一种止水帷幕粧和止水帷幕的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新颖的止水帷幕粧以及采用该止水帷幕粧的止水帷幕，该止水帷幕粧包括靠近地面的深层搅拌粧部分以及下接在所述深层搅拌粧部分之下的高压旋喷粧部分。根据本实用新型的止水帷幕粧在深层搅拌粧的底部形成部分高压旋喷粧，使得高压旋喷粧部分处于土层的深处，克服了单纯的深层搅拌粧不能深入土层太深且不能应对土层深部的复杂情况的缺点。同时，由于根据本实用新型的止水帷幕粧的接近土层部分为深层搅拌粧，因此也具有传统深层搅拌粧的优点。
【专利说明】一种止水帷幕粧和止水帷幕
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土木工程领域，尤其涉及一种新颖的止水帷幕桩、构造该止水帷幕桩的方法以及采用该止水帷幕桩的止水帷幕。
【背景技术】
[0002]在城市深基坑支护工程中，经常要涉及基坑防水、止水处理，这些处理通常需要止水帷幕。止水帷幕有多种型式，如采用素混凝土(粘土)与钢筋混凝土咬合桩、钢筋混凝土桩间加高压旋喷桩、连续深搅桩、连续高压旋喷桩等。而在复合土钉墙支护中的止水帷幕或桩与止水幕墙分离的单一止水帷幕工程中，常常采用单一的深搅桩墙或单一的高压旋喷桩墙作为止水帷幕。
[0003]深搅拌桩墙由多根深层搅拌桩构成。深层搅拌桩利用水泥作固化剂，通过深层搅拌，就地将软土与水泥强制拌和，利用固化剂与软土之间发生的一系列物理、化学反应，使软土与水泥硬结成具有一定强度的水泥加固土体从而成桩。深层搅拌桩抗渗性能良好，因此，由深层搅拌桩构成的深搅拌桩墙可作为防渗墙或深基坑结构中的隔水帷幕，以防止地下渗透水流。
[0004]高压旋喷桩墙由多根高压旋喷桩构成。高压旋喷桩基于高压喷射注浆原理，利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定位置后，以高压设备使浆液成为20-40Mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，使部分土体在喷射流冲击力、离心力和重力的共同作用下分解并与浆液搅拌混合后固结形成水泥胶结石固结体从而成桩。高压旋喷时，喷嘴边喷射边旋转和提升，固结体呈圆柱体。高压旋喷桩通常用于基础防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。
[0005]然而，虽然深搅拌桩墙具有施工较方便，经济效益较好等优点，但在帷幕深度要求较深(大于16米)或土层深部有碎石、胶结块、密实砂砾层以及具有地下水等复杂情况时，深搅拌桩墙难以达到止水目的，而采用高压旋喷桩墙形成止水帷幕存在成本较高的问题。
[0006]因此，需要一种能够有效控制成本、并且能够在帷幕深度要求较深或者土层深部情况复杂的地区进行深基坑支护的基坑防水、止水处理的止水帷幕和其中采用的止水帷幕桩。
实用新型内容
[0007]鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的止水帷幕、止水帷幕桩及其生产方法。
[0008]根据本实用新型的一个方面，提供了一种止水帷幕桩，包括靠近地面的深层搅拌桩部分；以及下接在所述深层搅拌桩部分之下的高压旋喷桩部分。
[0009]根据本实用新型的一个实施方式，该止水帷幕桩还包括在所述深层搅拌桩部分和所述高压旋喷桩部分之间的搭接部分。
[0010]根据本实用新型的另一个实施方式，该止水帷幕桩还包括贯穿所述深层搅拌桩部分的钻孔，用于在形成所述高压旋喷桩部分时将形成所述高压旋喷桩部分需要的喷管、喷嘴和注浆液等送至所述深层搅拌桩部分之下。
[0011]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种止水帷幕，其包括多根根据本实用新型的止水帷幕桩。特别地，每根止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分分别和相邻的止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分两两相切或者部分重合。
