专利名称：长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法
技术领域：
本发明属于建筑地基基础施工中基坑支护方法(包括地铁基坑)，特别涉及长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩及其施工工艺，可形成桩墙体，用于止水(隔水或截水)帷幕及护坡桩或其母桩。本发明适应的地层范围广，尤其在北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层的应用中更显优势。
背景技术：
目前SMW (水泥土搅拌墙)工法以其节能环保质量可靠而在软土地区广泛应用，其设计与施工技术也日趋成熟，包括型钢起拔回收技术也变得成熟，基坑支护工程型钢回收率一般可达100%。三轴搅拌机设备功率大，效率高，施工深度大，质量可靠，应用也日益广泛。但在如北京地区这样的硬土地层应用还极为有限，到目前为止，在北京地区采用三轴搅拌机施工水泥土连续墙采用钢管内支撑仅有一个案例，而且未涉及到北京的砂卵石地层。水泥土搅拌桩由于其施工简便、成本低廉，而被广泛应用于基坑支护、止水帷幕及地基处理等领域，但传统搅拌桩在现有设备条件下施工较硬土层，受到极大限制，尤其搅拌砂层或砂卵石层更是无法实施。水泥土旋喷桩包括单管、双管和三管，虽然在软土地区基坑支护、止水帷幕及地基处理等领域也得到成功应用，但在施工较硬土层时，同样受到极大限制，尤其遇到砂层或砂卵石层同样无法实施。长螺旋旋喷搅拌桩技术较好的解决了硬土地区成孔成桩问题，目前已在北京、河北、山东、云南、内蒙等地得到较好应用，实践证明是一项实用可行的技术，能达到设计的桩径和设计的桩长，如果利用该技术施工连续的帷幕墙插入型钢配以内支撑或锚杆进行基坑支护是完全可以实现的。尤其在坑深或设计桩长时利用长螺旋旋喷搅拌桩就比长螺旋旋搅拌桩更容易保证桩径，也更易保证垂直度和咬合效果。但在遇到大的卵砾石、块石、漂石或遇到地下混凝土障碍时，长螺旋钻具就无能为力。例如在北京地铁7号线百子湾站帷幕施工过程中遇到直径大于1. Om的钢筋混凝土污水管横穿基坑，埋深4m，人工挖除困难，冲击钻施工会对已施围护桩造成影响，如不能施工该部位帷幕桩，则帷幕就不能封闭，达不到做帷幕的目的。这时风动潜孔锤的穿过混凝土管的能力就成为必要。
发明内容
为了克服以上技术的不足，利用现有改造了的长螺旋钻具，发明了一种长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑支护施工方法。本发明的技术方案是一种长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于利用长螺旋潜孔锤振动钻具更能适应硬地层尤其是地下坚硬物的特点，就地振动旋喷切割翻搅原状土层，边拌合边加入水泥，到设计标高后，拔出钻具，插入型钢等劲型材料，形成具有一定强度及抗渗能力的柱状桩体；依次或间隔施工制出排列的柱状桩体，形成基坑止水桩墙。
所述的柱状桩体之间相互咬合形成连续闭合桩墙，根据工程需要可形成单排咬合或多排咬合，咬合方式采用顺序咬合或隔孔咬合。所述的水泥土喷搅完成后，可插入型钢等劲型材料，以增加桩体的强度，劲型材料可以回收重复利用。桩墙形成后，采用锚杆和/或内支撑形成复合的基坑支护体系。所形成的基坑支护体系具有一定抗渗能力，可实现不降水施工，保护地下水资源。所述的长螺旋潜孔锤振动钻具为光杆振动钻具，或带不连续的螺旋叶片；其钻头为风动潜孔锤带喷风孔的钎头，在潜孔锤上方设喷浆孔；长螺旋钻机动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管同时有输气管，连接处设置单动装置。
本发明的优点是适应的地层范围广，尤其在北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层的应用中更显优势。同时由于型钢可回收重复利用，大大降低基坑支护施工的成本；另外由于锚杆或内支撑的拆除回收利用，使得基坑支护更加集约环保。应用在富水地层中，基坑开挖可不降水。该发明能在较硬土层中钻进，达到设计深度及桩径，通过桩体之间咬合，可形成闭合连续的桩墙体，从而提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性；为了增加桩墙体的刚度与强度，水泥土桩形成后插入型钢等劲型材料，从而保证止水可靠、基坑安全。
图1是本发明长螺旋振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法施工工艺流程图； 图2是本发明开挖的导向沟槽和安置定位型钢的结构示意 图3是本发明采用顺序施工打桩孔的示意 图4是本发明采用跳跃施工打桩孔的示意 图5是本发明采用的钻具的结构示意 图6是图5的A-A剖视 图7是图6的B-B剖视图。
