一种止水帷幕施工装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种新型高效止水帷幕施工技术，属于建筑施工技术领域。

背景技术：

基坑渗漏问题关系着基坑工程的施工安全，止水帷幕是控制基坑工程地下水渗漏的主要措施。以水泥土搅拌桩做止水帷幕在基坑工程中广泛应用，传统的水泥土搅拌桩技术机械化水平低，每幅桩桩间搭接质量难以保证，易造成基坑渗漏，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种止水帷幕施工装置及其施工方法，以解决传统的水泥土搅拌桩技术存在安全隐患的问题，很好地克服传统技术存在的不足。

为解决上述问题，拟采用这样一种止水帷幕施工装置，包括沿竖向设置的喷浆钻杆和喷气钻杆，喷浆钻杆和喷气钻杆均为中空结构，喷浆钻杆和喷气钻杆的下端均设置有钻头，且喷浆钻杆和喷气钻杆下端的侧壁上或钻头上还设置有连通钻杆内腔与外部的喷孔，喷浆钻杆和喷气钻杆的上端还设置有用于驱动钻杆转动的驱动装置。

前述装置中，所述喷浆钻杆共三个，喷气钻杆共两个，喷浆钻杆和喷气钻杆交错地并排设置；

前述装置中，喷气钻杆下端的水平位置高于喷浆钻杆下端的水平位置。

本发明还提供了一种止水帷幕施工方法，包括：

步骤一：施工勘察和桩位放样

对施工场地进行平整、压实，清除地面地下障碍，以方便设备移动就位，探明并清除地下障碍物，对于淤泥质土层需要回填土，分层回填夯实，而后，按图放出止水帷幕结构轴线，设立临时控制桩，在施工过程中每天对控制点进行校核，并做好有效保护；

步骤二：开挖导向储留沟

采用0.4m³～1m³挖土机开挖工作沟槽，遇有地下障碍物时，使用大型挖机进行大面积深挖清障，直到清障完毕，然后回填土压实，重新开挖沟槽；

步骤三：定位

将所述施工装置移到指定桩位对中，双向调整桩机垂直度，桩基垂直偏差不大于2‰，确保钻杆轴芯就位不偏，在沟槽两侧打入地下4根10#槽钢深1.5m作为固定支点，垂直沟槽方向放置两根H型钢与支点焊接，规格为200×200，长约2.5m；

步骤四：配制水泥浆，

浆液从散装水泥进罐仓配置、搅拌、注入全过程智能化操作，提高了水灰比、水泥掺入量、水泥浆流量关键指标的准确度，提高搅拌桩成桩质量。

步骤五：下钻搅拌和喷浆，下钻达到设计桩长

启动全封闭全自动搅拌注浆系统，实现了水泥浆拌制过程的全封闭，消除了粉尘污染，每套系统每台班可减少用工1~2人，开动送浆泵，使浆液从喷浆钻杆下端的喷孔喷出并具有一定压力后，开始钻进搅拌，同时根据试桩结果调整送浆泵压力，保证喷浆量满足要求，转轴间的旋转方向互为相反，以实现自稳平衡，喷浆量控制为总量的70%，在钻进过程中连续喷入水泥浆液，钻进至设计桩长原地喷浆搅拌30秒，若中途出现管路堵塞停止超过30分钟时，应立即对注浆泵和浆液输送管路进行清洗，防止浆液固结。

步骤六：上提钻杆搅拌和喷浆，上提到达桩顶

将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，连续喷入水泥浆液，直至地面，喷浆量控制为总量的30%，注浆量的大小由装在操作台的调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控，钻头提升至地面后，立即反向钻进复搅，在复搅过程中，对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆，并防止喷浆口堵塞。

工作原理：配置五根中空钻杆，三根钻杆喷浆，两根钻杆喷气，钻杆内部分别设置有喷浆通道和喷气通道，钻杆前端设置有喷浆孔，充分利用钻杆作为喷浆管，旋转接头连接注浆管，浆液通过通过注浆管注入到钻杆内,通过钻头和钻杆上叶片的搅动力以及压缩气体对土体的切割力对地基土进行均匀地搅拌，使水泥土充分搅拌混合，形成连续的水泥土墙作为止水帷幕。

与现有技术相比，本发明较好地解决了深基坑止水帷幕渗漏等施工安全技术难题，工艺先进，整体性、抗渗性、稳定性好、智能化、绿色环保，减少了工料机的投入和工人工作量，缩短了工期，降低了工程造价，降低安全事故发生的概率，大大地减少了安全事故的发生，从而提高安全水平，达到了预期的研究效果，为今后止水帷幕施工特别是类似软土地区深基坑围护施工提供重要的依据。整个成桩过程数字化，可存储，可广泛应用到地下空间开发的止水帷幕施工技术中。

附图说明

图1是所述施工装置的结构示意图；

图2是五轴搅拌桩强度随不同土层深度变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将通过附图对发明作进一步地详细描述。

实施例：

参照图1和2，本实施例提供一种止水帷幕施工装置，包括沿竖向设置的三个喷浆钻杆1和两个喷气钻杆2，喷浆钻杆1和喷气钻杆2交错地并排设置，喷浆钻杆1和喷气钻杆2均为中空结构，喷浆钻杆1和喷气钻杆2的下端均设置有钻头3，且喷浆钻杆1和喷气钻杆2下端的侧壁上或钻头3上还设置有连通钻杆内腔与外部的喷孔4，喷气钻杆2下端的水平位置高于喷浆钻杆1下端的水平位置，喷浆钻杆1和喷气钻杆2的上端还设置有用于驱动钻杆转动的驱动装置5。

