桿和樁架相對位移原理，在鉆管上劃出鉆孔深度的標尺線(參見圖2，圖中標記3為樁體圍護的內邊線)。鉆機沿基坑圍護軸線移動，采用施工順序示意圖的方法套鉆，二種方法均有其適用情況。兩種方法施工順序示意圖如下所示。方法(I)為常用的施工方法，優點是施工速度較快，順序為I — 2 — 3 — 4 — 5，形成順序咬合的樁體，參見圖3。方法(2)需要跳打時常用的施工方法，可避免樁架側向力偏移，順序為
I— 3 — 5 — 2 — 4，形成順序隔孔(一孔或多孔)咬合的樁體，參見圖4。依次循環直至圍護墻體成型。水泥土旋噴樁為基坑內外隔水圍幕，施工時不容許出現施工冷縫，如出現超過12小時的施工冷縫，需采用搭接套鉆或在后排補樁。鉆進與旋噴
根據設計所標深度，鉆機在振動成孔和提升全過程中，保持鉆桿勻速轉動，勻速下鉆，勻速提升，并采取高壓噴氣在孔內使水泥土翻攪拌和，保證整樁拌合充分、均勻，確保振動旋噴樁的質量。I)水泥漿的配制依據不同地層、地下水位，選擇不同類型水泥，確定不同的水灰t匕，最終水灰比應通過設計要求及現場試驗確定，一般情況下水灰比可選1. (Tl. 5，另外可根據實際情況添加適量的外摻劑。
2)依據土層、水位情況確定提下鉆速度，事先利用變頻器將其調節好。邊振動旋噴邊下鉆，達到設計深度后振動旋噴提升(含水層部位，可重復上下多次振動旋噴)直至孔口位置。全孔段上下振動旋噴多次，可使全孔水泥土體更均勻。漿液壓力控制2(T30MPa，漿液流量根據鉆進實際速度、地下土層特性情況進行調整。空氣壓力控制在1. 5^2. 5MPa。型鋼插入
在鉆孔的水泥土充分拌合均勻后，開始初凝硬化之前，采用DH500履帶吊車將定尺的型鋼吊起，插入指定位置，依靠型鋼的自重下插到設計規定深度，不能達到設計深度時，開動振動錘，振動插入，然后進行換勾法，使型鋼脫離吊鉤，固定在溝槽兩側鋪設的定位型鋼上直至孔內的水泥土凝固。型鋼在插入水泥土樁前，表面應涂刷減摩劑。型鋼為了減小下沉阻力，下端加工成“尖”形，同時在型鋼外側涂抹脫模油。用起重設備將型鋼吊起，利用其自重下沉，不能達到設計深度時，開動振動錘，振動插入，在插入過程中采取可靠導正措施保證型鋼的垂直度。型鋼可以是H型鋼，也可依據坑深及受力大小選擇其他型鋼，如工字鋼、槽鋼、角鋼、圓鋼等。一般情況下，型鋼上端高出樁頂連梁
0.5^1. Om,并在型鋼上打孔，以利起拔。內支撐或錨桿施工
依據坑深坑寬及土層情況，設計采用常規的內支撐或錨桿支護，錨桿采用現有可拆式錨桿。樁頂連梁施工
如采用鋼筋混凝土連梁，鋼筋綁扎應避開型鋼，型鋼用泡沫及油氈等包裹，便于起拔拆除。如采用預制連梁，則可在完成其功用后一并拆除回收，重復使用。內支撐或錨桿拆除
主體建筑達到一定階段時，臨時性基坑支護將失去其作用，可以對其內支撐或錨桿進行拆除，重復利用，也使基坑支護錨桿不再留在地下，更環保。型鋼起拔回收，重復利用
待基坑回填完成后，可將型鋼起拔回收，起拔工具可采用專用起拔機，或基坑不深時，型鋼摩擦力不大，地方又較狹窄時，可用千斤頂預先起拔，待達到一定高度后，用起重設備吊起，回收，重復利用。確保集約環保。空洞回填
型鋼起拔后，留下的空洞，可用水泥漿或水泥土漿液灌滿，必要時上部f 2m范圍用粘土封住，保證不會流入水。
權利要求
1.一種長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于利用長螺旋潛孔錘振動鉆具更能適應硬地層尤其是地下堅硬物的特點，就地振動旋噴切割翻攪原狀土層，邊拌合邊加入水泥，到設計標高后，拔出鉆具，插入型鋼等勁型材料，形成具有一定強度及抗滲能力的柱狀樁體；依次或間隔施工制出排列的柱狀樁體，形成基坑止水樁墻。
2.根據權利要求1所述的長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于所述的柱狀樁體之間相互咬合形成連續閉合樁墻，根據工程需要可形成單排咬合或多排咬合，咬合方式采用順序咬合或隔孔咬合。
3.根據權利要求1所述的長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于所述的水泥土噴攪完成后，可插入型鋼等勁型材料，以增加樁體的強度，勁型材料可以回收重復利用。
4.根據權利要求1所述的長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于樁墻形成后，采用錨桿和/或內支撐形成復合的基坑支護體系。
5.根據權利要求1所述的長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于所形成的基坑支護體系具有一定抗滲能力，可實現不降水施工，保護地下水資源。
6.根據權利要求1所述的長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于所述的長螺旋潛孔錘振動鉆具包括空心鉆桿、高壓水泥漿管、潛孔錘進風道、噴嘴和風動潛孔錘，在空心鉆桿的下端同軸連接風動潛孔錘的上端，在空心鉆桿內的軸心設有高壓水泥漿管，在高壓水泥漿管的周圍設有數個潛孔錘進風道，在高壓水泥漿管上連接有數個徑向分支管，每一分支管均與設在空心鉆桿管壁上的噴嘴連接。
全文摘要
一種長螺旋潛孔錘振動旋噴水泥土型鋼樁基坑止水支護方法，其特征在于利用長螺旋潛孔錘振動鉆具更能適應硬地層尤其是地下堅硬物的特點，就地振動旋噴切割翻攪原狀土層，邊拌合邊加入水泥，到設計標高后，拔出鉆具，插入型鋼等勁型材料，形成具有一定強度及抗滲能力的柱狀樁體；依次或間隔施工制出排列的柱狀樁體，形成基坑止水樁墻。本發明的優點是適應的地層范圍廣，尤其在北方地區較硬土層例如密實砂卵石地層的應用中更顯優勢；型鋼可回收重復利用，大大降低基坑支護施工的成本；錨桿或內支撐的拆除回收利用，使得基坑支護更加集約環保；通過樁體之間咬合，可形成閉合連續的樁墻體，從而提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性。
文檔編號E02D17/04GK103015435SQ20121050966
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者何世鳴, 李江, 周與誠, 張明中, 王之軍, 李德江, 張亮, 朱文學, 賈城, 梁成華, 陳輝, 李長生, 司呈慶, 王建明, 程金霞, 黃鑫峰, 洪偉, 杜高恒, 張寶河 申請人:北京建材地質工程公司, 中國建筑材料工業地質勘查中心北京總隊, 北京城建科技促進會