高频挤密成槽桥式地连墙施工方法及其专用设备的制造方法
【专利摘要】一种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法：测量放设导向工字钢位置及地下连续墙边界；向指定位置插入导向工字钢；成槽设备就位，活瓣桩靴组对准槽位点；开启设备，挤土成槽，对墙侧土体进行振密加固；活瓣桩靴在槽底标高位置，启动混凝土泵，向料管及设备内压力灌入混凝土，待混凝土泵压力达到预定压力后提升设备，提升至墙顶设计标高时停止压力灌注混凝土；设备在混凝土地下连续墙内部反插工字钢，拔出导向工字钢；完成槽段成孔灌注、反插工字钢施工；进行墙顶部钢筋混凝土纵横向连梁施工，把各槽段连成整体，完成施工。本发明缩短施工周期，节约原材料，降低施工成本，免除泥浆制备、处置及外运环境污染，保护环境，解决槽壁坍塌、孔底沉渣问题。
【专利说明】
高频挤密成槽桥式地连墙施工方法及其专用设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种施工方法及施工专用设备，具体地说是一种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法及其专用设备。
【背景技术】
[0002]地下连续墙在基坑工程中已有广泛的应用，尤其在深大基坑和环境条件要求严格及支护结构与主体结构相结合的基坑工程。地下连续墙基坑支护工程设计和施工应考虑地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、环境情况和对邻近建筑物的影响等因素进行综合分析，以节约资源、保护环境、满足自身结构强度、变形和稳定性为最终目标。
[0003]目前，常用的成槽机械设备按其工作机理主要分为抓斗式、冲击式和回转式三大类;对应的成槽工法也主要包括抓斗式成槽工法、冲击式钻进成槽工法和回转式钻进成槽工法。护壁方式采用泥浆护壁，成槽前需先做导墙，成槽速度慢，周期长，施工效率低。传统的地下连续墙采用钢筋混凝土形式，钢筋笼安放和混凝土灌注需大型机械设备配合，混凝土灌注方式为水下灌注，需清除孔底沉渣。传统的地下连续墙多为单墙，厚度较大。混凝土和钢筋等材料消耗大。基坑支护结构形式多为地连墙加内支撑，悬臂支护方式较少。加内支撑情况时内支撑对坑内下一步施工有一定影响，悬臂情况时抗倾覆和抗滑移整体稳定性较差。软土地区基坑支护体系采用排粧、双排粧或重力式水泥土墙时，单排粧和双排粧粧径大，耗费原材料大，采用泥浆护壁，存在泥浆制备、处置及外运问题，锚杆(索)施工困难，抗拉力不足。重力式水泥土墙墙体宽大，耗费水泥等原材料大，施工速度慢，墙体自身抗剪、抗弯强度差，施工翻出水泥浆较多，需要快速处理。
【发明内容】
[0004]本发明是针对【背景技术】中提及的技术缺陷，一是提供一种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法，二是提供这种施工方法的专用设备。
[0005]本发明所采用的技术方案是:一种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法，按照以下步骤进行:
①、依据设计方案，平整场地，准备机械、工字钢等材料；
②、测量放设导向工字钢位置及地下连续墙边界；
③、根据实际工况，向指定位置插入导向工字钢；
④、成槽设备就位，设备下部活瓣粧靴组对准槽位点，此时设备端部的活瓣粧靴为关闭状态；
⑤、开启设备，挤土成槽，设备的下部分沉入槽底设计标高，对墙侧土体进行振密加固；
⑥、第⑤步完成时，设备下部的活瓣粧靴在槽底标高位置，启动连接于专用设备的混凝土栗，向料管及设备内压力灌入混凝土，活瓣粧靴靠混凝土重力自动打开，待混凝土栗压力达到预定压力后提升设备，提升至墙顶设计标高时停止压力灌注混凝土；
⑦、设备在混凝土地下连续墙内部反插工字钢，同时拔出导向工字钢； ⑧、重复步骤③-⑦，完成槽段成孔灌注、反插工字钢施工；
⑨、进行墙顶部钢筋混凝土纵横向连梁施工，把各槽段连成整体，完成高频挤密成槽桥式地连墙施工。
[0006]高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，所述的专用设备为高频挤密压灌粧的专用设备，包括机械臂、高频振动器、法兰盘、振动锤杆和挤土锤头，其中:
所述高频振动器安装在机械臂的下端，高频振动器的底部与法兰盘固定连接，法兰盘底部与振动锤杆连接，挤土锤头连接在振动锤杆的下部；
所述振动锤杆包括振动锤杆上部和振动锤杆下部两个部分，两部分杆体通过螺纹连接在一起。
[0007]所述的振动锤杆为钢制套管组成的空腔结构，其本体内部设置有混凝土灌注孔，锤杆内部的空腔结构部分构成混凝土灌注通道。
[0008]所述振动锤杆上部的一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构；振动锤杆上部和振动锤杆下部通过螺纹结构连接在一起。
[0009]所述振动锤杆下部的另一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述挤土锤头的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部与挤土锤头通过螺纹结构连接在一起。
[0010]所述挤土锤头为钢制的中空腔体结构，其自由端为中央带圆锥形活瓣粧靴粧靴的长方形结构。
[0011]所述长方形挤土锤头，其内部的中空结构构成阶梯状的混凝土灌注通道。
[0012]所述高频振动器的参数范围是:偏心力矩40-85NM，振频2800RPM，激振力36-75T0N，主机重量1500-3500KG，液压系统操作压力280-300BAR，液压系统流量需求155-255LPM，适合挖掘机重量18-65Y0N，最长打粧长度9-18M。
[0013]本发明所公开的这种施工方法可快速成槽形成矩形槽段，对墙侧土体进行振密加固，提高墙侧土体抗剪强度指标，有效提高被动土压力力;应用于基坑支护工程中，采用悬臂支护，可替代传统地下连续墙、双排粧和重力式水泥土墙，可解决锚拉式基坑支护体系在软土地区锚杆(索)成孔施工和抗拉力不足等困难。
[0014]本发明可缩短施工周期50%，节约原材料30%，降低施工成本50%，免除泥浆制备、处置及外运环境污染，保护环境，可解决槽壁坍塌、孔底沉渣问题。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的工艺流程框图。
[0016]图2为本发明中专用设备外部整体结构示意图。
[0017]图3为本发明中振动锤杆上部结构示意图。
[0018]图4为本发明中挤土锤头结构示意图。
[0019]图5为图4的俯视图。
[0020]图6为挤土锤头的剖面图。
[0021]图7为本发明中振动锤杆下部结构示意图。
[0022]图8为导向工字钢插装位置示意图。
[0023]图9为双排连续墙结构示意图。
[0024]图10为本发明高频振动器的参数对照表。
[0025]图中:机械臂I，高频振动器2，法兰盘3，混凝土灌注孔4，振动锤杆上部5，混凝土灌注通道6，挤土锤头7，活瓣粧靴粧靴8，导向工字钢9，施工槽段10，反插工字钢11，相邻槽段12，一排墙13，二排墙14，连梁15。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
[0027]参见附图1-9，本发明所公开的这种施工方法和设备，适用于吹填土、软土、粉土、砂土等软弱土层及地下水位以下的基坑支护工程。
[0028]这种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法，按照以下步骤进行:
①、依据设计方案，平整场地，准备机械、工字钢等材料；
②、测量放设导向工字钢位置及地下连续墙边界；
③、根据实际工况，向指定位置插入导向工字钢；
④、成槽设备就位，设备下部活瓣粧靴组对准槽位点，此时空腔结构活瓣粧靴为关闭状态；
⑤、开启设备，挤土成槽，设备的下部分沉入槽底设计标高，对墙侧土体进行振密加固；
⑥、第⑤步完成时，设备下部的活瓣粧靴在槽底标高位置，启动连接于专用设备的混凝土栗，向料管及设备内压力灌入混凝土，活瓣粧靴靠混凝土重力自动打开，待混凝土栗压力达到预定压力后提升设备，提升至墙顶设计标高时停止压力灌注混凝土；
⑦、设备在混凝土地下连续墙内部反插工字钢，同时拔出导向工字钢；
⑧、重复步骤③-⑦，完成槽段成孔灌注、反插工字钢施工；
⑨、进行墙顶部钢筋混凝土纵横向连梁施工，把各槽段连成整体，完成高频挤密成槽桥式地连墙施工。
