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1、长螺旋旋喷搅拌帷幕桩施工方法,何世鸣 北京建材地质工程公司,1、前言,水泥土搅拌桩由于其施工简便、成本低廉，而被广泛应用于软土地基处理、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，如遇到类似北京地区这样硬土层会受到很大限制，可概括为“搅不动”。单纯旋喷桩，无论单管双管三管在现有设备条件下施工较硬土层，同样受到这样或那样的限制，可概括为“喷不动”。地下连续墙造价较高，不为大多数投资商接受。为此人们开始积极地改进方法，采用复合的方式解决问题便应运而生。目前已有在长螺旋钻具上设置旋喷的方法、深层搅拌法与高压喷射法相结合的喷浆处理地基方法，以上技术虽然进行了技术改进和提高，但在硬土地区工程
2、应用中都存在一定的局限性，为了克服前述技术的局限性，本工法采用长螺旋旋喷搅拌水泥土桩施工方法，该方法结合了长螺旋钻机、搅拌钻机和高压旋喷钻机的优点，克服了既有技术的局限性，解决了硬土地层帷幕施工的难题。目前已获国家知识产权局授权发明专利一项，实用新型专利三项。并经国内外500数据库查新，具有独创性、新颖性、实用性，达到国内外先进水平。,先后应用于北京大学留学生公寓楼基坑工程、凯迪克大酒店基坑工程、清华大学科研综合楼及清华同方广场二期基坑工程、中国人民大学百年讲堂基坑工程、北京协和医院门急诊楼基坑工程、山东滕州九州清晏住宅小区基坑工程、云南省军区机关二期经济适用住房基坑工程、中国建筑科学研究院科
3、研试验大楼基坑工程、内蒙呼和浩特鄂尔多斯广场基坑工程、北京地铁7号线百子湾明挖车站帷幕、广华新城居住区616、617地块（污染土）职工住宅建设项目基坑帷幕、中国航空集团总部大厦护坡土方帷幕工程、农业银行北方数据中心基坑支护帷幕土方抗浮桩工程、中国人寿二期基坑支护土方帷幕抗浮桩工程等数十项基坑工程，均收到了较好的效果。目前在北京地区已成为先进、成熟、稳定施工方法。已由北京建材地质工程公司编制了企业标准长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩技术规程（QB201201）。经济效益明显，环保效益和社会效益好。,先后获得奖励：(1)长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩技术研究与应用获“2009北京钻探技术国际学术研讨会暨第十
4、五届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术交流会”大会优秀论文，2009年10月；(2)北京大学留学生公寓基坑降水、护坡、帷幕、抗浮桩工程获中国建材工程建设优秀工程勘察一等奖2009年10月；(3)清华同方科技广场三期D座基坑支护、帷幕工程获中国建材工程建设优秀工程勘察一等奖2011年9月。(4)长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩研究与应用获中国质量评价协会2014年科技创新成果优秀奖。2014年11月。,2、特点：2.1该长螺旋旋喷搅拌水泥土帷幕桩主要是针对在已施护坡桩之间做止水帷幕桩，先用长螺旋钻机引孔，然后用长螺旋旋喷搅拌桩机以“旋喷+搅拌”复合的方式形成水泥土帷幕桩，大部分土留在孔内，通过旋喷搅拌使
5、之均匀。2.2长螺旋旋喷搅拌桩孔内土不全部置换，用水泥量小，比普通深层搅拌水泥土桩节省15%的水泥，比旋喷桩节省50%的水泥。2.3该技术采用的复合钻具的特征是上部1/41/3是长螺旋钻杆，下部为搅拌钻具，孔内进行部分取土，孔口少返浆或不返浆。保证现场文明施工，施工满足绿色环保要求。,2.4利用长螺旋钻机强大的动力和扭矩穿透硬土层，钻头上除了侧面对称设置2-6个喷嘴外，在底部设置一个或多个喷嘴，提高其切削，翻搅的能力，硬土层也可快速钻进，大大减小其搅拌下钻的阻力，解决了硬土地层帷幕施工的难题。2.5该技术结合了长螺旋钻机、搅拌钻机和高压旋喷钻机的优点，施工速度快，比普通深层搅拌桩或旋喷桩缩短3