[0012]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种制造根据本实用新型的止水帷幕桩的生产方法，包括步骤:确定所述深层搅拌桩部分的轴心位置，并且利用搅拌桩机在要形成深层搅拌桩部分的位置处通过切土下沉和提升所述搅拌桩机的搅拌头，并且以边旋转边喷水泥浆的方式在该位置处形成深层搅拌桩部分；对所述深层搅拌桩部分的桩体进行养护；采用钻机对经养护的深层搅拌桩部分进行钻孔并穿过所述深层搅拌桩部分钻至所述止水帷幕桩的设计深度；将高压旋喷管插入钻孔中并插至所述止水帷幕桩的预定深度；通过所述高压旋喷管及其喷嘴往地层土体送浆，由高压旋喷管一边旋喷一边提升来自下而上喷射注浆；以及在所述高压旋喷管喷至预定高度并保证高压旋喷桩与深层搅拌桩在桩轴向方向搭接预定长度之后，停止高压旋喷施工。
[0013]根据本实用新型的止水帷幕桩包括深层搅拌桩部分与高压旋喷桩部分，在深层搅拌桩的底部形成部分高压旋喷桩，使得高压旋喷桩部分处于土层的深处，克服了单纯的深层搅拌桩不能深入土层太深且不能应对土层深部的复杂情况的缺点。同时，由于根据本实用新型的止水帷幕桩的接近土层部分为深层搅拌桩，因此也具有传统深层搅拌桩的优点。简而言之，根据本实用新型的止水帷幕桩和止水帷幕结合了单纯深层搅拌桩和高压旋喷桩的优点，并同时克服了这两种传统桩的缺点。
[0014]具体而言，根据本实用新型的止水帷幕桩的深层搅拌桩部分将固化剂和原地基土就地搅拌混合，最大限度利用原土。深层搅拌桩部分的搅拌过程不会使地基土侧向挤出，对周围建筑物的影响很小；施工时无震动、无噪音、无污染、工效高、成本低，可在市区内和密集建筑群中进行施工。而高压旋喷桩部分施工简便，施工时只需在土层中钻一个小直径孔，便可在土层中喷射成较大的固结体，高压旋喷桩施工设备结构紧凑、能在狭窄和低矮的现场施工，能靠近基坑周边已有建筑物基础施工止水帷幕。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中:
[0016]图1示出了根据本实用新型一个实施例的止水帷幕桩的示意图；
[0017]图2示出了根据本实用新型另一个实施例的止水帷幕桩的示意图
[0018]图3示出了根据本实用新型一个实施例的止水帷幕的布置图；
[0019]图4示出了根据本实用新型另一个实施例的止水帷幕的布置图；以及
[0020]图5示出了根据本实用新型一个实施例的止水帷幕桩的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的描述。
[0022]图1示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的止水帷幕桩100。如图1所示，止水帷幕桩100包括两个部分，其中靠近地面的部分为110，而下接在深层搅拌桩部分110之下的为高压旋喷桩部分120，二者之间存在搭接部分130。其中在深层搅拌桩部分110中还具有钻孔140，钻孔140用于在深层搅拌桩部分110的下面形成高压旋喷桩部分120时使用，用于将形成高压旋喷桩部分120所需要的喷管、喷嘴和注浆液送至深层搅拌桩部分110之下。
[0023]深层搅拌桩部分、高压旋喷桩部分以及搭接部分的具体尺寸通常需要根据工程实践来进行选择。根据本实用新型的止水帷幕桩适用于在帷幕深度，即桩的长度大于16米的工程实践中应用。根据本实用新型的一个实施例，通常将深层搅拌桩部分110的长度选择为13-15米左右，特别是14米左右，并根据止水帷幕桩的中长度来确定剩余的高压旋喷桩部分120的长度。而搭接部分130的长度至少应当长于50厘米，以确保深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分之间的平稳过渡。
