专利名称：水泥土地下截水帷幕静压式成型装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于建筑业地基基础工程施工设备技术领域，用于基坑工程防渗、截 水功能的采用静压式成型装置实施水泥土地下截水帷幕，特别涉及一种水泥土地下截水帷 幕静压式成型装置。
技术背景我国幅员辽阔，各种成因的软土地层厚度较大，分布广泛，如东海、黄海、渤海的滨 海相沉积土，长江、珠江、闽江中下游的三角洲相沉积土，洞庭湖、太湖、洪湖、滇池的湖相沉 积土等。这类软土的特点是含水量大，空隙比大，抗剪强度低，压缩系数大，压缩模量小，渗 透系数低，沉降稳定时间长。随着城市高层建筑的大量兴建，势必带来了一系列基坑开挖中 的截水止渗等极其复杂的技术问题，直接威胁基坑和周围建筑物的安全，同时基坑的开挖 将会泄流大量的地下水资源，造成地下水资源严重恶化，基坑开挖与防渗截水难度日益增 大，给城市的可持续性发展带来严重的影响。目前，在基坑防渗截水方面用得最普遍的方法是水泥土搅拌桩(简称水泥土桩)。 水泥土桩的施工方法有两种，搅拌法成桩和高压喷射注浆法(亦称旋喷法)成桩。搅拌法 成桩又分为湿式(即以浆液作为固化剂的搅拌桩)和干式(以粉体作为固化剂的搅拌桩) 两种。搅拌法成桩主要原理是以水泥作为固化剂的主剂，通过搅拌机械边钻进边搅拌边往 软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌， 使喷入软土中的固化剂与软土拌和在一起，由固化剂与软土之间产生一系列理化作用，形 成抗压强度比天然土强度高的水泥固结柱状体的水泥土桩，并将柱状体逐根紧密排列构成 地下防水帷幕。高压旋喷桩是先钻孔(也有钻孔喷浆一体的机械)，然后把带有喷嘴的注 浆管植入土层预定的深度，以20 40Mpa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射 流冲击破坏土层，当速度快、能量大和脉动状的喷射流的动压力大于土层强度时，土颗粒就 从土层中剥落下来，一部分细粒土随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力 和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律的重新排列， 注入的浆液将冲下的部分土颗粒混合凝结成固结柱状体的水泥土桩，将固结柱状体紧密排 列，或将喷射方向予以固定，形成扇形墙体状，再将扇形墙体状相互咬合紧密排列，形成防 水止渗的帷幕。现有的水泥土帷幕桩存在以下不足一是成桩质量不均勻当被加固土为 多层土时，其密实度(孔隙大小)、含水量(软硬程度)、土粒组成、地下水状态(流动状态) 或桩体设计变强度时，变掺量难以控制，容易形成直径大小不勻的固结柱状体，桩与桩之间 交界处会出现孔洞、缺口，使截水或柱状体强度效果不良；现有搅拌桩因搅拌后仍存在大小 粒径不同的土块状影响，水泥分布到土粒中是不均勻的，固化剂与小颗粒土或大颗粒土的 化学物理作用时效不一现象必然存在，因此，搅拌桩的桩体强度离散性较大；二是可操作性 差高压喷射冒浆处理工艺需要经验丰富的施工人员，否则容易出现喷射成型故障；国内 施工机械目前基本都采用定量泵输送水泥浆，而搅拌机械的转速又是稳定的，为保证设计 掺入比，全靠人工凭经验掌控是不够精确的，成桩质量因人为因素的差异而变化较大；三是
3有较大局限性高压喷射注浆在土质松软、粗粒径或含有适量卵砾石的地层中施工时，喷浆 量加大，若碰到空洞、通道、暗沟等，不易及时发现，原材料浪费很大，这是很被动的；对于地 下水丰富或无填充物的空洞地段不宜使用；高压喷射对于湿陷性黄土、坚硬黏性土、含有大 量植物根茎土层、含有较多大粒径卵石(》200mm)地层不适宜；四是桩体存在先天性缺陷 高压喷射注浆后由于浆液析水作用会产生收缩，一般在固结体顶部出现一个凹穴，凹穴深 度随土层性质、浆液析出性、固结体直径和长度等因素不同而异；这种凹穴对于地基定向加 固和防水止渗是极为不利的；五是综合经济效益欠佳搅拌法成桩单位水泥用量经济，但 加固体强度、均勻性欠佳，为安全起见实际使用中必需增加桩数量；高压喷射法加固体强度 较高，柱状体成形径向比大，但单位水泥用量偏高，黏土与砂土中成型径向比差异明显，先 成孔后注浆，工艺繁琐，成桩时间相对较长，水泥用量较大、经济性还不太理想；六是环境污
