专利名称：能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明公开一种施工方法，具体地说，是一种能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法及其装置，属于建筑施工技术领域。
背景技术：
高压旋喷技术上世纪70年代从日本引进，现在在国内已经是一种普遍的软弱地基加固和渗漏地基截渗止水的手段，国内比较通行的高喷灌浆规范有《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200-2004)。但是，常规的高压旋喷都是通过高压水泥浆或者高压水强力切割土体，水泥浆主动或被动与土体混合而形成有一定强度或有一定密度的水泥土固结体的。在这个水泥浆搅拌混合的过程中，由于水泥浆或水介质向土体中的注入，使得孔口常常有大量的返浆溢出地面，返浆中有较高含量的水泥成分同时排出到地面上，造成水泥原材料的浪费，不仅增大了旋喷桩的工程造价，而且污染了环境，再由于水泥是高耗能行业，更是增加了碳排放。特别是富水的淤泥层中，由于地层处于饱水状态，往往是向地层中灌入了多少体积的物质就会有同样体积的返浆返出地面，水泥的利用率更低，甚至有一些三重管旋喷施工队伍在淤泥中无论如何做都不成桩的情况出现。
发明内容
针对上述问题，本发明公开一种在淤泥层中进行的高压旋喷桩施工的方法，该方法可以大幅节约水泥原材料的消耗，同时也降低施工工程中的电能消耗；或者在同等水泥用量的情况下旋喷桩桩体抗压强度大幅提高。为解决上述技术问题，本发明的前一技术方案是这样的:该能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工 方法，包括下述步骤，(I)在待成桩部位成孔后，向孔内下入喷头；(2)启动高压清水泵和泥浆泵，使喷头同时向淤泥中喷射出清水射流和水泥浆射流，其中的清水射流位于水泥浆射流上方，清水射流与水泥浆射流的喷射方向相反并能形成一个流体涡流圈，水泥浆在脱离该流体涡流圈的影响范围后沉淀于涡流圈下；(3)启动高喷台车带动喷头边旋转边向上提升，高压水射流在上不断喷射切割淤泥土体，水泥浆液在下不断充填沉淀在涡流圈下堆积形成高强旋喷桩。进一步的，上述的能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法，其特征在于，步骤
(2)中所述的清水射流的喷射压力为20 40MPa ;水泥浆射流的喷射压力为3 lOMPa。为实现上述方法，本发明的提供的装置是这样的:能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法的装置，包括喷头，所述的喷头上部侧壁设有连接清水泵的清水喷嘴，清水喷嘴的直径为f 2.5mm ;所述的喷头下部侧壁设有连接水泥浆泵的水泥浆喷嘴，水泥浆喷嘴的直径为3.5^8mm ;所述的清水喷嘴和水泥浆喷嘴的安装方向相反，清水喷嘴与水泥浆喷嘴的垂直距离为0.5 1.5倍旋喷桩桩径。上述的装置，所述的喷头上设有一个清水喷嘴和一个水泥浆喷嘴，清水喷嘴的喷射轴线与水泥浆喷嘴的喷射轴线位于同一平面内。
上述的装置，所述的喷头上设有两个清水喷嘴和一个水泥浆喷嘴，两个清水喷嘴的喷射轴线垂直于喷头侧壁的同一平面内，两个清水喷嘴的喷射轴线之间夹角小于60度，水泥浆喷嘴的喷射方向与两个清水喷嘴夹角的角平分线位于同一平面内。与现有技术相比，本发明具有在淤泥层中大幅节省水泥原材料的优点。为了增加可比性，不管是采用本发明施工的旋喷桩还是双重管或三重管旋喷桩都按照I米(为方便计算采用10分米)桩径，旋喷桩固结体比重值按1.8t/m3 (为方便计算采用千克每立方分米)，水泥浆比重1.5千克/立方分米，水泥浆单位时间注入量60L/Min，桩体设计含15%水泥掺入比来进行对比。I)采用本发明工法施工旋喷桩的水泥用量本发明采用的水浆二重管喷头在喷射灌浆时，高压水在上边向左喷射，水泥浆在下边向右喷射，上面的高压水射流与下面的水泥浆射流之间的距离是设计桩径的长度。喷头所处的环境左右两边是原状淤泥，下边为尚未固结的旋喷桩体，上边也为原状的淤泥土地层，但留有约o 130mm大小的钻孔与地面相通。根据流体运行规律，高压水射流与水泥浆射流应该以一个近似圆作圆周运 动，运动圆圆心与喷杆上水嘴与浆嘴中点重合，其半径为旋喷桩的半径。由于高压水的压力远大于水泥浆的压力，故作圆周运动的流体能量来源主要有高压水射流提供，水泥浆向右喷射实际上是将水泥浆送到了圆圈的右下角，而且水泥浆的比重大于高压水切割土体后形成的泥巴浆的比重，故绝大部分水泥浆得以保存在旋喷桩的桩体内，随返浆到达地面的水泥成分很少，据对返出浆液中水泥成分的测定，95%以上的水泥留在了旋喷桩桩体中。