专利名称：长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法
长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢粧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 旋喷搅拌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，在富水地层中，基坑开挖可不降水。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。
而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。发明内容
为了克服以上现有技术的不足，提供一种长螺旋旋喷搅拌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旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其 特征在于利用改造了的长螺旋钻头钻具更能适应较硬土层的特点，就地旋喷搅拌原状土 层，边搅拌边加入水泥浆，到设计标高后，拔出长螺旋钻具完成水泥土桩的施工，随后在水 泥土桩的顶端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水泥土型钢桩桩 体。
多根所述的桩体之间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，咬合方式可顺序咬合或隔孔咬合。
所述的桩墙形成后，进行锚索锚杆或内支撑。
所形成的基坑支护体系具有一定抗渗能力，能够实现不降水施工，保护地下水资 源。
根据每米有效桩长耗用的水泥量，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆液的 水灰比为1. 3 1. 5 ;水泥浆进入储浆池前须过筛；凡已配好的水泥浆使用前存放时间不能 超过2小时。
成桩速度不能太快，用变频器控制，提升速度< O. 5m/min，每次上升或下沉，要求 成桩速度必须均匀。
本发明的优点是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，水泥土搅拌完后插入型钢等劲型材料，从而保证止水可靠、基坑安全。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。
图1是本发明施工工艺流程图；图2是本发明开挖的导向沟槽和安置定位型钢的立体结构示意图；图3是本发明采用顺序施工打桩孔的示意图；图4是本发明采用跳跃施工打桩孔的示意图；图5是本发明基坑止水支护结构的剖面图(包括锚杆和桩顶连梁)；图6是图5中桩顶连梁的放大图；图7是图3中锚固件的放大图(锚杆节点的结构图)。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍。
实施例1 :1、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，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，采用挖土机或 人工开挖沟槽，并清除地下障碍物，沟槽尺寸及定位型钢如图2，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两侧铺设导向定位型钢，按设计要求在导向定位型钢上划出钻孔位 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，确保钻孔轴心就 位不偏，并保证钻具的垂直度偏差在O. 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。
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，二种方法均安全可 靠。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。
方法(2)也为一常用的施工方法，可避免桩架侧向力偏移，顺序为I— 3 — 5 — 2 — 4。相邻的桩孔之间相互重叠(咬合)一部分(占半径的20 - 50%)，参见 图3和图4。
依次循环直至围护墙体成型。水泥土旋喷搅拌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。
钻进与喷搅根据设计所标深度，钻机在钻孔和提升全过程中，保持螺杆匀速转动，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，保证整桩搅拌充分、均匀，确保旋喷搅拌 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。边喷搅边 下钻，达到设计深度后旋喷提升(含水层部位，可重复上下多次喷搅)直至孔口位置。全孔 段上下喷搅多次，可使全孔水泥土体更均匀。搅拌完后反向转动，退出钻具。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。
本发明长螺旋旋喷搅拌钻具采用专利号ZL200820108775. O公开的“长螺旋旋喷 搅拌桩复合钻具”。
型钢插入在钻孔的水泥土充分搅拌均匀后，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，然后采用换钩方法，将型钢脱离吊钩，用挂钩固定在沟槽两侧铺设的 定位型钢上，直至桩孔内的水泥土凝固。型钢在插入喷搅桩前，表面应涂刷减摩剂。
型钢为了减小下沉阻力，下端加工成V形尖，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O.5^1. Om，并在型钢上打孔，以利起拔。截面尺寸由计算确定。