6、0%50%的工期。2.6从工程实践及施工要点上，长螺旋旋喷搅拌桩施工能达到设计的直径和设计的深度，有其独特的优越性。在质量上容易控制，根据所在工程地质状况，合理确定施工参数，合格率为100%。,3、适用范围,长螺旋旋喷搅拌帷幕桩适用于素填土、粉土、粘性土、砂土及可钻进的砂层、卵砾石层等；引孔直径不宜大于800mm，桩长不宜大于30m。,4、工艺原理,在已施钢筋混凝土护坡桩之间，先用长螺旋钻机引孔，选择好土回填，然后用长螺旋旋喷搅拌桩机以“旋喷+搅拌”复合的方式形成水泥土帷幕桩，与护坡桩共同形成止水帷幕。长螺旋旋喷搅拌桩钻机采用在长螺旋钻机上加上搅拌杆，钻头上带有搅拌叶，搅拌叶两侧带有水平方向的
7、高压喷头，在喷射高压水泥浆液的同时机械搅拌土与水泥浆。该技术结合了长螺旋钻机、搅拌钻机和高压旋喷钻机的优点，发挥了长螺旋钻机大动力大扭矩特点，解决了在硬土层基坑维护施工中“搅不动”“喷不动”等难题。,5.工艺流程及操作要点,5.2测量放线定桩位：帷幕桩放桩位前将已施护坡桩桩头全部露出。按桩位设计图纸要求，测设桩位轴线、定位点，可采用直径不小于25钢筋在桩位处扎入深度不小于300mm的孔，填入白灰并插上钢筋棍，标识桩位。所有桩位宜一次全部放完，并由技术负责人组织质检员、班组长共同对桩位进行检查，确认准确无误后，与甲方或监理办理预检签字手续。,5.3长螺旋钻机就位引孔钻机就位：根据桩长安装适宜钻臂
8、及钻杆，连接稳固，钻机定位后，四支腿支垫平稳，保持钻塔的垂直。钻杆垂直度靠钻机自身配备的双线锤和钻机上的水平尺进行双控，垂直度偏差不大于0.5%。必要时采用经纬仪协助监测。钻机定位后，进行复检，钻尖与桩点偏移不得大于20mm，钻机启动前应将钻杆、钻尖内的土块等清理干净。钻机引孔：启动钻机钻进成孔。刚接触地面时，下钻速度要慢，施工中严格控制钻进速度，钻进速度根据地层情况按成桩工艺试验确定的参数进行控制，达到设计标高后停钻，由质检员验收。5.4提钻选土回填提出引孔钻机的钻具，用人工或小型机械配合回填钻出的虚土至适当标高为止；遇大块石块等需进行分拣。必要时选择好土回填。如临近建构筑物道路地下管线等，
9、为防止取土对周围环境造成影响，可反转上提土留在孔内。,5.5长螺旋旋喷搅拌桩机就位引孔完毕后，将长螺旋旋喷搅拌钻机就位或将长螺旋钻具更换为喷搅复合钻具，组装调试旋喷搅拌设备，确保设备运转正常，注浆管路畅通。钻杆垂直度靠钻机自身配备的双线锤和钻机上的水平尺进行双控，垂直度偏差不大于0.5%。必要时采用经纬仪协助监测。5.6 水泥浆配制过滤按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，水灰比宜为1.0-1.5，在搅浆桶里搅拌均匀后，经60目筛过滤，放入储浆池中；储浆池中放置泥浆泵，对水泥浆进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀；注浆泵泵头用细目纱网罩罩住，防止吸入粗颗粒物而堵塞钻头喷嘴。,5.7水泥浆旋喷复合喷搅
10、钻具向下钻进同时开动注浆泵，泵送高压水泥浆至孔内，泵压宜为20-30MPa，边旋喷边搅拌，给进至设计标高，按设计提升速度提升钻具，同时旋喷搅拌，至设计标高时停止泵送水泥浆和搅拌。遇砂卵石层等特殊情况，进行重复旋喷搅拌或定喷，采用多遍搅喷或定喷增加成桩直径或定喷控制宽度，提高止水性能。5.8清理钻具进行下一根桩施工钻具提出后，将钻具上浮土人工清理干净，检查并确保钻头上喷嘴畅通，然后移至下一桩位进行下一根桩施工。,6.1材料要求6.1.1水泥强度等级不宜低于32.5，质量符合GB175通用硅酸盐水泥、GB1344矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥、GB12958复合硅酸盐水泥的规
11、定，并具有出厂合格证明文件和检测报告。6.1.2粉煤灰宜选用级或级粉煤灰，细度(45m方孔筛)分别不大于12%和25%，质量检验合格，掺量通过配比试验确定。6.1.3膨润土可采用细度200目钙基、钠基、锂基膨润土。6.1.4其他外加剂宜选用粉状外加剂，质量符合相关标准要求，掺量和种类根据施工季节通过配比试验确定。6.1.5搅拌用水应符合JGJ63混凝土搅拌用水标准的规定。,6、材料与设备,6.2施工机具设备6.2.1成孔及喷搅设备：长螺旋钻机动力性能满足成孔直径、成孔深度要求。喷搅钻机提升速度不大于1.2m/min，喷搅钻机设有护筒等导正装置。6.2.2搅浆储浆过滤设备：搅浆机功率不宜小于2.
