一种地下连续墙施工方法与流程

本发明涉及一种地下连续墙施工，特别涉及一种适用于地下止水幕墙建造、基坑开挖围护墙建造和地基改良加固的地下连续墙施工方法。

背景技术：

近年来，高层建筑地下幕墙建造、地铁车站基坑开挖围护和江河堤坝防渗处理时，大量采用采用柱列式地下连续墙技术施工（即smw工法）。smw工法施工具有高止水性、对周围环境影响小、成墙壁厚和深度大、施工工期较短和工程造价低等特点，已经成为城市地铁车站、高层建筑地下抗震剪力墙等设施建造中首选围护施工方法。

现有技术中，在地下连续止水幕墙和水泥土围护搅拌桩施工时，一般采用长螺旋钻机、多轴螺旋搅拌钻机将地基土原位强制搅拌，注入水泥浆液后于原地土与泥浆搅拌结合后形成桩墙体，必要时插入h型钢形成型钢水泥土搅拌复合桩，从而提高地下连续墙的强度。而在软土地基加固改良施工时，采用专用搅拌处理钻机进行原地钻掘、搅拌，将一定比例的水泥浆注入软土地基中并在原位与软土充分搅拌形成水泥土，水泥硬化后使原地土体得到加固。由于受钻孔机动力头结构、电动机功率、钻杆搅拌叶片和钻头切削翼旋转直径、相邻钻杆中心距、相邻钻杆的搅拌叶布置的结构限制，造成钻孔机单次钻掘、搅拌和处理面积有限，降低施工作业效率；相邻钻杆搅拌叶搭接处原地土搅拌不均匀，钻掘搅拌处理效率和进度会影响地下连续墙的整体止水防渗性能，以及对原地土改良加固的整体均匀和强度造成影响。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有钻机存在的缺点，提供一种满足地下止水幕墙建造、基坑开挖围护墙建造和地基改良加固的施工方法，能实现钻孔机成组、或成对钻掘施工，提高钻孔机单次钻掘和搅拌处理面积，保证单次地基处理区域互相搭接，达到地下连续墙墙体搅拌均匀和强度一致，有效改善作业效率和设备利用率。

本发明通过以下技术方案来实现：

（1）施工前准备，做好周围场地清理，清除场地周围地上、地下一切杂物，保持施工周围平整，使钻孔机和桩架顺利进入施工区域；必要时，进行工艺性试验，掌握该场地的钻掘成桩的各种操作技术参数；

（2）安装多功能钻孔机，将每个动力驱动头总成安装于底座的正面位置，注意各个动力驱动头总成的动力头机架的背面导块置于底座的正面导轨内，注入润滑油脂；移动各个动力头机架，使其二排安装孔对准底座上与之对应的二排底座螺孔，用紧固螺钉固定各个动力头机架，从而完成各个动力驱动头总成在底座的安装；在各个动力驱动头总成安装调节油缸，通过液压系统操纵调节油缸的伸展和收缩，便于动力头机架侧面的二排安装孔能够对准底座上与之对应的二排底座螺孔，从而方便操作人员将各个动力驱动头总成安装就位；在底座的左右侧面下部固装配重条，以增加钻孔机自重，使钻孔机在较硬地层钻进搅拌时克服土层阻力，保持必要的钻进速度进行钻掘和搅拌，有效提高钻孔机施工效率；

（3）操纵桩架至施工区域，将桩架卷扬机构引出的钢丝绳穿过其顶部滑轮架和绕过底座的提升滑轮架，同时将底座的背面导向架置于该桩架的立柱导轨上，启动卷扬机构将底座吊起沿立柱导轨上行一定高度；完成每个动力驱动头总成的钻杆和钻具的连接，操作人员乘坐桩架吊笼沿立柱侧面导轨上行至各个动力驱动头总成处，在各个动力驱动头总成的减速箱的中空输出轴下端安装连接盘，按施工要求深度和钻孔直径（成孔或成槽直径）分别配置不同长度和搅拌叶片直径的钻杆，并固装于连接盘孔槽内，最后安装与钻杆匹配的钻具，相邻的二个钻杆上的搅拌叶片以及相邻的二个钻具上的切削翼均分别在其轴向方向互成一定角度错位布置，从而保证它们的最大旋转轨迹在其径向方向分别形成一定的搭接或重合；有利于对原地土充分搅拌，达到原地土均匀一致，提高地下止水幕墙防渗性能和改善地基改良加固质量；