内支撑或锚杆施工依据坑深坑宽及土层情况，设计采用内支撑或锚杆支护，锚杆采用现有的可拆式锚杆。 锚杆8的顶端穿过水泥土型钢桩I的外侧至内侧通过锚固件9连接，锚固件9包括两根工字钢91和楔形钢支架93和锚头92，两根工字钢91设在水泥土型钢桩的内侧，在工字钢外侧设有楔形钢支架93，锚杆8的顶端穿过楔形钢支架93的通孔用锚头92锁紧(参见图5-图7)。图5中的标记5是建筑底板和外墙，6是防水层，7是基础垫层。
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，可采用震拔机震动拔起，最后用起重设备吊起，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。
实施例2 1、工程概况拟建的顺义区劳动实训基地和电子政务中心工程位于北京顺义区北二环路北侧，基础埋深约为4. 15 9. 85m。
2、工程水文地质条件拟建场区属于潮白河冲积扇的中上部，场地地形基本平坦，钻孔地面标高27. 46 30. 06m。本次勘察钻探深度(35. OOm)范围内的地层，按成因类型、沉积年代划分为人工堆积层、第四纪沉积层。现自上而下分述如下人工填土层a.粉土填土①黄褐色，稍湿，稍密，局部含较多灰渣、砖块等建筑物垃圾及生活垃圾。 本层厚度O. 50 3. 00m，局部厚度达3. 80 5. 50m。
第四纪沉积土层a.粘质粉土 砂质粉土②黄褐 灰色，饱和，可塑，含云母片、氧化铁及少量有机质， 土质不均。局部含较多粘土薄层及砂质粉土薄层。砂质粉土②1:黄褐 灰色，密实，饱和， 含云母片，氧化铁，土质不均。细中砂②2 :灰色，密实，饱和，含云母片及少量粘土矿物，顶板标闻23. 84 28. 17m。
b.细砂③灰，中密 密实，饱和，含云母片及少量粘土矿物。砂质粉土③I层灰， 密实，饱和。含云母、氧化铁，土质不均，局部含粉细砂薄层。顶板标高18. 16 21. 60m。
c.粉质粘土 粘质粉土④灰，饱和，可塑，含云母片、氧化铁。砂质粉土④I层， 灰，密实，饱和，含云母及氧化铁。顶板标高14. 36 17. 50m。
d.细砂⑤灰，饱和，密实，长石 时应质，含云母及少量粘土矿物。顶板标高 4. 36 6. 10m。重粉质粘土 粘土灰,密实，饱和，可塑，含氧化铁。顶板标高1. 13 2.30m。
场区水文地质条件如下根据勘察报告，地下水有两层，其地下水类型分别为第一层地下水类型为上层滞水，其含水层为粉土填土①层，粘质粉土 砂质粉土②层， 砂质粉土②I层，细中砂②2层；第二层地下水类型为潜水，含水层为细砂③及以下各层。
地下水埋藏情况一览表
权利要求
1.一种长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于利用改造了的长螺旋钻头钻具更能适应较硬土层的特点，就地旋喷搅拌原状土层，边搅拌边加入水泥浆，到设计标高后，拔出长螺旋钻具完成水泥土桩的施工，随后在水泥土桩的顶端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水泥土型钢桩桩体。
2.根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于多根所述的桩体之间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，咬合方式可顺序咬合或隔孔咬合。
3.根据权利要求2所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的桩墙形成后，进行锚索锚杆或内支撑。
4.根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌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，能够实现不降水施工，保护地下水资源。
5.根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于根据每米有效桩长耗用的水泥量，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆液的水灰比为1. 3 1. 5 ;水泥浆进入储浆池前须过筛；凡已配好的水泥浆使用前存放时间不能超过2小时。
6.根据权利要求1所述的长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于成桩速度不能太快，用变频器控制，提升速度< 0. 5m/min，每次上升或下沉，要求成桩速度必须均匀。
全文摘要
一种长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，利用改造了的长螺旋钻头钻具更能适应较硬土层的特点，就地旋喷搅拌原状土层，边搅拌边加入水泥浆，到设计标高后，拔出长螺旋钻具完成水泥土桩的施工，随后在水泥土桩的顶端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水泥土型钢桩桩体。本发明的优点是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，提高了止水帷幕的可靠性；为了增加桩墙体的刚度与强度，水泥土搅拌完后插入型钢等劲型材料，保证止水可靠、基坑安全。适应的地层范围广，尤其在北方地区较硬土层中更显优势。型钢、锚杆或内支撑可回收重复利用，大大降低成本。
文档编号E02D19/18GK103015429SQ20121050963
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, 刘军, 周与诚, 梁成华, 张明中, 王之军, 关龙, 余家兴, 贾城, 杨敏, 陈辉, 李长生, 司呈庆, 王建明, 程金霞, 黄鑫峰, 洪伟, 张宝河, 杜高恒 申请人:北京建材地质工程公司, 北京建筑工程学院, 北京城建科技促进会