一种止水帷幕施工装置及其施工方法与流程

本发明涉及止水帷幕施工领域，特别是一种施工装置及其施工方法。

背景技术：

目前，常规的搅拌桩和旋喷桩由于其工艺简单，造价较低等特点，被广泛应用于软土地区地基处理、止水帷幕等工程领域。但因其工艺特点的局限性，在成桩直径、桩身搭接、桩体垂直度、成桩效果方面存在一定的不足和缺陷，严重限制其应用范围，尤其在北方土质较硬区域或者在桩体直径大、长度较长、垂直度要求高的情况下均难以实施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种止水帷幕施工装置及其施工方法，要解决传统工艺设备有局限性的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种止水帷幕施工装置，包括钻机、动力头、钻杆和钻头，所述钻杆上均匀间隔设有叶片，所述钻杆有三根，分别是第一钻杆、第二钻杆和第三钻杆，三根钻杆平行间隔设置，每根钻杆芯部设有浆液胶管和通气胶管，钻杆、浆液胶管和通气胶管三者共轴，浆液胶管和通气胶管沿钻杆长轴方向通长设置，钻杆的上部设有与浆液胶管连通的进液口和与通气胶管连通的进气口，钻头上设有与浆液胶管连通的喷液孔和与通气胶管连通的喷气孔。

所述喷液孔和喷气孔为同心圆，所述喷液孔孔径为2mm～3mm，所述喷气孔孔径为6mm～8mm。

第一钻杆、第二钻杆和第三钻杆呈水平一字形设置，其中第一钻杆和第三钻杆的钻头位于同一平面、且高于第二钻杆的钻头平面0.8m～1.2m。

第二钻杆的叶片设置间距为第一钻杆和第三钻杆叶片设置间距的2倍；第一钻杆、第二钻杆和第三钻杆的叶片边缘与钻杆杆体之间应留有15cm～30cm空隙。

所述第一钻杆、第二钻杆和第三钻杆之间平行间隔设置有稳固架；所述稳固架包括三个环形卡箍和设置在环形卡箍之间的连板。

所述第一钻杆、第二钻杆和第三钻杆的下端外围设置有支承架。

一种应用所述的止水帷幕施工装置的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，进行施工前准备。

步骤二，进行桩位放线。

步骤三，开挖导向沟槽。

步骤四，钻机就位。

步骤五，制备水泥浆。

步骤六，喷搅成桩。

步骤七，提升钻杆。

步骤八，清理钻杆。

步骤九，重复步骤四至步骤八，将钻机移位至下一幅桩位，继续施工。

所述步骤六中，喷搅成桩时，三根钻杆向下钻进同时开动高压注浆泵和空压机，边旋喷边搅拌，钻进至设计标高，钻杆钻至设计深度后，原地喷射搅拌时间不少于60s。

所述步骤七中，在提升的同时进行旋喷和搅拌，至设计标高时停止泵送水泥浆和搅拌。

根据设计所需达到桩径，先使用喷气孔喷气结合喷液孔出水进行预旋喷搅拌，再用喷气孔喷气结合喷液孔喷浆进行二次旋喷搅拌。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明利用长螺旋钻机作为施工装置，施工时三根螺旋钻杆同时向下钻进，钻杆内部设置浆液胶管和通气胶管，钻杆上设置叶片，施工时钻杆向不同方向旋转搅拌，同时钻头部位进行高压旋喷，喷射气体或流体切割土体，使土颗粒与浆液搅拌均匀，形成连续的止水帷幕。该施工工艺解决了常规搅拌桩、旋喷桩在硬土层地区搅不动、喷不动的难题，地层应用广泛，可普遍应用于填土、粘性土、粉土、砂土和块石最大粒径不大于10cm的砂卵石、碎石地层；其成桩直径范围大、基本不受钻杆定尺限制，而且成桩质量好、功效高，由于喷搅均匀，返浆量少，还能节约水泥材料、降低成本；采用桩间套接一孔施工工艺，三轴喷搅桩套接形成连续的止水帷幕，在桩身较长的情况能够保证桩体搭接质量，在止水帷幕工程中施工优势尤其明显。

本发明施工装置的稳固架保证钻杆总成的径向定位、导向，同时增加钻杆的刚度；支撑架起到桩位导向作用，减少螺旋钻杆施工时的晃动，保持机体的稳定性；利用胶管进行气液输送，能够保证高压输送浆液和气体的密闭性，安装方便、且安全可靠；钻头部分喷气孔与喷液孔同心，使得高压喷出液体被气体包围，即产生“气包浆或者气包水”的效果，从而大大提高浆液与土颗粒的拌合均匀度。根据设计所需达到桩径，可选择使用“气包水”预切割、疏松、搅拌，再用“气包浆”再切割、疏松、搅拌，从而达到桩径更大、水泥浆与土壤颗粒搅拌更为均匀，止水效果更好的喷搅桩，置换的泥浆可通过钻杆周边空隙在气托作用下自然泛浆到地面。

本发明可广泛应用于止水帷幕施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是图1中a部分的放大结构示意图。