染 ο
发明内容本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，采用环保型静力桩机作为 主机实施静压式成型装置的水泥土地下截水帷幕进行基坑的防渗截水。为了实现上述目的，本实用新型的截面包括矩形或椭圆形或管圆形或⑴水平双管 形等多种截面形式，其结构分为主体、导向体、搅拌器三大部分；所述主体部分由基本节与 活动节组成，截面为矩形状中空钢体；基本节与活动节内外尺寸、机械强度性能一致，长度 不同，基本节长度固定，活动节长度为3 6米等多种，基本节与活动节采用契口对接，并 用竖向连接块和水平连接块及螺钉实施连接借以调整装置主体的总长度，改变装置入土深 度；所述导向体部分由凸凹形对应两组导向体组成，在装置短边其中一面整长设有凸形导 向体，导向体包括凸凹燕尾槽式对接、圆柱式对接和多槽式对接等形式，相对应的另一面短 边整长设凹形导向体，施工时配两支同型号规格的装置为一组合，凸凹导向体相互楔合并 相互仅能作上下滑动，导向体纵向通长方向按功能分段设置，主体下部导向体内安装有高 频振动器，该长度段范围的凸形导向体有一个可供安装圆形振动器的圆柱状空腔，凹形部 分两个凸耳中各设有一个可供安装圆形振动器的圆柱状空腔，能并列安放两台振动器，该 段导向体用螺钉与主体固定，电缆通过导向体内圆形通道伸引下来接入振动器，必要时启 动振动器，振动器引起的振幅将土体对装置所产生的固结时效既静吸附状态转为动吸附 状态，有效减少装置提升阻力，同时对水泥土起到非常好的振动密实作用，使帷幕更密实， 强度明显提高；节与节的连接长度部位、安放振动器部位的导向体段均采用螺钉与主体固 接，其他部位导向体采用焊接，无论焊接和螺钉固结的导向体段均保持中线垂直和外形轮 廓一致，以便于导向体相互上下滑动自如；所述搅拌器部分包括搅拌器、进油口、出油口、注 浆口、搅拌轴、一字形叶片、螺旋叶片、通道和喷嘴，搅拌器固定在装置顶部搅拌器固定支架 上，不妨碍两个并联的装置上下滑动；通过进出油口用油管从静力桩机液压系统获取压力 油，供给搅拌器动力源；改变供油方向可使搅拌器产生正反旋转；搅拌器轴中心设有水泥 浆或干粉畅通的注浆通道，注浆通道的注浆口通过管道接入机外压浆泵或喷粉器，启动压 浆泵或喷粉器，固化剂沿着管道经由注浆口、通道、喷嘴喷射出水泥浆或水凝粉或石灰粉或 粉煤粉，与装置内事先搅拌均勻的土颗粒充分拌和，固化剂与土颗粒之间产生物理化学作 用而凝结成强度高、水稳性好、形状稳定的帷幕状固结体。[0006]本实用新型与现有技术相比，其结构简单，环保效应好，经济效益明显，帷幕成型 安全可靠，应用使用范围广泛，施工工艺简捷，施工周期短。
图1为本实用新型的结构原理示意图。图2为图IA-A截面剖视结构原理示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图做进一步说明。本实施例包括主体部分、导向体部分和搅拌器三个部分，主体结构包括基本节1， 活动节2、带振动器支座凸形导向体3、带振动器支座凹形导向体4、凸形导向体5、凹形导向 体6、竖向凸形连接块7、竖向凹形连接块8、连接螺钉9、水平连接块10、进油口 11、出油口 12、注浆口 13、搅拌器14、搅拌器固定支架15、搅拌轴16、一字形叶片17、螺旋叶片18、注浆 通道19、喷嘴20、高频振动器21和支撑板22机械零部件。