12、5kw，搅浆桶及储浆桶可选用1.51.8m3规格或根据工程需要选用；过滤筛应选用过滤网或电动振动筛,过滤网采用60目以细。6.2.3高压泵及启动柜：高压泵功率不小于90kW，额定泵压不小于24Mpa，额定泵量不小于200L/min。启动柜额定电压380V,额定电流不小于90A。6.2.4高压胶管：能满足40MPa压力。6.2.5 钻头钻具:钻头直径一般为300800mm；喷嘴直径、数量等满足工程需要，喷嘴数量一般为49个；钻具为厚壁钢管丝扣连接。6.2.6铁锹、测量仪器等其它辅助工具，满足工程需要。,7、质量控制与验收,7.1质量控制7.1.1水泥等材料应按要求复试合格后方可使用；7.1.2钻
13、头直径应不小于设计钻头直径20mm；7.1.3 长螺旋钻机引孔并回填后，应在桩位中心用钢筋做好标识或将桩孔预留一定深度，便于长螺旋旋喷搅拌桩机严格按要求对中，由指挥员负责逐一落实；7.1.4水灰比、泵压、提下钻速度、上下遍数及钻杆的垂直度应按工艺性试验确定的参数施工，并在施工过程中经常检查；7.1.5当先施工护坡桩时，护坡桩施工应采用避免塌孔的施工工艺，桩位偏差不大于20mm，垂直度不大于0.5%；,7.2验收,8.安全措施,8.1建立安全生产责任制：认真贯彻安全第一、预防为主的方针。8.2建立安全检查制度：安全员每天检查，发现问题及时纠正，总承包项目部每周组织一次检查，对查出的问题限时整改，
14、做到定人、定措施，检查有记录。8.3加强对设备的检查、保养、维修，保证安全装置完备、灵敏、可靠，确保设备的正常安全运行。高压胶管接头应连接牢固可靠，每班组对高压胶管及接头处进行一次巡视检查，避免高压管破裂或接头松动伤人。8.4压浆、搅浆、必须配戴防护眼镜。8.5打孔前要摸清地下障碍情况，以保证施工安全。8.6施工机械不得碰轧供电、排水系统。8.7施工用电必须符合用电安全规程。现场电器设备要有现场要达到三级配电、三级漏电保护。8.8夜间施工要有足够照明设备，手把灯必须采用36v低压电。,8.9操作人员必须持证上岗，严格按照钻机规程操作，严禁无证操作；8.10钻机在使用前，应按规程检查设备状态，在
15、良好的状态下方能使用；8.11钻机在使用、组装、拆卸过程中，请无关人员离开机械和附近地区，并拉设警戒区域，竖立警示标识；8.12风力超过6级或大雨、大雾等恶略天气，禁止作业。,9、环保措施,9.1废浆排放控制（1）项目部设专人对现场的废浆排放系统进行定期检查，保证排放系统有效使用。（2）项目部设专人对废浆排放的设施每半月进行检查，并按规定进行记录。(3)施工过程中如出现孔口返浆，应采取措施使废浆实现有序排放，保证作业面干净，避免污染同时也便于准确定位。,9.2噪音控制（1）项目部各分项工程负责人应识别所做工作中有危害的噪声源，并将防噪措施向有关施工操作人员进行交底。（2）从声源上降低噪声，从根
16、本上防止噪声污染。（3）选用低噪音设备和工艺替代高噪音设备与加工工艺，例如低噪音风机、电动空压机等。（4）在声源处安装消声器消声。即在空气压缩机处设置阻抗复合消声器。在传播途径上控制噪音。（5）吸声：利用吸声材料(如玻璃棉，岩棉，毛毯，泡沫塑料等)吸收通过的声音，减少噪音。（6）所有进出现场的车辆禁止鸣笛，用灯光做信号。在现场出入口和坡道的醒目位置处做明显的禁止鸣笛的标识。（7）装卸货物时要有组织的进行，避免产生大的噪声。（8）为防止噪声打扰临近小区的居民生活，调整工序安排，尽量避免高噪音的机器夜晚工作，并将加工机器放在远离居民区的地点。,（1）项目部施工员或班组长应针对作业活动中易产生对人体
17、健康有害的粉尘，将控制措施和个人防护措施向有关操作人员进行交底。（2）施工用水泥、白灰、外加剂等散状颗粒物一律定点覆盖或入库存放。搬运、倾倒时，配料人员和机械操作人员必须佩戴防尘用品，并避免材料遗撒和飞扬。运输车辆一律进行有效覆盖。,9.3扬尘控制,9.4废弃物管理控制,（1）本工程我们通过施工过程的严格控制，施工时尽量建少建筑垃圾的产生。（2）对于现场产生的垃圾，应该进行垃圾分类，然后进入垃圾箱。（3）现场垃圾箱要做到全封闭，并且建造垃圾和生活垃圾要分开存放，施工垃圾应及时清运，适量洒水，减少形成扬尘。（4）对于一般性建筑垃圾和生活垃圾，项目部应联系环卫部门进行消纳。（5）对于有毒有害的废弃
