一种高压旋喷桩止水帷幕施工装置及其方法
【专利说明】
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种高压旋喷粧止水帷幕施工装置及其方法，属于深基坑止水帷幕施工技术领域。
[0002]【【背景技术】】
深基坑止水帷幕是采用钢筋混凝土排粧作为支护结构，利用高压旋喷注浆法使排粧粧间土体固结，与混凝土排粧连成一体，形成密闭的截水屏障。目前在传统深基坑止水帷幕的施工方法中，采用旋喷粧机施工，需要先引孔，后成粧，利用钻机的钻具将带有喷嘴的钻头钻进至设计深度后，在高压泵高压的作用下，将一定水灰比的水泥浆液，通过高压管泵送至钻头，使所注入的高压水泥浆液经过喷嘴喷射出来，冲击、切割周围土体；同时钻具又以一定速度旋转并进行提升，这样水泥浆液强制搅拌周围土体形成圆柱体的粧体。由于浆液克服地层阻力而渗入周围地层空隙中，依靠水泥浆液特性、固化地层，使得地层强度得以提高。当地质情况复杂，尤其是卵石层中夹杂大量漂石时，穿越卵石层时成孔难度很大，而且施工速度缓慢，进而增加深基坑止水帷幕施工的工期，从而增大施工现场人员、物资机械以及材料的收入，导致施工成本增高。
[0003]【
【发明内容】
】
本发明的目的在于:针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种高压旋喷粧止水帷幕施工装置及其方法，用该装置和方法针对淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土以及卵石层、泥岩层等成孔难度大的地质层，采用成孔后直接喷浆成粧的施工技术，提高了成孔质量，缩短了施工周期，降低了施工成本。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
本发明所述的一种高压旋喷粧止水帷幕施工装置，包括钻机、机架、高压水泥浆泵、空压机和注浆管，钻机上设有机架，机架的端部设有滑轮，并通过滑轮上的钢丝绳连接空压机，空压机的下方依次设有高压水泥浆泵和注浆管，注浆管的管头设有喷头，并通过喷头喷出旋喷固结体。
[0005]在本发明中:所述的高压水泥浆泵抽取浆桶中的水泥浆输送到注浆管中，其中浆桶中的水泥浆是由水箱中的水和水泥仓中的水泥按照一定比例混合通过搅拌机进行搅拌后输送到浆桶中。
[0006]在本发明中:所述的旋喷固结体由内而外依次包括硬化剂主体部分、搅拌混合部分、压缩部分和渗透部分。
[0007]一种高压旋喷粧止水帷幕施工方法，包括以下步骤:
(1)、场地平整:清除施工场地地面以下2米以内的障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实，同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”；
(2)、粧位放样:施工前用全站仪测定旋喷粧施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设粧位，并用竹签钉紧，一粧一签，保证粧孔中心移位偏差小于30mm ； (3)、修建排污和灰浆拌制系统:旋喷粧施工过程中将会产生10?20%的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放；灰浆拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆输送设备组成；
(4)、钻机就位:整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%?1.5%，就位后，首先进行0.5MPa低压射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常；
(5)、制备水泥浆:钻机就位时，即开始按设计确定的配合比1:1拌制水泥浆；首先将水加入桶中，再将水泥倒入，开动搅拌机搅拌10?20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入孔径为0.8mm的第一道筛网过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进孔径为0.8mm第二道过滤网，第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用；
(6)、引孔钻进:施工时，先用钻机钻进直径IlOmm的孔，钻孔伸至中等风化岩层下1.5米，并及时验收，钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确；
(7)、插管:在进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一，当第一阶段贯入土中时，可借助注浆管本身的喷射或振动贯入；其过程为:启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉，直到粧底设计标高，观察工作电流不应大于额定值，在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用0.5?1.0MPa较小的压力边下管边射水；
(8)、提升注浆管、搅拌:注浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到20?40MPa的施工设计值，坐底喷浆30s后，边喷浆边旋转，同时严格按照设计和试粧确定的提升速度提升钻杆，在达到设计深度后，接通空压管，开动泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止；
(9)、粧头部分处理:当注浆管提升接近粧顶时，应从粧顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至粧顶停浆面；
(10)、砾石地层处理:遇砾石地层，为保证粧径，可重复喷浆，直至注浆管提升至停浆面，关闭空压机，停止水泥浆的输送，将注浆管旋转提升出地面，关闭钻机；
(11)、清洗:向浆桶中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，将粘附在注浆管头上的土清洗干净；
(12)、补浆:喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌；
(13)、移位:移动粧机进行下一根粧的施工。
[0008]采用上述方法后，本发明有益效果为:
(1)、受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、亚粘土、亚砂土、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层；
(2)、采用双重管法高压旋喷，为防止旋喷粧施工时由于相邻两粧施工距离太近或间隔时间太短，造成相邻高喷孔施工时串楽，采取分批跳孔施作，跳孔施作时按每间隔两孔施作；
(3)、可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施，如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等，也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理；
(4)施工机具设备简单，施工简便，具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉，噪声小，无污染。
[0009]【【附图说明】】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中:
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中旋喷固结体情况示意图。
[0010]图中:1.空压机；2.高压水泥浆泵；3.注浆管；4.喷头；5.旋喷固结体；6.浆桶；7.水箱；8.搅拌机；9.水泥仓；10.钻机；11.机架；12.滑轮；13.钢丝绳；A.渗透部分；B.压缩部分；C.搅拌混合部分；D.硬化剂主体部分。
[0011]【【具体实施方式】】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0012]如图1所示，一种高压旋喷粧止水帷幕施工装置，包括钻机10、机架11、高压水泥浆泵2、空压机I和注浆管3，钻机10上设有机架11，机架11的端部设有滑轮12，并通过滑轮12上的钢丝绳13连接空压机1，空压机I的下方依次设有高压水泥浆泵2和注浆管3，注浆管3的管头设有喷头4，并通过喷头4喷出旋喷固结体5。所述的高压水泥浆泵2抽取浆桶6中的水泥浆输送到注浆管3中，其中浆桶6中的水泥浆是由水箱7中的水和水泥仓9中的水泥按照一定比例混合通过搅拌机8进行搅拌后输送到浆桶6中。高压喷射注浆的成粧机理包括以下四种作用:
(1)高压喷射流切割破坏土体作用:喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张；
(2)混合搅拌作用:钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向(即阻力小的方向)移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构；
(3)充填、渗透固结作用:高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体；
(4)压密作用:高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷粧体边缘部分的抗压强度高于中心部分