专利名称：长螺旋搅拌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止水支护方法，主要涉及长螺旋搅拌水泥土型钢桩及其施工工艺。用于止水(隔水或截水)帷幕、护坡桩或护坡桩的母桩的施工。尤其在北方地区较硬土层中施工更显优势。
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，其设计施工技术也日趋成熟，包括型钢起拔回收技术也变得成熟，不少工程型钢回收达100%。三轴搅拌机设备应用也日益广泛，效率高，施工可靠。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，而被广泛应用于地基处理、基坑支护及止水帷幕等领域，但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。例如河北省廊坊市银河逸景小区基坑支护设计搅拌帷幕桩施工，开始采用了普通搅拌桩机，不能有效穿透7m厚砂层达到设计深度，为此采用了大功率、大扭矩的长螺旋钻机改装后施工，顺利完成近20000m的施工任务。再如北京马坊新村二期地库基坑支护帷幕桩，采用了长螺旋搅拌桩工艺克服了厚度为3. 60 5. 80m的中密的卵石、圆砾②层，褐黄 灰色，中密的细砂②I层。完成了 3. 9nT8. 9m桩422根。所有这些都证明了长螺旋搅拌桩可以较好地解决类似北京地区这样的硬土层的帷幕桩及护坡桩的施工。尤其在坑不太深或桩不太长时，更显优势，经济快速安全。水泥土搅拌桩及SMW工法是软土地区帷幕及基坑支护的一种常用方法，但在北方地区硬土层中施工就显得力不从心，可以概括为“搅不动”，尤其遇到砂层、砂卵石地层，更是不能达到设计深度。不再适用。而且设备庞大笨重，进出场不便，施工期间整个配套设备占地大，搅拌站即占据了很大的面积，对于场地狭窄的“寸土寸金”的类似北京大都市，显得尤为不实用。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑支护施工方法。用改进的长螺旋搅拌钻具实现SMW所无法完成的任务。本发明的技术方案是一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于包括以下施工步骤
(1)采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工，该水泥土搅拌桩一根咬合一根顺序施工或实施“跳打”，“跳打”的具体方法是每间隔一根或数根桩位顺序打一个桩孔并进行水泥土搅拌桩的施工，然后在上述间隔位打孔并进行水泥土搅拌桩的施工；
(2)每完成一个水泥土搅拌桩的施工后，在水泥土搅拌桩顶端插入型钢，型钢采用自重下沉，如不能达到设计深度则采用振动锤将型钢震入，形成水泥土型钢桩； (3)在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护；
(4)进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工；
(5)开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土；
(6)基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑，最后拔除型钢，回收重复利用；拔除型钢后留下的空洞用水泥浆或水泥土浆填充。桩顶连梁采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢直接接触，防止型钢被混凝土固定而影响回收型钢。所述的长螺旋钻具为光杆搅拌钻具，或带不连续的螺旋叶片；其钻头为带出浆孔的长螺旋钻头或互相垂直的双十字或三十字搅拌头，出浆孔位于搅拌齿下面；长螺旋钻机动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，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。根据每米有效桩长耗用水泥多少，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆的水灰比为O. 8-1. 5 ;水泥浆进入储浆池前过筛；凡已配好的水泥浆至使用时的存放时间不能超过2小时。水泥土搅拌桩施工时的下钻和提升速度< O. 8m/min,每次上升或下沉的速度必须均匀；必须保证相邻搅拌桩的搭接质量，搭接时间不大于24小时；如果间歇时间过长，应采取局部补桩或者注浆措施。本发明的有益效果是长螺旋钻机能克服较硬土层钻进，提高了止水(隔水或截水)帷幕的可靠性，克服了硬土层能达到设计深度，同时也达到设计桩径，保证其咬合可靠，从而保证其止水可靠，同时后插入型钢起到基坑支护作用，做到止水支护“二合一”的效果。由于型钢回收，大大降低基坑支护施工的成本；同时由于锚杆的拆除，使得基坑支护更加环保。
图1是本发明的基本施工工艺流程 图2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3是图2中桩顶连梁的放大 图4是图2中A处的放大图(锚杆节点的结构图)；