[0029]本施工方法采用预先高频振动插入工字钢，用工字钢做地下连续墙施工的导向和定位，高频挤密成槽方法是依靠上部高频振动器的振动力，将钢质套管及焊接成一体的下部空腔结构沿导向工字钢沉入预定的设计深度，沿着导向工字钢侧面下沉，也即图8中两块导向工字钢之间，在地基中形成空的空形域，在套管腔体内均匀压力灌注混凝土，缓慢提升套管，使混凝土空腔结构活瓣粧靴开口部位涌出，靠混凝土栗送压力上顶空腔结构形成压力灌注，提至保护设计标高;利用高频振动器在混凝土地下连续墙反插工字钢，反插工字钢高出墙顶设计标高，嵌固到顶部纵向连梁，此反插工字钢与导向工字钢规格不同。相邻槽段混凝土浇筑和反插工字钢施工完毕，拔出两相邻槽段之间导向工字钢;如此反复，完成地下连续墙地下部分施工。墙顶部连梁采用传统钢筋混凝土方式纵横向布置，把各槽段连成整体，形成桥式地连墙，最终完成高频挤密成槽桥式地连墙施工。
[0030]本施工方法的施工特点在于:
①、在高频振动挤土成槽之前，先插入导向工字钢，利用导向工字钢固定成槽设备位置，防止其偏离地下连续墙轴线；
②、在饱和软土地区，本工法成槽形式采用高频振动挤土成槽，对槽壁土体有一定振动挤密作用，能使被动区被动土压力增大；
③、混凝土灌注采用槽底压力灌注，有效避免了槽壁坍塌危害； ④、墙内高频振动反插工字钢，增加了墙体抗弯性能；
⑤、本工法采用双排地下连续墙，其结构受力及工作机理类似双排粧和重力式水泥土墙，墙顶设置纵横向连梁，增加了地下连续墙的整体性。
[0031]成槽设备为高频挤密成槽设备，即高频挤密压灌粧的专用设备，包括机械臂I，高频振动器2，法兰盘3，混凝土灌注孔4，振动锤杆上部5，混凝土灌注通道6，挤土锤头7，活瓣粧靴粧靴8，导向工字钢9，施工槽段10，反插工字钢11，相邻槽段12，一排墙13，二排墙14，连梁15。高频振动器安装在机械臂的下端，高频振动器的底部与法兰盘固定连接，法兰盘底部与振动锤杆连接，挤土锤头连接在振动锤杆的下部。振动锤杆包括振动锤杆上部和振动锤杆下部两个部分，两部分杆体通过螺纹连接在一起。振动锤杆为钢制套管组成的空腔结构，其本体上设置有混凝土灌注孔，锤杆内部的空腔结构部分构成混凝土灌注通道。
[0032]振动锤杆上部的一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构;振动锤杆上部和振动锤杆下部通过螺纹结构连接在一起。
[0033]振动锤杆下部的另一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述挤土锤头的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部与挤土锤头通过螺纹结构连接在一起。
[0034]挤土锤头为钢制的中空腔体结构，其自由端为中央带圆锥形活瓣粧靴粧靴的长方形结构。
[0035]长方形挤土锤头，其内部的中空结构构成阶梯状的混凝土灌注通道。
[0036]高频振动器的参数范围是:偏心力矩40-85匪，振频2800RPM，激振力36-75T0N，主机重量1500-3500KG，液压系统操作压力280-300BAR，液压系统流量需求155-255LPM，适合挖掘机重量18-65Y0N，最长打粧长度9-18M。根据实际施工情况，高频振动器的具体参数见附图10。
[0037]本发明所公开的施工方法的成槽方式为高频振动挤土成槽，利用导向工字钢导向，相比传统成槽工法，具有成槽速度快，无泥浆制备及处置运输污染，导向工字钢可反复利用，有良好的施工经济效益。本工法地下连续墙采用型钢混凝土形式，槽底压力灌注，避免使用大型机械且不存在考虑孔底沉渣问题，工字钢安放简单。地下连续墙采用双面墙加顶部连梁形式，支护结构工作机理类似于双排粧或重力式水泥土墙，采用悬臂或内支撑方式。混凝土和钢材用量小，不存在泥浆及翻出水泥浆，顶部设置连梁，支护结构整体性良好，由于两排墙之间有一定距离，两排墙和墙间土共同组成类似于重力式挡土墙的结构，抗倾覆和抗滑移稳定性好，不存在锚杆(索)施工和抗拉力不足困难。
[0038]所述施工方法和施工专用设备存在的优势在于:
①、采用双面墙加顶部连梁工艺，两墙面和墙间土共同组成支护体系，为悬臂或内支撑方式，不存在锚杆(索)施工和抗拉力不足困难，综合了地下连续墙、双排粧及重力式水泥土墙的结构优点；
②、采用导向工字钢做导向，导向工字钢反复使用，免去导向槽施工，降低施工成本；