（4）根据每幅地下止水幕墙建造长度、或者地基改良加固处理区域面积，选择钻孔机的动力驱动头总成的安装个数，沿钻孔机的底座的左右方向设置二个、或三个、或四个；各个动力驱动头总成下端连接的、相邻的前后及左右的二个钻杆（3）和钻具（4）之间的中心距均为l，各个动力驱动头总成下端的钻杆的搅拌叶片和钻具的切削翼的最大旋转轨迹的直径均为d，该直径d也是钻孔机的单轴钻孔直径；单轴钻孔直径d根据地下止水幕墙建造宽度、或地基改良加固处理单次处理面积选择，为φ650mm、或φ850mm、或φ1000mm；中心距l和单轴钻孔直径d之间关系为l=（0.68～0.72）×d，具体选择如下：

a）当选择单轴钻孔直径d=ф650mm时，中心距l=（0.68～0.695）×d=442～452mm，取值l=450mm；

b）当选择单轴钻孔直径d=ф850mm时，中心距l=（0.695～0.710）×d=590～603.5mm，取值l=600mm；

c）当单轴钻孔直径d=ф1000mm时，中心距l=（0.705～0.72）×d=705～720mm，取值l=710mm；

（5）在桩架的立柱导轨上安装导向护筒，该用于导向护筒用于对钻杆和钻具的导向和支撑，并用钢索连接在各个驱动动力头下方，以使钻杆和钻具随底座和驱动动力头下行钻进、搅拌时始终置于该导向护筒内，从而保证钻孔机钻掘、搅拌的稳定可靠，有效保证成孔（或成槽）的垂直精度和提高施工质量；

（6）将来自后台注气/供浆系统的注浆管路连接到各个动力驱动头的中空输出轴上端的回转注浆接头上，并用管路夹箍将注浆管路固装于底座的侧面，防止注浆时出现管路抖动、失稳；

（7）在桩架操作室内通过操纵系统启动钻孔机，按以下顺序进行：

a）下钻切削、原位搅拌和注气喷浆

开启各个动力驱动头的电动机，注意相邻的钻杆、钻具应保持旋转方向相反；操纵桩架的卷扬机构收紧钢丝绳，通过底座上端的提升滑轮架的滑轮运转使底座沿桩架的立柱导轨下行，打开后台注气/供浆系统的高压注浆泵，各个钻具上的切削翼、前端钻头和钻杆的搅拌叶片向下钻进、原位搅拌，各个钻具在下钻过程中始终保持注浆连续，注浆中间不得间断；钻孔机的钻进速度为1-1.2m/min，工作电流不得大于电动机的额定值，操作者在整个钻掘、搅拌过程中应随时观察钻孔机运行和地层变化情况，以便对钻孔机的钻进速度作适当的调整；

b）停止喷浆、原位搅拌和钻机提升

操纵钻孔机下钻到规定的设计深度时，保持各个钻具在桩底搅拌喷浆25s后关闭高压注浆泵，操纵钻孔机进行原位搅拌后，再提升各个钻杆和钻具（4）至地面，提升速度为1.4-1.5m/min；

c）重复上述下钻切削、原位搅拌和注气喷浆以及停止喷浆、原位搅拌和钻机提升

操纵钻孔机再次下沉钻进达到设计深度后和提升至地面时，将集料桶内配置的定量水泥浆全部注入原位土内，当钻孔机的各个钻杆和钻具全部提升到地面后，关闭各个动力驱动头的电动机停止操作，从而完成第一幅地下连续墙成墙建造、或完成第一幅地基改良加固处理；

d）施工数据输出和打印

钻孔机操纵系统采用智能化plc核心技术，对底座、各个驱动头总成、调节油缸，以及后台注气/供浆系统的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制；在操纵台显示钻孔机实际施工数据，以及后台注气/供浆运行情况，做好施工数据的记录、保存，打印数据表格和图形曲线，可提供用户作为整个施工过程的分析依据。该系统主要显示的工作参数包括：动力驱动头电机转速、工作温度和旋转方向，钻具转速、转向和转矩，桩架液压系统压力、流量，注入压缩气体压力，瞬时水泥浆量，总浆量，注浆泵压力，实际总浆量，总注水量，钻孔机运行速度，钻掘（搅拌）深度，成桩标高，桩架倾斜度，以及桩架拉拔力等；