据此计算，每米旋喷桩耗用水泥量(W，单位千克)为:ff=r23i IGb+ n=52*3.14*10*1.8*15%^-95%=223 千克 (公式 I)其中:r-设计旋喷桩半径，单位分米J1-3.141-旋喷桩长度，这里均取I米即10分米G-水泥土固结体比重，淤泥地层形成的旋喷桩比重一般为1.8千克/立方分米b-水泥掺入比，为15%n-水泥利用率，本工法中可达95%2)采用普通二重管高压旋喷桩水泥用量普通二重管高压旋喷是高压水泥浆以极高的压力从浆喷嘴喷出切割土体，压缩空气则是以环状包围水泥浆射流增加对土体的搅动，旋喷喷具边喷射边旋转边提升形成圆柱状水泥土固结体的。其切割搅拌土体的机理是水泥浆直接作用土体，由于淤泥的饱水性，不可能容纳更多的外来物质，也就是说灌入多少体积的水泥浆就有多少体积的废浆返出地面，废浆中的水泥含量与旋喷桩中的水泥含量也十分接近。计算基于淤泥是处于饱水状态，也就是说高喷时灌入孔内多少体积的液体就有多少体积的混合浆液从孔口返出。二重管旋喷桩水泥利用率可以按旋喷桩体积+ (旋喷桩体积+注入该段的水泥浆体积)进行计算:n = (r2 I) + [r2 1+(1/v) L](公式 2)其中L-水泥浆单位输入量，此处为60升/分钟V-旋喷提升速度,分米/分钟
其它字母代表的意义同上。化简计算得
权利要求
1.一种能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法，其特征在于，包括下述步骤，(I)在待成桩部位成孔后，向孔中下入喷头；(2)启动清水泵和泥浆泵，使喷头同时向淤泥中喷射出清水射流和水泥浆射流，其中的清水射流位于水泥浆射流上方，清水射流与水泥浆射流的喷射方向相反并能形成一个流体涡流圈，水泥浆在脱离该流体涡流圈的影响范围后沉淀于涡流圈下；(3)启动高喷台车带动喷头边旋转边提升，沉淀在涡流圈下的水泥浆即可堆积形成高强旋喷桩。
2.根据权利要求1所述的能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法，其特征在于，步骤(2)中所述的清水射流和水泥浆射流之间的垂直距离是旋喷桩桩径的0.5 1.5倍。
3.根据权利要求1所述的能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法，其特征在于，步骤(2)中所述的清水射流的喷嘴直径为I 2.5mm，喷射压力为20 40MPa ;水泥浆射流的喷嘴直径为3.5 8mm,喷射压力为3 lOMPa。
4.实现权利要求1所述能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法的装置，包括喷头(1)，其特征在于，所述的喷头(I)上部侧壁设有连接清水泵的清水喷嘴(2)，在喷头(I)下部侧壁设有连接水泥浆泵的水泥浆喷嘴(3)，所述的清水喷嘴(2)和水泥浆喷嘴(3)的喷射方向相反，清水喷嘴(2)与水泥浆喷嘴(3)的垂直距离为0.5 1.5倍旋喷桩桩径。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的喷头(I)上设有一个清水喷嘴(2)和一个水泥浆喷嘴(3)，清水喷嘴(2)的喷射轴线与水泥浆喷嘴(3)的喷射轴线位于同一平面内。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的喷头(I)上设有两个清水喷嘴(2)和一个水泥浆喷嘴(3)，两个清水喷嘴(2)的喷射轴线垂直于喷头侧壁的同一平面内，两个清水喷嘴(2)的喷射轴线之间夹角小于60度，水泥浆喷嘴(3)的喷射方向与两个清水喷嘴(2)夹角的角平分线位于同一平面内。
7.根据权利要求4或5或6所述的装置，其特征在于，所述清水喷嘴(2)的直径为1 2.5mm,水泥衆喷嘴(3)的直径为3.5 8mm。
全文摘要
本发明公开了一种能在淤泥层中形成高强旋喷桩的施工方法及其装置，旨在提供一种能大幅节约水泥原材料的消耗的施工方法；其技术要点包括下述步骤，1)在待成桩部位成孔后下喷头；2)启动高压清水泵及泥浆泵，使喷头同时向淤泥中喷射出清水射流和水泥浆射流，其中的清水射流位于水泥浆射流上方，喷射方向相反并能形成一个流体涡流圈；3)启动高喷台车带动喷头边旋转边提升，水泥浆即可堆积形成高强旋喷桩；该装置包括喷头，喷头上部侧壁设有连接清水泵的清水喷嘴，在喷头下部侧壁设有连接水泥浆泵的水泥浆喷嘴，清水喷嘴和水泥浆喷嘴的喷射方向相反，清水喷嘴与水泥浆喷嘴的垂直距离为0.5～1.5倍旋喷桩桩径。属于建筑施工技术领域。
文档编号E02D15/04GK103114580SQ20131005166
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月17日 优先权日2013年2月17日
发明者杨松平 申请人:广州市吉特高喷灌浆工程有限公司