具体实施例方式参见图1-图4，本发明一种长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，利用长螺旋潜孔锤振动钻具更能适应硬地层尤其是地下坚硬物的特点，就地振动旋喷切割翻搅原状土层，边拌合边加入水泥，到设计标高后，拔出钻具，插入型钢等劲型材料，形成具有一定强度及抗渗能力的柱状桩体；依次或间隔施工制出排列的柱状桩体，形成基坑止水桩墙。参见图5-图7，本发明采用的长螺旋潜孔锤振动钻具包括空心钻杆11、高压水泥浆管12、潜孔锤进风道13、喷浆嘴14和风动潜孔锤15，在空心钻杆11的下端同轴连接风动潜孔锤15的上端，在空心钻杆11内的轴心设有高压水泥浆管12，在高压水泥浆管12的周围设有数个潜孔锤进风道13，在高压水泥浆管12上连接有数个径向分支管，每一分支管均与设在空心钻杆11管壁上的喷浆嘴14连接。空心钻杆11为光杆或带不连续的螺旋叶片。长螺旋钻机动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管同时有输气管，连接处设置单动装置。注浆配备水泥浆注浆泵，搅浆桶震动筛及储浆桶，高压空气压缩机。本发明的钻具适用于较硬的砂卵石地层，工作时，风动潜孔锤15通过风压振动成孔，风动潜孔锤15上部的高压喷浆嘴14随着风动潜孔锤15下降成孔的过程中，向四周旋喷高压水泥浆，与孔四周的土体形成水泥土体。以下结合具体实施例进行详细介绍。施工准备
1)收集资料，搞好现场踏勘，认真编写施工组织设计；
2)对施工现场地下地上障碍物进行清理，并搞好场地的平整(三通一平)，合理布设现场设施，确保正常施工。3)原材料的准备
(1)所有使用的物料，应符合设计及国标和地标规定；
(2)水泥必须具备出厂质量证明书，进货时应对其品种、标号、包装、出厂日期等进行验收，并按有关规定贮存；每供应200吨水泥，必须取样送检。送检样品从10袋中各取少量。H型钢必须提供出厂质量证明书。(3)型钢焊接用15T履带吊配合焊接，方式采用型钢对接，焊缝达到设计规范要求，型钢焊接验收采取边焊接边验收方法。(4)按规定做好各有关原材料的采样和测试工作，确保原材料的质量。4)机械设备及辅助设备改造完的长螺旋钻具，水泥浆制作系统设备、50t履带式吊车、液压挖土机、空气压缩机等。测量放线、开挖导沟
I)首先在平整场地上测量放线定桩位及导向沟，两端用测量仪器做好定位桩及导向沟，防止桩位出现偏差时随时复核；定桩位通常是用钢钎或打孔器在地上打一深孔，灌入白石灰粉，在桩位处插上钢筋棍等明显标志。2)开挖导向沟槽、安置定位型钢(图2):根据基坑围护内边控制线，采用挖掘机或人工开挖沟槽，并清除地下障碍物，沟槽尺寸及定位型钢如下图，开挖沟槽余土及时处理，以保证钻机顺利就位。钻机定位、钻孔、移机
在开挖的工作沟槽2两侧铺设导向定位型钢1，按设计要求在导向定位型钢I上划出钻孔位置和插型钢的位置，操作人员根据确定的位置严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心(线4)就位不偏，并保证钻具的垂直度偏差在0. 5%范围之内。同时控制钻孔下钻深度的达标，利用钻杆和桩架相对位移原理，在钻管上划出钻孔深度的标尺线(参见图2，图中标记3为桩体围护的内边线)。钻机沿基坑围护轴线移动，采用施工顺序示意图的方法套钻，二种方法均有其适用情况。两种方法施工顺序示意图如下所示。方法(I)为常用的施工方法，优点是施工速度较快，顺序为I — 2 — 3 — 4 — 5，形成顺序咬合的桩体，参见图3。方法(2)需要跳打时常用的施工方法，可避免桩架侧向力偏移，顺序为
I— 3 — 5 — 2 — 4，形成顺序隔孔(一孔或多孔)咬合的桩体，参见图4。依次循环直至围护墙体成型。水泥土旋喷桩为基坑内外隔水围幕，施工时不容许出现施工冷缝，如出现超过12小时的施工冷缝，需采用搭接套钻或在后排补桩。钻进与旋喷
根据设计所标深度，钻机在振动成孔和提升全过程中，保持钻杆匀速转动，匀速下钻，匀速提升，并采取高压喷气在孔内使水泥土翻搅拌和，保证整桩拌合充分、均匀，确保振动旋喷桩的质量。I)水泥浆的配制依据不同地层、地下水位，选择不同类型水泥，确定不同的水灰t匕，最终水灰比应通过设计要求及现场试验确定，一般情况下水灰比可选1. (Tl. 5，另外可根据实际情况添加适量的外掺剂。
2)依据土层、水位情况确定提下钻速度，事先利用变频器将其调节好。边振动旋喷边下钻，达到设计深度后振动旋喷提升(含水层部位，可重复上下多次振动旋喷)直至孔口位置。全孔段上下振动旋喷多次，可使全孔水泥土体更均匀。浆液压力控制2(T30MPa，浆液流量根据钻进实际速度、地下土层特性情况进行调整。空气压力控制在1. 5^2. 5MPa。型钢插入