[0024]深层搅拌桩部分110以类似于传统深层搅拌桩制造方法的方式形成。具体而言，利用水泥等材料作为固化剂，通过特定的搅拌机械，就地将软土和水泥浆液强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的长圆柱体形状的水泥加固体。因此，深层搅拌桩部分110形状为长圆柱体，而其圆形截面部分的直径通常为40-60厘米左右，特别是50厘米左右。
[0025]高压旋喷桩部分120在深层搅拌桩部分110形成之后形成。具体而言，利用钻机等设备在深层搅拌桩部分中钻孔并钻至深层搅拌桩部分之下预定深度，插入高压旋喷管进行高压旋喷，在高压喷射流的喷流动压、喷射流的脉动负荷、水块的冲击力、空穴现象、水楔效应、挤压力以及气流搅动等因素的作用下，高能高速喷射流连续、集中作用于土体上，压应力和冲蚀等多种因素同时密集在压应力区域内发生效应，喷射流在冲击破坏土体的同时使浆液与土搅拌混合，水泥浆液与土产生物理化学作用，胶凝体增大并吸收水分、结晶硬化，水泥浆液与土固结成耐久性好的固结体，即高压旋喷桩部分。因此，高压旋喷桩部分也具有长圆柱体的形状，其圆形截面可以具有与深层搅拌桩部分相同的尺寸，即直径通常为40-60厘米左右，特别是50厘米左右。但是这不是必须的，可以根据工程实践选择与深层搅拌桩部分不同的尺寸，通常为更大的尺寸。例如在深层搅拌桩部分具有50厘米直径时，可以将高压旋喷桩部分的直径选择为60厘米。
[0026]由于钻孔140用于形成高压旋喷桩部分120，因此，钻孔140沿止水帷幕桩的径向方向处于高压旋喷桩部分120的中心处，其通常具有100-150_，特别是130_的直径。
[0027]在图1中给出了深层搅拌桩部分110和高压旋喷桩部分120同心布置的结构。根据工程实践要求，还存在深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分不同心布置的情况。图2中示意性地示出了根据本实用新型另一个实施例的止水帷幕桩200，其中和图1中的不同之处在于，深层搅拌桩部分110和高压旋喷桩部分120沿桩的切向方向非同心布置。
[0028]图3和图4示意性地示出了根据本实用新型的止水帷幕。止水帷幕即止水帷幕桩墙，其由多根止水帷幕桩形成。在利用止水帷幕桩形成止水帷幕时，需要各个止水帷幕桩两两相切或者存在部分重合以形成地下水隔离体(即止水帷幕以防止地下渗透水流)。因此，也要求根据本实用新型的每根止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分分别和相邻的止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分两两相切或者部分重合。当深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分的直径不同时，为了满足上述要求，必须考虑深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分的相对布置。例如，如图3所示，止水帷幕300由多根根据本实用新型的止水帷幕桩形成，其中每根止水帷幕桩的深层搅拌桩部分具有500mm的直径，而且两两之间部分重合以使得深层搅拌桩部分的中心轴之间间距300mm。而高压旋喷桩部分具有600mm的直径而且两两之间部分重合以使得高压旋喷桩部分的中心轴之间间距450mm。因此，在图3中，深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分逐渐偏心布置，甚至有些深层搅拌桩部分之下根本就不需要闻压旋喷桩部分。
[0029]而图4示出了另一种止水帷幕400，其中每根止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分都具有600_的直径，而且两两之间部分重合以使得深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分的中心轴之间都间距300mm。