（8）操纵桩架使其沿地下连续墙长度移动至第二幅施工位置、或者移动至第二幅地基改良加固区域，按步骤完成第二幅地下连续墙建造、或者第二幅地基改良加固，注意每幅地下连续墙之间、或者每幅地基改良加固区域之间保持必要的搭接，从而提高整个地下连续墙、整个地基改良加固区域强度均匀。

优选地，在步骤（4）中进行地下止水幕墙建造或地基改良加固处理时，各个动力驱动头的减速箱的中空输出轴以1-5个数量输出、且呈左右一排排列方式布置。这样，大幅度提高多功能建造止水幕墙单次长度或地基改良单次面积，减少采用单个多头钻孔机依次施工而形成多个土体搭接区域，有利于原地土搅拌均匀和强度稳定，进一步提高止水幕墙的防渗性能，大幅提高施工效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明地下连续墙的施工方法作进一步描述：

图1是本发明中钻孔机的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1中a-a向剖视图；

图5是图1中动力驱动头总成中减速箱的中空输出轴为单轴输出的仰视图；

图6是图1中动力驱动头总成中减速箱的中空输出轴为二轴输出、且左右一排排列布置的仰视图。

具体实施方式

如图1-6所示，一种钻孔机，包括底座1、多个动力驱动头总成、连接于各个动力驱动头总成2下端的具有搅拌叶片31的钻杆3、具有切削翼41和前端钻头42的钻具4、调节油缸5以及操纵系统，其中：底座1包括提升滑轮架11、背面导向架12、正面导轨13、多排底座螺孔14和配重条15；每个动力驱动头总成2均包括提升架21、具有顶驱电机和减速箱222的动力头机架22和注浆管路，动力头机架22具有背面导块221和二排安装孔223，减速箱222具有中空输出轴224；其中：

所述底座1通过背面导向架12置于外接桩架的立柱导轨上，并由该桩架卷扬机构引出的钢丝绳穿过桩架顶部滑轮架和绕过底座1的提升滑轮架11，以使底座1在该桩架的立柱导轨上进行上下移动；所述正面导轨13沿底座1的水平方向设置；所述多排底座螺孔14沿底座1的水平方向、且互为平行地设置；所述配重条15固装于底座1的左右侧面下部；所述配重条15根据不同型式的动力驱动头总成2设置。

所述多个动力驱动头总成通过各个动力驱动头总成2的动力头机架22沿底座1水平方向、且互相平行地布置；所述动力头机架22为框架结构体，所述二排安装孔223分别位于动力头机架22的左右两侧凸缘上；所述每个动力驱动头总成2分别通过动力头机架22的背面导块221置于底座1的正面导轨13内，通过螺栓穿过二排安装孔223后拧装于所述底座1上与之对应的二排底座螺孔14上。

所述中空输出轴224以垂直穿过减速箱22的箱体方式安装，其上端固装回转注浆接头后与注浆管路连接，其下端安装连接盘后固装所述钻杆3和钻具4；所述相邻的二个中空输出轴224的旋转方向相反。

所述钻杆3通过对接法兰固装于各个动力驱动头总成2的减速箱222的中空输出轴224下端，所述搅拌叶片31在钻杆3的轴向方向互成一定角度错位布置在外壁；所述相邻的二个钻杆3上的搅拌叶片31均分别在其轴向方向互成一定角度错位布置，且它们的最大旋转轨迹在其径向方向分别形成一定的搭接或重合。

所述钻具4通过销轴固装于钻杆3的下端，所述切削翼41和前端钻头42分别设置于钻具4的外壁和前端部；所述相邻的二个钻具4上的切削翼41均分别在其轴向方向互成一定角度错位布置，且它们的最大旋转轨迹在其径向方向分别形成一定的搭接或重合。

所述动力驱动头总成沿底座1水平方向设置二个、或三个、或四个；所述各个动力驱动头总成2下端相邻的左右二个钻杆3和钻具4之间的中心距均为l，所述各个动力驱动头总成2下端的钻杆3的搅拌叶片31和钻具4的切削翼41的最大旋转轨迹的直径均为d，其中，l=（0.68～0.72）×d。