在钻孔的水泥土充分拌合均匀后，开始初凝硬化之前，采用DH500履带吊车将定尺的型钢吊起，插入指定位置，依靠型钢的自重下插到设计规定深度，不能达到设计深度时，开动振动锤，振动插入，然后进行换勾法，使型钢脱离吊钩，固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上直至孔内的水泥土凝固。型钢在插入水泥土桩前，表面应涂刷减摩剂。型钢为了减小下沉阻力，下端加工成“尖”形，同时在型钢外侧涂抹脱模油。用起重设备将型钢吊起，利用其自重下沉，不能达到设计深度时，开动振动锤，振动插入，在插入过程中采取可靠导正措施保证型钢的垂直度。型钢可以是H型钢，也可依据坑深及受力大小选择其他型钢，如工字钢、槽钢、角钢、圆钢等。一般情况下，型钢上端高出桩顶连梁
0.5^1. Om,并在型钢上打孔，以利起拔。内支撑或锚杆施工
依据坑深坑宽及土层情况，设计采用常规的内支撑或锚杆支护，锚杆采用现有可拆式锚杆。桩顶连梁施工
如采用钢筋混凝土连梁，钢筋绑扎应避开型钢，型钢用泡沫及油毡等包裹，便于起拔拆除。如采用预制连梁，则可在完成其功用后一并拆除回收，重复使用。内支撑或锚杆拆除
主体建筑达到一定阶段时，临时性基坑支护将失去其作用，可以对其内支撑或锚杆进行拆除，重复利用，也使基坑支护锚杆不再留在地下，更环保。型钢起拔回收，重复利用
待基坑回填完成后，可将型钢起拔回收，起拔工具可采用专用起拔机，或基坑不深时，型钢摩擦力不大，地方又较狭窄时，可用千斤顶预先起拔，待达到一定高度后，用起重设备吊起，回收，重复利用。确保集约环保。空洞回填
型钢起拔后，留下的空洞，可用水泥浆或水泥土浆液灌满，必要时上部f 2m范围用粘土封住，保证不会流入水。
权利要求
1.一种长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于利用长螺旋潜孔锤振动钻具更能适应硬地层尤其是地下坚硬物的特点，就地振动旋喷切割翻搅原状土层，边拌合边加入水泥，到设计标高后，拔出钻具，插入型钢等劲型材料，形成具有一定强度及抗渗能力的柱状桩体；依次或间隔施工制出排列的柱状桩体，形成基坑止水桩墙。
2.根据权利要求1所述的长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的柱状桩体之间相互咬合形成连续闭合桩墙，根据工程需要可形成单排咬合或多排咬合，咬合方式采用顺序咬合或隔孔咬合。
3.根据权利要求1所述的长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的水泥土喷搅完成后，可插入型钢等劲型材料，以增加桩体的强度，劲型材料可以回收重复利用。
4.根据权利要求1所述的长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于桩墙形成后，采用锚杆和/或内支撑形成复合的基坑支护体系。
5.根据权利要求1所述的长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所形成的基坑支护体系具有一定抗渗能力，可实现不降水施工，保护地下水资源。
6.根据权利要求1所述的长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的长螺旋潜孔锤振动钻具包括空心钻杆、高压水泥浆管、潜孔锤进风道、喷嘴和风动潜孔锤，在空心钻杆的下端同轴连接风动潜孔锤的上端，在空心钻杆内的轴心设有高压水泥浆管，在高压水泥浆管的周围设有数个潜孔锤进风道，在高压水泥浆管上连接有数个径向分支管，每一分支管均与设在空心钻杆管壁上的喷嘴连接。
全文摘要
一种长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于利用长螺旋潜孔锤振动钻具更能适应硬地层尤其是地下坚硬物的特点，就地振动旋喷切割翻搅原状土层，边拌合边加入水泥，到设计标高后，拔出钻具，插入型钢等劲型材料，形成具有一定强度及抗渗能力的柱状桩体；依次或间隔施工制出排列的柱状桩体，形成基坑止水桩墙。本发明的优点是适应的地层范围广，尤其在北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层的应用中更显优势；型钢可回收重复利用，大大降低基坑支护施工的成本；锚杆或内支撑的拆除回收利用，使得基坑支护更加集约环保；通过桩体之间咬合，可形成闭合连续的桩墙体，从而提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性。
文档编号E02D17/04GK103015435SQ20121050966
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者何世鸣, 李江, 周与诚, 张明中, 王之军, 李德江, 张亮, 朱文学, 贾城, 梁成华, 陈辉, 李长生, 司呈庆, 王建明, 程金霞, 黄鑫峰, 洪伟, 杜高恒, 张宝河 申请人:北京建材地质工程公司, 中国建筑材料工业地质勘查中心北京总队, 北京城建科技促进会