以位于上海市闵行区某工程项目为例，建筑面积 9.29万平方米，基坑面积2.16万平方米，周长658米，整体为2层地下室，基坑开挖深度为8.8~12.5米，基坑围护形式采用钻孔灌注桩挡土+五轴搅拌桩止水帷幕+二道钢筋混凝土支撑（局部一道钢支撑）。

一．施工参数设计：

水泥浆配合比取1.5：1，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为3t/m³，土体密度取1.8t/m³，水泥浆比重为1.36kg/L，搅拌桩计算面积取2.42 m²。直径φ800五轴搅拌桩搭接长度300mm，下沉速度取0.8m/min，提升速度取1.2m/min，钻头每转一圈提升或下沉量以10~15mm为宜。注浆压力0.5~1.0MPa；加固体28d无侧限抗压强度不小于0.8MPa。

每幅桩水泥用量=搅拌桩计算面积×有效桩长×土体密度×水泥参入量。

二．施工工艺：

1．施工勘察：对施工场地进行平整、压实，清除地面地下障碍，以方便设备移动就位，探明并清除地下障碍物，对于淤泥质土层需要回填土，分层回填夯实。

2．桩位放样：按图放出止水帷幕结构轴线，设立临时控制桩，在施工过程中每天对控制点进行校核，并做好有效保护。

3．开挖导向储留沟：采用0.4m³～1m³挖土机开挖工作沟槽。遇有地下障碍物时，使用大型挖机进行大面积深挖清障，直到清障完毕，然后回填土压实，重新开挖沟槽。

4．定位：五轴搅拌机移到指定桩位对中，双向调整桩机垂直度，桩基垂直偏差不大于2‰，确保钻杆轴芯就位不偏。在沟槽两侧打入地下4根10#槽钢深1.5m作为固定支点，垂直沟槽方向放置两根H型钢与支点焊接，规格为200×200，长约2.5m。

5．水泥浆配制：浆液从散装水泥进罐仓配置、搅拌、注入全过程智能化操作，提高了水灰比、水泥掺入量、水泥浆流量关键指标的准确度，提高搅拌桩成桩质量。

6．注浆系统：用全封闭全自动搅拌注浆系统，实现了水泥浆拌制过程的全封闭，消除了粉尘污染，每套系统每台班可减少用工1~2人。

7．下钻搅拌和喷浆：开动送浆泵，浆液从喷嘴喷出并具有一定压力后，开始钻进搅拌，同时根据试桩结果调整送浆泵压力，保证喷浆量满足要求。转轴间的旋转方向互为相反，能自稳平衡，喷浆量控制为总量的70%。

8．下钻达到设计桩长：在钻进过程中连续喷入水泥浆液，钻进至设计桩长原地喷浆搅拌30秒。若中途出现管路堵塞停止超过30分钟时，应立即对注浆泵和浆液输送管路进行清洗，防止浆液固结。

9．上提钻杆搅拌和喷浆：将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，连续喷入水泥浆液，直至地面，喷浆量控制为总量的30%，注浆量的大小由装在操作台的调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控。

10．上提到达桩顶：钻头提升至地面后，应立即反向钻进复搅，在复搅过程中，应对局部喷浆不足的桩身部位进行补浆，并防止喷浆口堵塞。

三．施工监测结果：

1．施工时间和工效

水泥土搅拌桩长18.5m，桩径φ800，每幅桩施工用时20分钟，搅拌施工8分钟，移机12分钟，其工效为42.24m³/h。

2．桩芯强度检测结果

现场随机选取2%的搅拌桩进行钻芯取样，检查搅拌桩的成桩长度和均匀性。每根桩取芯数量为在连续钻取的全桩长范围内的不同深度和不同土层桩芯上取不应少于5点，且在基坑坑底附近应设取样点，每点3件试块。钻孔取芯完成后的空隙应注浆填充。

3．止水效果

经观测止水帷幕没有明显出水点，经检测2层土位置水泥土的渗透系数K=3.6×10^-6cm/s，3层土位置水泥土的渗透系数K=9.2×10^-6cm/s，4层土位置水泥土的渗透系数K=1.6×10^-6cm/s，完全达到止水帷幕的性能要求。

4．置换土排出量

12%~16%，消除了双轴搅拌桩、三轴搅拌桩置换土量大的缺陷。

5．劳动力配置

每台五轴搅拌机配置机手1人，制浆和注浆系统1人，测点定位人员1人，指挥人员1人。

6．变形监测结果

冠梁处最大水平位移25mm，深层水平位移最大点位于开挖面处，有38mm。

四．适用范围及应用前景：

某项目施工中基坑周边止水帷幕采用新型五轴搅拌桩技术施工，在施工过程中每台班由4名技工和普工进行操作，平均每天成桩约15幅，施工效率高。本项目土方开挖完毕，经检查发现围护桩桩体表面较为干燥，基坑无渗漏现象，且施工安全有保障，在施工过程中未发现任何安全事故，应用效果较好。本技术适用于高层建筑工程的基坑周边止水帷幕施工，在多层、超高层及地质复杂的人工深基坑工程中也被广泛的使用。

五．结语

与传统技术相比，本技术较好地解决了深基坑止水帷幕渗漏等施工安全技术难题，工艺先进，整体性、抗渗性、稳定性好、智能化、绿色环保，减少了工料机的投入和工人工作量，缩短了工期，降低了工程造价，降低安全事故发生的概率，大大地减少了安全事故的发生，从而提高安全水平，达到了预期的研究效果，为今后止水帷幕施工特别是类似软土地区深基坑围护施工提供重要的依据。整个成桩过程数字化，可存储，可广泛应用到地下空间开发的止水帷幕施工技术中。