所述调节油缸5固装于二个动力驱动头总成2之间，其缸筒端和活塞杆端分别通过销轴固装于二个动力头机架22侧面的接叉处。所述调节油缸5为二个，沿着底座1的垂直方向上下设置。该调节油缸可对二个动力驱动头总成之间的中心距进行调节，从而改变相邻的钻杆上的搅拌叶和钻具上的切削翼最大旋转轨迹在径向方向的搭接或重合区域，有效改善钻孔机进行搅拌性能，有利于地下墙体成墙和地基改良加固的均匀性，满足施工技术要求。

结合图1-6所示，本发明提供的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：施工前准备，做好周围场地清理，清除场地周围地上、地下一切杂物，保持施工周围平整，使多功能钻孔机和桩架顺利进入施工区域；必要时，进行工艺性试验，掌握该场地的钻掘成桩的各种操作技术参数。

步骤2：安装钻孔机，将每个动力驱动头总成2安装于底座1的正面位置，注意各个动力驱动头总成2的动力头机架22的背面导块221置于底座1的正面导轨13内，注入润滑油脂；移动各个动力头机架22，使其二排安装孔223对准底座2上与之对应的二排底座螺孔14，用紧固螺钉固定各个动力头机架22，从而完成各个动力驱动头总成2在底座1的安装；在各个动力驱动头总成2安装调节油缸5，通过液压系统操纵调节油缸5的伸展和收缩，便于动力头机架22侧面的二排安装孔223能够对准底座1上与之对应的二排底座螺孔14，从而方便操作人员将各个动力驱动头总成2安装就位；在底座1的左右侧面下部固装配重条15，以增加钻孔机自重，使钻孔机在较硬地层钻进搅拌时克服土层阻力，保持必要的钻进速度进行钻掘和搅拌，有效提高钻孔机施工效率。

步骤3：操纵桩架至施工区域，将桩架卷扬机构引出的钢丝绳穿过其顶部滑轮架和绕过底座1的提升滑轮架11，同时将底座1的背面导向架12置于该桩架的立柱导轨上，启动卷扬机构将底座1吊起沿立柱导轨上行一定高度；完成每个动力驱动头总成2）的钻杆3和钻具4）的连接，操作人员乘坐桩架吊笼沿立柱侧面导轨上行至各个动力驱动头总成2处，在各个动力驱动头总成2的减速箱222的中空输出轴224下端安装连接盘，按施工要求深度和钻孔直径（成孔或成槽直径）分别配置不同长度和搅拌叶片31直径的钻杆3，并固装于各自的连接盘孔槽内，最后安装与钻杆3匹配的钻具4，相邻的二个钻杆3上的搅拌叶片31以及相邻的二个钻具4上的切削翼41均分别在其轴向方向互成一定角度错位布置，从而保证它们的最大旋转轨迹在其径向方向分别形成一定的搭接或重合；有利于对原地土充分搅拌，达到原地土均匀一致，提高地下止水幕墙防渗性能和改善地基改良加固质量。

步骤4：根据每幅地下止水幕墙建造长度、或者地基改良加固处理区域面积，选择钻孔机的动力驱动头总成的安装个数，沿钻孔机的底座1的左右方向设置二个、或三个、或四个；各个动力驱动头总成2下端连接的、相邻的前后及左右的二个钻杆3和钻具4之间的中心距均为l，各个动力驱动头总成2下端的钻杆3的搅拌叶片31和钻具4的切削翼41的最大旋转轨迹的直径均为d，该直径d也是钻孔机的单轴钻孔直径；单轴钻孔直径d根据地下止水幕墙建造宽度、或地基改良加固处理单次处理面积选择，为φ650mm、或φ850mm、或φ1000mm；中心距l和单轴钻孔直径d之间关系为l=（0.68～0.72）×d，具体选择如下：

a）当选择单轴钻孔直径d=ф650mm时，中心距l=（0.68～0.695）×d=442～452mm，取值l=450mm；

b）当选择单轴钻孔直径d=ф850mm时，中心距l=（0.695～0.710）×d=590～603.5mm，取值l=600mm；

c）当单轴钻孔直径d=ф1000mm时，中心距l=（0.705～0.72）×d=705～720mm，取值l=710mm。

各个动力驱动头2的减速箱222的中空输出轴224以1-5个数量输出、且呈左右一排排列方式布置。这样，大幅度提高多功能建造止水幕墙单次长度或地基改良单次面积，减少采用单个多头钻孔机依次施工而形成多个土体搭接区域，有利于原地土搅拌均匀和强度稳定，进一步提高止水幕墙的防渗性能，大幅提高施工效率。