18、物，应到工业有害废弃物管理中心进行消纳。（6）项目部现场的废弃物控制每半个月进行一次检查，并进行记录,9.5周围环境保护,(1)钻机引孔时如周围临近有建构筑物、道路、管线等，应采用反转上提等保护周围环境措施。必要时实施跳打。(2)如遇到周围环境对高压喷射敏感时，可采用低压或常压施工，以利保护周围环境。实施“跳打”，可隔一打一或隔几根打一根。相邻桩施工间隔时间不宜小于12小时。,10.效益分析,10.3社会效益10.3.1长螺旋旋喷搅拌桩可以使用在深层搅拌水泥土桩、旋喷桩作为深基坑帷幕“搅不动”“喷不动”地层，止水效果好，基坑安全稳定。为后期施工提供了良好的工作环境，加快了后期工程的顺利施工。1
19、0.3.2适用于硬土地区的深基坑支护帷幕，质量可靠，具有非常广泛的推广应用前景。10.4环保、节能效益长螺旋旋喷搅拌桩对周围环境无污染。施工中无振动，低噪音。满足绿色环保要求。尤其在施工帷幕桩后插入型钢形成止水支护一体化的形式，之后拔出型钢，更显其环保、节能效益。,11.应用实例 应用实例1 北京大学留学生公寓楼基坑工程,图4：帷幕桩桩径,旋喷搅拌桩施工完成后，根据成桩情况及前期经验，又进行了进一步实验，实验方式为：钻具下降过程中以用旋喷搅拌形式钻进，达到设计深度后调整钻头喷嘴的方向，以定喷的形式提升钻具，最终形成水泥土板组合桩，其长度达1.35m。成桩效果同样良好。效果图如下图5：,开挖后的
20、整体效果图 图6 图7,北京地铁7号线百子湾站位于广渠路和煤碳机械厂西路三岔路口南侧的原北京化工二厂北侧（规划为市政绿地），现况半壁店明沟上方，东西走向。车站主体标准段为双层双柱三跨箱形结构，两端头处为双层四跨及五跨箱形结构，主体总长235m。标准段结构总宽20.9m，总高13.5m，顶板覆土厚2.965m（车站有效站台中心处）。主体采用桩撑支护体系，车站两端接盾构区间，车站西端设盾构始发井，东端设盾构接收井。采用明挖法施工，桩撑支护体系。,应用实例2 北京市地铁7#线百子湾明挖车站帷幕工程,由于围护桩施工采用旋挖钻机，孔口护筒直径大于桩设计直径，加之怕凝固而提前拔出护筒，造成混凝土流动形成“
21、大脑袋”，两围护桩间距更小，有的部位只有200mm，直径600mm的长螺旋钻头下钻就显得困难。更有甚者，东端E01E50围护桩由于杂填地层原因人工护壁挖孔达10m深，靠人工二次凿除护壁几乎不可能。还有旋挖钻机施工厚砂卵石地层形成坍塌灌注混凝土后形成“大肚子”，也使得长螺旋钻具不能顺利按设计桩位下钻，后移同样造成止水效果差。为了克服上述“大脑袋”、“大肚子”等问题，采用了长螺旋潜孔锤振动旋喷桩方法进行钻进，钎头直径203mm，为了克服桩位不准，并最大限度封闭两围护桩之间的空间，将帷幕桩布置在两护坡桩正中。这样做还有一个好处，即使在开挖后出现局部渗漏时也能较清楚的看见漏水部位，便于堵塞；也便于开挖
22、后取样进行强度和渗透性测试。现场采用了“三遍水，五遍浆”工艺，每天24小时可完成1012根桩。加之原有的三台长螺旋旋喷搅拌钻机施工，可满足总体进度要求。开挖后止水效果好。图8 13。,应用实例3 中国建筑科学研究院科研试验大楼基坑工程,3.2地层情况 拟建场地标高为44.54-45.26m，地面下勘察深度范围内的土层划分为人工堆积层、第四纪沉积层，按地层岩性及其物理力学指标进一步划分为8个大层，各土层自上而下的分布简述如下：杂填土层粘质粉土层 粉质粘土层 粘质粉土层 中细砂层,粉质粘土层 卵石层 卵石层 卵石最大粒径18cm左右。3.3 水文地质条件拟建场地在勘察深度范围内分布有3层地下水：第一层为潜水，静止水位埋深4.1-6.4m；第二层为层间潜水，水位埋深13.0-15.5m；第三层为微承压水，水位埋深20.1-22.5m。地下水对混凝土结构无腐蚀性，在干湿交替作用条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性。,谢谢！,何世鸣,