图3是本发明装置下部的结构示意图。

图4是本发明跳桩施工效果的结构示意图。

图5是本发明单侧挤压法顺序施工效果的结构示意图。

附图标记：1－第一钻杆、2－第二钻杆、3－第三钻杆、4－进液口、5－喷液孔、6－进气口、7－喷气孔、8－叶片、9－钻头、10－稳固架、11-支承架。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种止水帷幕施工装置，包括钻机、动力头、钻杆和钻头9，所述钻杆上均匀间隔设有叶片8，所述钻杆有三根，分别是第一钻杆1、第二钻杆2和第三钻杆3，三根钻杆平行间隔设置，每根钻杆芯部设有浆液胶管和通气胶管，钻杆、浆液胶管和通气胶管三者共轴，浆液胶管和通气胶管沿钻杆长轴方向通长设置，钻杆的上部设有与浆液胶管连通的进液口4和与通气胶管连通的进气口6，钻头9上设有与浆液胶管连通的喷液孔5和与通气胶管连通的喷气孔7，所述浆液胶管和通气胶管均为橡胶管，提供了高压输送的条件。

参见图2所示，所述喷液孔5和喷气孔7为同心圆，所述喷液孔5孔径为2mm～3mm，所述喷气孔7孔径为6mm～8mm。

参见图3所示，第一钻杆1、第二钻杆2和第三钻杆3呈水平一字形设置，其中第一钻杆1和第三钻杆3的钻头位于同一平面、且高于第二钻杆2的钻头平面0.8m～1.2m；第二钻杆的叶片设置间距为第一钻杆和第三钻杆叶片设置间距的2倍；第一钻杆1、第二钻杆2和第三钻杆3的叶片边缘与钻杆杆体之间应留有15cm～30cm空隙；所述第一钻杆1、第二钻杆2和第三钻杆3之间平行间隔设置有稳固架10；所述稳固架10包括三个环形卡箍和设置在环形卡箍之间的连板；所述第一钻杆1、第二钻杆2和第三钻杆3的下端外围设置有支承架11，所述支承架包括开合式架体和导向板。

本发明的施工方法具体步骤如下：

步骤一，进行施工准备：

（1）清理平整施工场地，达到“三通一平”标准，并对施工区域地下障碍物进行探测清理。按照施工平面图合理利用各施工功能区，准备好所用的机械设备和原材料。按照规范要求对水泥原材进行送检。

（2）编制专项施工方案，合理安排钻机的进出路线和钻孔顺序，在施工前进行技术和安全交底。

步骤二，进行桩位放线：

（1）在施工区域外设置平面控制点和高程控制点，在施工区域内布置并测设施工基线和水准点。

（2）根据设计图纸的要求，用全站仪进行放线、定桩位，在地面做好标记，由技术负责人组织质检员、施工员、班组长共同对桩位进行检查，确认无误后方可与监理或甲方办理预检签字手续。

步骤三，开挖导向沟槽：

根据施工区域，采用小型挖掘机开挖导向沟槽，并清除地下障碍物，开挖沟槽土体应及时处理，以保证桩机正常施工。

步骤四，钻机就位：

（1）、桩位放线后，钻机应立即就位。确保钻杆的连接牢固，钻机支撑平稳，钻机钻头中心点保证和桩位点垂直。钻机启动前应将钻杆、钻头内清理干净。

（2）钻机就位时必须保持机身平稳，不发生倾斜和位移。为准确控制钻孔深度，应在机架上做出控制的标尺，以便在施工中进行观测和记录。采用经纬仪进行观测以确保钻机的垂直度；三轴喷搅桩桩位定位偏差应小于20mm。桩身垂直度偏差不应超过0.5%。

步骤五，制备水泥浆：

在施工现场布设水泥浆搅拌系统，系统安装有自动计量装置，附近安置水泥罐，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。按照设计要求，选用相应标号的水泥，按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，在搅浆桶内搅拌均匀，经60目筛过滤，放入储浆池中。储浆池中的水泥浆要进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀。高压注浆泵用细目纱网罩住，防止储浆池中有粗颗粒物吸入注浆泵堵塞钻头处的喷嘴。水泥浆配制好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻帷幕桩施工间隔不得超过24小时（初凝时间）。

步骤六，工艺性试桩：

开工前进行试桩，以掌握该施工场所的三轴搅喷桩技术参数，如浆液配合比、提升速度、喷搅遍数等，试验结果经工程师批准后作为施工依据，并及时向施工人员进行技术交底。

步骤七，喷搅成桩：

三轴钻杆向下钻进同时开动高压注浆泵和空压机，边旋喷边搅拌，钻进至设计标高，钻具钻至设计深度后，原地喷射搅拌时间不少于60s，按试验提升速度提升钻具，在提升的同时进行旋喷和搅拌，至设计标高时停止泵送水泥浆和搅拌。要保证设备运转正常，输浆管路畅通，供浆正常。

首先使用“气包水”预切割、疏松、搅拌，再用“气包浆”再切割、疏松、搅拌，置换的泥浆可通过钻杆周边空隙在气托作用下自然泛浆到地面。根据试桩及地层情况确定喷搅遍数，至设计标高时停止泵送水泥浆和搅拌。

步骤八，清理钻杆移位：

钻杆提出后，将钻杆上浮土清理干净，检查钻头喷嘴，确保畅通，移位至下一幅桩位。可根据具体地层条件，选择跳打施工。

采用桩间套接一孔施工工艺，可采用跳桩施工（参见图4所示），也可采用单侧挤压法顺序施工（参见图5所示）。