③、高频振动挤土成槽，对墙侧土体有一定的振动挤密作用，有利于被动区被动土压力发挥；
④、孔底压力灌混凝土成墙，不受地下水影响，避免槽壁坍塌等危害；
⑤、墙内反插工字钢，不需钢筋笼制作、安装，降低施工成本；
⑥、墙顶设置纵横连梁，提高了双面墙的整体性；⑦、无槽底沉渣问题，可免除泥浆制备、外运及环境污染；
⑧、可节约原材料30%，缩短施工周期50%，降低施工成本50%以上。
【主权项】
1.一种高频挤密成槽桥式地连墙施工方法，其特征在于，按照以下步骤进行: ①、依据设计方案，平整场地，准备机械、工字钢等材料； ②、测量放设导向工字钢位置及地下连续墙边界； ③、根据实际工况，向指定位置插入导向工字钢； ④、成槽设备就位，设备下部活瓣粧靴组对准槽位点，此时设备端部的活瓣粧靴为关闭状态； ⑤、开启设备，挤土成槽，设备的下部分沉入槽底设计标高，对墙侧土体进行振密加固； ⑥、第⑤步完成时，设备下部的活瓣粧靴在槽底标高位置，启动连接于专用设备的混凝土栗，向料管及设备内压力灌入混凝土，活瓣粧靴靠混凝土重力自动打开，待混凝土栗压力达到预定压力后提升设备，提升至墙顶设计标高时停止压力灌注混凝土； ⑦、设备在混凝土地下连续墙内部反插工字钢，同时拔出导向工字钢； ⑧、重复步骤③-⑦，完成槽段成孔灌注、反插工字钢施工； ⑨、进行墙顶部钢筋混凝土纵横向连梁施工，把各槽段连成整体，完成高频挤密成槽桥式地连墙施工。2.—种如权利要求1所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述的专用设备为高频挤密压灌粧的专用设备，包括机械臂、高频振动器、法兰盘、振动锤杆和挤土锤头，其中: 所述高频振动器安装在机械臂的下端，高频振动器的底部与法兰盘固定连接，法兰盘底部与振动锤杆连接，挤土锤头连接在振动锤杆的下部； 所述振动锤杆包括振动锤杆上部和振动锤杆下部两个部分，两部分杆体通过螺纹连接在一起。3.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述的振动锤杆为钢制套管组成的空腔结构，其本体内部设置有混凝土灌注孔，锤杆内部的空腔结构部分构成混凝土灌注通道。4.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述振动锤杆上部的一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构;振动锤杆上部和振动锤杆下部通过螺纹结构连接在一起。5.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述振动锤杆下部的另一端为外壁带螺纹的锥形管体结构;所述挤土锤头的一端为内壁带螺纹的锥形管体结构;所述振动锤杆下部与挤土锤头通过螺纹结构连接在一起。6.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述挤土锤头为钢制的中空腔体结构，其自由端为中央带圆锥形活瓣粧靴粧靴的长方形结构。7.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述长方形挤土锤头，其内部的中空结构构成阶梯状的混凝土灌注通道。8.根据权利要求2所述的高频挤密成槽桥式地连墙施工方法的专用设备，其特征在于，所述高频振动器的参数范围是:偏心力矩40-85NM，振频2800RPM，激振力36-75T0N，主机重量1500-3500KG，液压系统操作压力280-300BAR，液压系统流量需求155-255LPM，适合挖掘机重量18-65Y0N，最长打粧长度9-18M。
【文档编号】E02D5/18GK106087974SQ201610659896
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月12日 公开号201610659896.3, CN 106087974 A, CN 106087974A, CN 201610659896, CN-A-106087974, CN106087974 A, CN106087974A, CN201610659896, CN201610659896.3
【发明人】付海, 曹永祥, 陈秀军, 于连顺
【申请人】河北海创岩土工程有限公司