图5是本发明施工采用的搅拌钻具的第一实施例结构示意 图6是本发明施工采用的搅拌钻具的第二实施例结构示意 图7是本发明施工采用的搅拌钻具的第三实施例结构示意 图8是图4 —图6中钻头的A-A剖视 图9是图8的B-B剖视 图10是钻头的另一实施例的结构示意图。
具体实施例方式参见图1-图4，本发明一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，首先对施工现场进行常规的“三通一平”，然后按照以下施工步骤进行施工
(O采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工先测量放线定桩(孔)位，后将长螺旋钻机就位。然后打水泥土搅拌桩的桩孔，打桩孔的顺序采用一根咬合一根顺序施工，或实施“跳打”，“跳打”的具体方法是每间隔一根桩位顺序打数个桩孔并进行水泥土搅拌桩的施工，然后在上述间隔位打孔并进行水泥土搅拌桩的施工。打桩孔后，一般选土回填至桩孔的不坍位置或离孔口至设计要求。(2)每完成一个水泥土搅拌桩I的施工后，在水泥土搅拌桩I的顶端插入型钢2，型钢2采用自重下沉，如不能达到设计深度则采用振动锤将型钢震入，形成水泥土型钢桩。(3)在基坑较深时采用常规的内支撑或现有的可拆式锚杆8进行复合支护；
(4)进行水泥土型钢桩的桩顶连梁3的施工；
(5)开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土4 ；
(6)基坑肥槽(建筑物与水泥土型钢桩之间的空间)回填达到要求时拆除锚杆8或内支撑，最后拔除型钢2，回收重复利用。拔除型钢后留下的空洞用水泥浆或水泥土浆填充。锚杆8的顶端穿过水泥土型钢桩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)。桩顶连梁3采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢2直接接触，防止型钢2被桩顶连梁3的混凝土固定而影响回收。图3中的标记5是建筑底板和外墙，6是防水层，7是基础垫层。参见图5 图10，施工使用的长螺旋搅拌桩钻具由钻杆10和同轴连接在其下端的钻头20组成，其中钻杆10可以是光杆(只有杆体12，图5所示)；或者由杆体12和连接在其外周面的螺旋叶片11组成(如图6所示)；或者杆体12的上部1/4 1/5是螺旋叶片11，其余部分为不连续的螺旋叶片13 (如图7所示)。该螺旋叶片11可将孔内的土部分排出，并有定向导正作用。不连续的螺旋叶片33具有搅拌的作用。参见图5 图9，所述的钻头20包括管状主体24、一字搅拌头25 (或钻头螺旋叶片)、钻齿27和喷嘴26，至少两组一字搅拌头25相互垂直交叉为十字形，并交替间隔地径向连接在管状主体24的外周面，在该一字搅拌头25的下面设有喷嘴26，喷嘴26与穿过所述的管状主体24空腔内的高压注浆管29相通，该高压注浆管29贯穿于钻杆10的杆体12。所述的管状主体24的底端为封闭的圆锥形，在该封闭的顶端径线上安装钻齿27。在所述的钻杆10的底端和钻头20的顶端各设有法兰14和22，两个法兰通过螺栓相互同轴连接。所述的长螺旋钻机的动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，连接处设置单动装置，该单动装置能保证注浆管自由转动而不会扭断。参见图10，钻头20也采用不连续的螺旋叶片30，一般为2 — 3片，沿圆周均布。采用该钻机钻具可有效地搅拌硬土地层，可达到设计的深度及设计的直径，直径的达到800mm甚至1000mm，起到可靠止水作用，比常规的搅拌钻机钻具有更大的动力和扭矩，尤其在遇到密实的砂卵石地层时，是常规的钻具无能为力的，更显示其明显优势。具体实施例1、工程概况及工程、水文地质条件1.1工程概况
拟建的北京市顺义区老干部活动中心扩建工程位于北京顺义区老干部活动局院内，本次主要设计是顺义区老干部活动中心扩建工程的基坑开挖支护方案，基础埋深约为6. 6m。北侧I m为围墙，围墙外为现行道路；南侧距现有4层老干部活动中心4m，且有暖气上水等管线；东侧距围墙2m,围墙外为道路绿化带；西侧距围墙IOm,该场地作为堆料场及加工场地。工程地质条件
典型地层素填土，厚1. 3m，粘土厚O. 8m，粉砂厚2. 8m，细砂厚2. 7m，粘土 3. 8m。水文地质条件
地下水为潜水，埋深为地表下2 4. 3m。基坑支护设计
2.1基坑支护方案确定
根据基坑各部位的开挖深度、周边工作面的影响、场区内地质条件及现场周边实际情况，本工程的基坑支护方案如下
东西两侧采用水泥土搅拌桩中插钢管桩+锚杆联合支护方案。北侧采用水泥土搅拌桩中插型钢+锚杆联合支护方案。南侧采用水泥土搅拌桩止水+钢筋混凝土桩锚联合支护方案。设计基坑开挖深度与超载地层参数
地面附加载荷取值东西侧15kPa，北侧30kPa，南侧两个超载分别是15kPa、60kPa。基坑支护方案设计 北侧
搅拌桩+H型钢设计参数
H型钢护坡桩的计算采用理正深基坑软件计算桩的长度、桩的最大弯矩及锚杆拉力，计算结果如下
桩径Φ 600 (搅拌桩为Φ 800)，桩间距为L 2m，桩长IL 0m，嵌固4. 4m，桩的最大弯矩为259.82KNm。帽梁
权利要求