[0030]根据本实用新型的止水帷幕桩包括深层搅拌桩部分与高压旋喷桩部分，在深层搅拌桩的底部形成部分高压旋喷桩，使得高压旋喷桩部分处于土层的深处，克服了单纯的深层搅拌桩不能深入土层太深且不能应对土层深部的复杂情况的缺点。同时，由于根据本实用新型的止水帷幕桩的接近土层部分为深层搅拌桩，因此也具有传统深层搅拌桩的优点。而由根据本实用新型的止水帷幕桩形成的止水帷幕也具有上述优点。
[0031]图5示出了根据本实用新型一个实施例的止水帷幕桩的制造方法的流程图。该方法始于步骤S510，其中确定深层搅拌桩部分的桩心位置，即搅拌桩部分的轴心位置，并且在深层搅拌桩位置处架设搅拌桩机，以使得搅拌桩机的搅拌头以搅拌桩部分的轴心位置为中心来进行打桩。搅拌桩机根据深层搅拌桩部分的桩长度来安装钻塔及钻杆，并且确保钻杆垂直于地面打桩。
[0032]随后在步骤S520，起动搅拌桩机，使搅拌桩机沿导向架垂直搅拌切土下沉，并控制搅拌桩机的下沉速度。待搅拌桩机的搅拌头下沉到一定深度时，按设计确定的配合比拌制水泥浆。该步骤S520在工程上称为预搅下沉。要注意的是，水泥浆通常采用0.4?0.5的水灰比，并且使得水泥掺入比为土层湿容重的14%，并且注意随用随制水泥浆，以避免避免出现离析。当搅拌桩机为电机致动时，可通过控制电机电流来控制搅拌桩机的下沉速度。
[0033]继续进行步骤S520直到搅拌桩机的搅拌头下沉到深层搅拌桩部分的设计深度后，此时进入步骤S530，其中启动搅拌桩机的水泥浆泵将水泥浆压入地层中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌头。注意提升速度具有严格控制，一般不超过0.5m/min。该步骤S530在工程中称为提升喷浆搅拌。
[0034]在将搅拌桩机的搅拌头提升出地面之后，进入步骤S540，其中为使基坑中土体和水泥搅拌均匀，在首次将搅拌头下沉到设计深度并提升搅拌头出地面之后，可再次将搅拌头边旋转边沉入土中，至设计深度后，再将搅拌头边喷浆边旋转提升出地面。该步骤可以重复多次。
[0035]总结来说，在上述步骤S520-S540中，利用搅拌桩机在要形成深层搅拌桩部分的位置处通过切土下沉和提升搅拌头，并且通过边旋转边喷水泥浆的方式在该位置处形成深层搅拌桩部分。
[0036]随后，在步骤S550中，清除残存水泥浆以及粘附在搅拌桩机的搅拌头上的杂物，移走架设在深层搅拌桩位置处的搅拌机，采用天然(自然)养护的方法对深层搅拌桩部分的桩体进行养护。搅拌桩部分的桩体养护龄期通常需要至少4天。
[0037]在对搅拌桩部分的养护完成之后，在步骤S560中，将钻机安放在已成型的搅拌桩桩体上并保持垂直。应注意的是，因根据高压旋喷桩的轴心位置来确定钻机的位置。在搅拌桩部分和高压旋喷桩部分不同心的情况下更应该如此。
[0038]随后在步骤S570中，采用该钻机对已成型的深层搅拌桩部分进行钻孔并穿过深层搅拌桩钻至止水帷幕桩的设计深度，钻孔的孔径大小根据地质条件、深层搅拌桩和高压旋喷桩桩间距确定。根据本实用新型的一个实施例，当采用XY — I型地质钻机以泥浆循环护壁钻进时，孔径易选择Φ 130mm。
[0039]随后该方法进入步骤S580，其中将高压旋喷管插入钻孔中并插至止水帷幕桩的预定深度，当高压旋喷管插入到该预定深度后，即可通过高压旋喷管及其喷嘴往地层土体送浆。一般而言，将高压旋喷管的喷嘴安装在喷管的侧面，喷嘴大小对喷射流速度影响很大。单管注浆中喷嘴直径一般可选用2.0?3.2_。而高压旋喷后形成的高压旋喷桩(固结体)尺寸主要由土的类别及密实程度、高压旋喷注浆方法以及喷射技术等因素决定。在插入高压旋喷管的同时，在浆池内完成水泥浆制备。根据喷射工艺要求，浆液应具备的特性为:注楽.液具有良好的可喷性；有足够的稳定性；楽■液中气体少；能调解楽■液的I父凝时间；具有良好的力学性能；无毒、无臭。根据本实用新型的实施例，选用普通硅酸盐水泥，如P.0 42.5水泥制备水泥浆，并按1:1至1.5:1确定水灰比。其中要注意的是，保证高压旋喷过程中的冒浆量，并使冒浆量小于25%。当冒浆量过大时，可采取加快提升速度及减少送浆量等措施予以解决。