本实施例主体部分由基本节1、活动节2、竖向凸形连接块7、竖向凹形连接块8、连 接螺钉9、水平连接块10和支撑板21组成；基本节1和活动节2的截面长边彡300mm,短 边为》IOOmm多种截面，截面形状为矩形或椭圆形或管圆形或⑴水平双管形，以长方形截 面为常用，内空，上下、内外尺寸一致，顶端和底端均不封口直通，两长边表面平直，两短边 外缘面设有特定形状的导向体，基本节1和活动节2顶部分别设有供安装搅拌器固定支架 的螺孔，该螺孔与水平连接螺距一致，一孔两用，便于接长或安装搅拌器；基本节1长度是 固定的，以符合运输规范，活动节2为3 6米多种规格；活动节2的基本功能是采用契口 连接方式与基本节1任意接长以适应不同工程基坑深度需求，契口连接处用竖向凸形连接 块7、竖向凹形连接块8及水平连接块10予以加强连接部位的刚度和强度；具体做法是在 契口连接部位上下一定距离范围内，主体边框短边面制成数个凸凹形槽口，而竖向凸形连 接块7、竖向凹形连接块8与主体边框短边面相对应部位也制成同样个数、尺寸的凹凸形槽 口，竖向连接块凹凸形槽口与主体边框短边面凸凹形槽口相嵌入，加以螺钉紧固，对增强装 置的抗剪切强度是很有益处的；凸凹形连接块7、8与相应的凸凹形导向体5、6的截面形状 尺寸一致，唯有长短及功能不同，于是竖向连接块具有连接及导向两大功能；为抵抗入土时 的巨大弯矩，在契口连接处主体边框截面的长边设置水平连接块10，用螺钉9与主体连接 以加强连接部位的强度和刚度；为了使装置主体在巨大夹持力及压拔力等复杂受力状况下 不易变形，除了增加静力桩机夹持钳口与装置主体触压面积外，主体内框截面长边长度> 0. 70m的装置内设双轴搅拌器14和钢支撑板22，截面长边长度才0. 70m的不设支撑板22 仅设置单轴搅拌器，支撑板22设置间距与静力桩机压桩缸一个行程正好吻合，保证每次夹 持钳口正好位于支撑板22处，以增强装置的抗变形能力，从而提高桩机的压拔功效。本实施例的导向体部分由带振动器支座凸形导向体3、带振动器支座凹形导向体 4、凸形导向体5、凹形导向体6、凸形连接块7、凹形连接块8、连接螺钉9和高频振动器20 等机械零部件组成；凸形导向体5、凹形导向体6的截面制成燕尾状、圆柱状或多键槽状对 接导向方式，凸形导向体5底端从凹形导向体6顶端插入燕尾槽口内并沿燕尾槽上下滑动， 同样，凹形导向体底端槽口套入凸形导向体的顶端并同样能沿燕尾槽上下滑动，由于导向
5体的特定形状约束，凸凹导向体配合时只能做上下滑动而不能向其他方向位移；两凸凹形 导向体分别与装置截面长边水平轴线垂直的两边框短边面整长分面固定，中心重合，带振 动器支座凸形导向体3、带振动器支座凹形导向体4以及凸形连接块7、凹形连接块8的截 面形状同凸凹导向体5、6，分别与装置主体上下相对应的导向体对齐形成对应的与主体通 长的分别置于主体截面短边的两个导向体，并用连接螺钉9连接以方便安装和检修，既有 导向体功能又起连接或安装振动器作用；配合使用时，两只带特定形状的成型装置只能是 导向体相套合相互做上下滑动，这就注定被搅拌好的水泥土混合物只能在组合装置内形成 固定形状，当其中一个装置提升后在未提升的装置结合部导向体一边充盈了与提升导向体 形状吻合的未凝固水泥土混合物，将留下的装置随后提升，从装置内流出的水泥土与原已 充盈在导向体旁边而尚未凝固的水泥土相混合，于是两装置之间的结合面就变成预定凸凹 槽口状的混合结合，两个单元帷幕段就连接成一个有利于抗渗的凹槽形整体帷幕，使水不 可能从结合部渗漏；振动器为圆柱形高频振动器，带振动器支座凸形导向体3设有供安装 一台振动器20的圆柱状空腔，带振动器支座凹形导向体4的两耳中心各设有供安装一台振 动器20的圆柱状空腔，并列安装两台振动器，带振动器支座导向体3、4均用螺钉与主体固 定，电缆通过导向体内圆形通道伸引下来接入振动器，启动振动器20引起的振幅将土体对 装置所产生的固结时效既静吸附状态转为动吸附状态，可有效减少装置提升阻力，同时对 水泥土起到振动密实作用，使墙体更密实，强度明显提高。本实施例的搅拌器由进油口 11、出油口 12、注浆口 13、搅拌器14、搅拌器固定支架 15、搅拌轴16、一字形叶片17、注浆通道18、螺旋叶片19和喷嘴20等机械零部件组成；搅拌 器14用连接螺钉9通过搅拌器固定支架15固定在主体顶部但并不妨碍两装置并列时相互 上下滑动，可根据需要随时拆换；主体内框截面长边轴线边长> 0. 