1.一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于包括以下施工步骤 (1)采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工，该水泥土搅拌桩一根咬合一根顺序施工或实施“跳打”，“跳打”的具体方法是每间隔一根或数根桩位顺序打一个桩孔并进行水泥土搅拌桩的施工，然后在上述间隔位打孔并进行水泥土搅拌桩的施工； (2)每完成一个水泥土搅拌桩的施工后，在水泥土搅拌桩顶端插入型钢，型钢采用自重下沉，如不能达到设计深度则采用振动锤将型钢震入，形成水泥土型钢桩； (3)在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护； (4)进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工； (5)开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土； (6)基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑，最后拔除型钢，回收重复利用；拔除型钢后留下的空洞用水泥浆或水泥土浆填充。
2.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于桩顶连梁采用钢筋混凝土浇注结构，施工时避免其混凝土与所述的型钢直接接触，防止型钢被混凝土固定而影响回收型钢。
3.根据权利要求1所述的长螺旋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水泥多少，一次性配制一根桩所用的水泥浆，水泥浆的水灰比为O.8-1. 5 ;水泥浆进入储浆池前过筛；凡已配好的水泥浆至使用时的存放时间不能超过2小时。
4.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于水泥土搅拌桩施工时的下钻和提升速度< O. 8m/min，每次上升或下沉的速度必须均匀；必须保证相邻搅拌桩的搭接质量，搭接时间不大于24小时；如果间歇时间过长，应采取局部补桩或者注浆措施。
5.根据权利要求1所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于施工使用的长螺旋钻具由钻杆和同轴连接在其下端的钻头组成，其中钻杆为光杆，或者由杆体和连接在其外周面的螺旋叶片组成，或者杆体的上部1/4 1/5是螺旋叶片，其余部分为不连续的螺旋叶片。
6.根据权利要求5所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的钻头包括管状主体、一字搅拌头或钻头螺旋叶片、钻齿和喷嘴，至少两组一字搅拌头相互垂直交叉为十字形，并交替间隔地径向连接在管状主体的外周面，在该一字搅拌头的下面设有喷嘴，喷嘴与穿过所述的管状主体空腔内的高压注浆管相通，该高压注浆管贯穿于钻杆的杆体。
7.根据权利要求6所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的管状主体的底端为封闭的圆锥形，在该封闭的顶端径线上安装钻齿；在所述的钻杆的底端和钻头的顶端各设有法兰和，两个法兰通过螺栓相互同轴连接；所述的长螺旋钻机的动力头部位开孔或弯头部位连接注浆管，连接处设置单动装置，该单动装置能保证注浆管自由转动而不会扭断。
8.根据权利要求5所述的长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，其特征在于所述的钻头采用不连续的螺旋叶片，各螺旋叶片沿圆周均布。
全文摘要
一种长螺旋搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法，施工步骤为采用长螺旋钻具进行水泥土搅拌桩的施工；每完成一个水泥土搅拌桩的施工后，在水泥土搅拌桩顶端插入型钢；在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护；进行水泥土型钢桩的桩顶连梁施工；开挖基坑，并随开挖基坑，并在基坑内侧壁挂网喷混凝土；基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑，最后拔除型钢。优点是长螺旋钻机能克服较硬土层钻进，克服了硬土层能达到设计深度，同时也达到设计桩径，保证其咬合可靠，从而保证其止水可靠；后插入型钢起到基坑支护作用，做到止水支护“二合一”的效果。由于型钢回收和锚杆的拆除，大大降低基坑支护施工的成本，更加环保。
文档编号E02D5/46GK103046557SQ201210509640
公开日2013年4月17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, 吕海江, 韩星亮, 李江, 周与诚, 梁成华, 张明中, 王之军, 韩立军, 帅军, 王秀江, 贾城, 周宇, 柳瑞海, 邓金成, 邱广宝, 路元, 李碧, 王建明, 程金霞, 宋现松, 郝长伟, 张宝河 申请人:北京建材地质工程公司, 北京顺鑫天宇建设工程有限公司, 北京城建科技促进会