[0040]随后在步骤S590中，由高压旋喷管一边旋喷一边提升来自下而上喷射注浆。高压旋喷管旋转、提升的速度与喷流的有效半径有关，而该有效半径与喷嘴的几何尺寸和喷射角度有相互联系，并直接影响喷流的特性。根据经验，旋喷提升速度宜控制在25cm/min?28cm/min范围内，旋转速度宜控制在20r/min?28r/min范围内。其中在高压旋喷桩部分的顶部靠近深层搅拌桩部分近Im的范围内要选用较慢的转速和提升速度，一般为20?23cm/min速度提升，20r/min旋转。此外，利用高压旋喷管中的泵压力来控制旋喷管的喷射力。在本实用新型的实施例中，将压力选择为25Mpa-23Mpa之间。对于高压旋喷注浆要注意的是，应当在水泥浆的前锋已流出喷头后，才能开始提升旋喷管，自下而上喷射注浆。
[0041]在高压旋喷管喷至预定高度并保证高压旋喷桩与深层搅拌桩在桩轴向方向搭接预定长度，如50cm以上后，在步骤S595中停止高压旋喷施工。清理高压旋喷管，并且移除高压旋喷管，由此形成了本实用新型中的止水帷幕桩。
[0042]A7、如A1-6中的任一个所述的止水帷幕桩，其中所述搭接部分130的长度至少长于50厘米。AS、如A1-7中的任一个所述的止水帷幕桩，其中所述深层搅拌桩部分的长度在13-15米之间并尤其为14米，所述深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分的圆形截面部分的直径在40-60厘米之间并尤其是50厘米。B13、如Bll或者12所述的制造止水帷幕桩的方法，其中所述高压旋喷桩部分与深层搅拌桩部分在桩轴向方向搭接的预定长度为至少50厘米。B14、如B11-13中的任一个所述的制造止水帷幕桩的方法，其中所述搅拌桩机的提升速度不超过0.5m/min,且所述高压旋喷管的旋喷提升速度在25cm/min?28cm/min范围内，旋转速度在20r/min?28r/min范围内。B15、如B11-14中的任一个所述的制造止水帷幕桩的方法，其中在所述高压旋喷桩部分的顶部靠近所述深层搅拌桩部分近Im的范围内时，所述高压旋喷管的旋喷提升速度设置为20?23cm/min范围内，并且将旋转速度设置为20r/
mir1
[0043]应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。
【权利要求】
1.一种止水帷幕桩，其特征在于包括: 靠近地面的深层搅拌桩部分；以及 下接在所述深层搅拌桩部分之下的高压旋喷桩部分。
2.如权利要求1所述的止水帷幕桩，还其特征在于包括: 在所述深层搅拌桩部分和所述高压旋喷桩部分之间的搭接部分。
3.如权利要求1或者2所述的止水帷幕桩，其特征在于还包括: 贯穿所述深层搅拌桩部分的钻孔，适于在形成所述高压旋喷桩部分时将形成所述高压旋喷桩部分需要的喷管、喷嘴和注浆液等送至所述深层搅拌桩部分之下。
4.如权利要求1或者2所述的止水帷幕桩，其特征在于所述深层搅拌桩部分和所述高压旋喷桩部分均为长圆柱体。
5.如权利要求4所述的止水帷幕桩，其特征在于所述深层搅拌桩部分和所述高压旋喷桩部分同轴心布置。
6.如权利要求4所述的止水帷幕桩，其特征在于所述深层搅拌桩部分和所述高压旋喷桩部分偏轴心布置。
7.一种止水帷幕，其特征在于包括多根如权利要求1-6中的止水帷幕桩。
8.如权利要求7所述的止水帷幕，其特征在于每根止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分分别和相邻的止水帷幕桩的深层搅拌桩部分和高压旋喷桩部分两两相切或者部分重合。
【文档编号】E02D19/18GK204023594SQ201420495315
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】谢建斌 申请人:云南大学