6m的安放双轴搅拌器， 截面长边轴线边长氺0.6m装置安放单轴搅拌器，搅拌器14设有进油口 11和出油口 12，通 过进出油口 11、12用油管与静力桩机液压系统连接，改变进出油方向，可使搅拌器14正反 旋转；搅拌轴16下部一小段距离设有螺旋叶片17，该螺旋叶片顺时针转动时带有钻进及向 上输送功能，主要是辅助装置的压入及将进入装置内的土体迅速往上部输送，反时针旋转 时则具有向下输送功能，促使混合物从器内迅即流出；搅拌轴16中上部设有多道强度很高 的一字形叶片17，将进入装置内的土块打碎并强制性搅拌使不同性质岩土拌合均勻；根据 岩土的性质，预先设计搅拌时间、喷射量，待装置内腔岩土被搅拌或打碎成大小均勻的颗粒 后，搅拌轴16开始反时针旋转，注浆口 13用管道与机外喷浆机和喷粉机连接，启动喷浆或 喷粉机，浆液或粉体从注浆口 13经过注浆通道18而后从端部的喷嘴20喷射出来，喷嘴20 喷射浆液或干粉时桩机夹持装置同时缓慢提升直至脱离另一装置导向体，这时搅拌器14 停止转动注浆也终止喷射，水泥土地下帷幕段成形。本实施例对水泥土地下截水帷幕静压成型的步骤是先将桩机就位，调平对准地面 已施放妥的帷幕轴线和单元帏幕基准点，并以此为起点，桩机沿轴线射线方向行进，不能倒 退；选择两只同型号规格的成型装置组合施工。
权利要求一种水泥土地下截水帷幕静压式成型装置，其特征在于截面为矩形或椭圆形或管圆形或∞水平双管形，包括主体、导向体、搅拌器三大部分；主体部分由基本节与活动节组成；基本节与活动节内外尺寸相同，长度不同，采用契口对接，基本节长度固定，活动节长度为3～6米，用竖向连接块和水平连接块及螺钉连接；导向体部分由凸凹形对应两组导向体组成，在装置短边其中一面整长设有凸形导向体，采用燕尾槽式、圆柱式或多槽式对接，另一面短边整长设凹形导向体；两支同型号规格的装置为一组合，凸凹导向体相互楔合并相互仅能作上下滑动，导向体纵向通长方向按功能分段设置，主体下部导向体内安装有高频振动器，该长度段范围的凸形导向体设有一个可供安装圆形振动器的圆柱状空腔，凹形部分两个凸耳中各设有一个可供安装圆形振动器的圆柱状空腔，并列安放两台振动器，该段导向体用螺钉与主体固定，电缆通过导向体内圆形通道伸引下来接入振动器，节与节的连接长度部位、安放振动器部位的导向体段均采用螺钉与主体固接，其他部位导向体采用焊接，焊接和螺钉固结的导向体段均保持中线垂直和外形轮廓一致；搅拌器部分包括搅拌器、进油口、出油口、注浆口、搅拌轴、一字形叶片、螺旋叶片、通道和喷嘴，搅拌器固定在装置顶部搅拌器固定支架上，不妨碍两个并联的装置上下滑动；搅拌器轴中心设有水泥浆或干粉畅通的注浆通道，注浆通道的注浆口通过管道接入机外压浆泵或喷粉器，固化剂沿着管道经由注浆口、通道、喷嘴喷射出水泥浆或水凝粉或石灰粉或粉煤粉。
专利摘要本实用新型属于建筑施工方法及施工设备技术领域，用于防渗、截水功能的静压式成型装置实施水泥土地下截水帷幕，涉及一种水泥土地下截水帷幕静压式成型装置及其方法，用全液压静力压桩机作为主机，夹持截面为矩形的、底端和顶端均为空畅的、由两个相互关联又各自独立的、其截面两短边外缘分别固定有特定形状导向体的成型装置，用静力桩机将装置分别依次压入和提升，在压入过程中土体逐步进入装置体内，安装在装置内的搅拌器对进入的土体进行搅拌，边提升装置边反时针旋转搅拌器边喷射水泥浆，形成强度比天然土高、水稳性好、具有预定形状的连续性帷幕状固结体，其环保效应好，经济效益明显，安全可靠，应用范围广，工艺简捷，工期短。
文档编号E02D5/18GK201635076SQ20092028122
公开日2010年11月17日 申请日期2009年11月14日 优先权日2009年11月14日
发明者寇海磊, 张明义, 曲丽香, 欧阳甘霖, 殷作鹏 申请人:青岛理工大学;青岛静力工程有限公司