步骤5：在桩架的立柱导轨上安装导向护筒，该用于导向护筒用于对钻杆3和钻具4的导向和支撑，并用钢索连接在各个驱动动力头2下方，以使钻杆3和钻具4随底座1和驱动动力头2下行钻进、搅拌时始终置于该导向护筒内，从而保证钻孔机钻掘、搅拌的稳定可靠，有效保证成孔（或成槽）的垂直精度和提高施工质量；

步骤6：将来自后台注气/供浆系统的注浆管路连接到各个动力驱动头2的中空输出轴224上端的回转注浆接头上，并用管路夹箍将注浆管路固装于底座1的侧面，防止注浆时出现管路抖动、失稳；

步骤7：在桩架操作室内通过操纵系统启动钻孔机，按以下顺序进行：

a）下钻切削、原位搅拌和注气喷浆

开启各个动力驱动头1的电动机，注意相邻的钻杆3、钻具4应保持旋转方向相反；操纵桩架的卷扬机构收紧钢丝绳，通过底座1上端的提升滑轮架11的滑轮运转使底座1沿桩架的立柱导轨下行，打开后台注气/供浆系统的高压注浆泵，各个钻具4上的切削翼41、前端钻头42和钻杆3的搅拌叶片31向下钻进、原位搅拌，各个钻具4在下钻过程中始终保持注浆连续，注浆中间不得间断；钻孔机的钻进速度为1-1.2m/min，工作电流不得大于电动机的额定值，操作者在整个钻掘、搅拌过程中应随时观察钻孔机运行和地层变化情况，以便对钻孔机的钻进速度作适当的调整；

b）停止喷浆、原位搅拌和钻机提升

操纵钻孔机下钻到规定的设计深度时，保持各个钻具4在桩底搅拌喷浆25s后关闭高压注浆泵，操纵钻孔机进行原位搅拌后，再提升各个钻杆3和钻具4至地面，提升速度为1.4-1.5m/min；

c）重复上述下钻切削、原位搅拌和注气喷浆以及停止喷浆、原位搅拌和钻机提升

操纵钻孔机再次下沉钻进达到设计深度后和提升至地面时，将集料桶内配置的定量水泥浆全部注入原位土内，当钻孔机的各个钻杆3和钻具4全部提升到地面后，关闭各个动力驱动头2的电动机停止操作，从而完成第一幅地下连续墙成墙建造、或完成第一幅地基改良加固处理；

d）施工数据输出和打印

钻孔机操纵系统采用智能化plc核心技术，对底座1、各个驱动头总成2、调节油缸5，以及后台注气/供浆系统的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制；在操纵台显示钻孔机实际施工数据，以及后台注气/供浆运行情况，做好施工数据的记录、保存，打印数据表格和图形曲线，可提供用户作为整个施工过程的分析依据。该系统主要显示的工作参数包括：动力驱动头电机转速、工作温度和旋转方向，钻具转速、转向和转矩，桩架液压系统压力、流量，注入压缩气体压力，瞬时水泥浆量，总浆量，注浆泵压力，实际总浆量，总注水量，钻孔机运行速度，钻掘（搅拌）深度，成桩标高，桩架倾斜度，以及桩架拉拔力等。

步骤8：操纵桩架使其沿地下连续墙长度移动至第二幅施工位置、或者移动至第二幅地基改良加固区域，按步骤7完成第二幅地下连续墙建造、或者第二幅地基改良加固，注意每幅地下连续墙之间、或者每幅地基改良加固区域之间保持必要的搭接，从而提高整个地下连续墙、整个地基改良加固区域强度均匀。

本发明实现钻孔机成组钻掘、搅拌和喷浆施工，提高钻孔机单次钻掘和搅拌处理面积，保证单次地基处理的投影面积能够达到互相搭接，达到地下连续墙墙体搅拌均匀和强度一致。此外，本发明可以通过更换钻杆的搅拌叶片直径和调节动力驱动头总成的间距，以及调节油缸调节各个钻杆之间的间距，实现搅拌叶片直径和间距不同的变换方式，从而进一步地下止水幕墙建造、基坑开挖围护墙建造和地基改良加固处理的施工效率。