公路施工：搅喷-定喷水泥土墙施工工法

搅喷搅喷- -定喷水泥土墙施工工法定喷水泥土墙施工工法 GGG（中企）A2-2016 方雪松 肖剑 刘启勤 禄苗苗 白士新 中冶交通建设集团有限公司 1.1. 前言前言 水泥土搅拌桩是在软弱地基处理和基坑支护工程中是一种常见的施工方法。水泥土搅 拌法按照施工工艺，可将其分为浆液喷射法和粉体喷射法两种，前者形成的加固体称为深 层搅拌桩，后者形成的加固体称为粉喷桩，二者统称为水泥土搅拌桩。水泥土搅拌法是用 于加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深 层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂浆液状或粉体状强制搅拌，利用固化剂和 软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度 的优质地基。其所形成的加固体与桩间土共同承担上部结构的荷载，从而提高地基的承载 能力，减少沉降变形。 大量工程实践表明，水泥土搅拌桩具有施工简单、快速等优点，能有效提高地基承载 力，作为围护墙使用有很好的防渗性能和稳定性。还可以用于地下管线的保护和水利工程， 防止管涌。在砂性土和粘性土中都能得到很好的应用。 水泥土搅拌桩越来越广泛的应用于基础工程领域。水泥土搅拌桩虽有一定搭接长度， 但在搭接咬合处的固结体是薄弱的，容易造成墙体强度降低和渗漏管涌。 搅喷-定喷水泥土墙施工技术是中冶交通建设集团联合建研地基和北京乾科共同研究开 发的一种新的施工方法，通过组合钻具能够解决水泥土搅拌桩施工中存在的桩身质量问题， 在软弱地基处理和基坑支护工程中是一种很好的施工方法。 2.2. 工法特点工法特点 第 1 页 共 11 页 该技术可广泛应用于软弱地基处理和基坑支护工程中，该技术施工迅速，施工成本低， 形成的隔离墙具有明显止水和增加强度的特点。特别是定喷装置的应用，解决了水泥土搅 拌桩搭接处的问题，具有广泛推广前景。 2.1 隔离墙强度高，且可控。 将水泥与原状土强制搅拌，经过一系列物理化学反应，使原状土固结成具有整体性和 一定强度的隔离墙，墙体强度相对较高。而且根据工程地质条件及现场需要，通过控制水 泥配比来控制墙体的强度。其强度主要与土的种类、含水量、土的有机质含量及土体围压， 水泥配比，养护龄期以及施工工艺等因素有关。 2.2 承载力大，解决了搅拌桩搭接处薄弱的问题 在搅喷完两根桩水泥浆未固化前，增加了一道定喷工艺，高压定向喷射水泥浆液，喷 射切割两根桩之间咬合的凸出部位，被切割的土体与水泥浆混合，形成固结体，最终形成 完整的矩形隔离墙。增加了水泥土墙的承载力和防渗性能。 2.3.施工方法简单，成本低，质量可靠。 该技术采用组合施工钻具，具有施工操作简单、效率高、施工成本低、工期短等特点， 增加的定喷装置有效解决了搅拌桩搭接处强度薄弱问题。 2.4 费用低廉，经济实用。 利用原状土为原料，加入少量固化剂，约占 15～20的土体重量，成本低。 3.3. 适用范围适用范围 本工法适用范围广泛，主要应用于工业民用建筑、市政、道路及港口、高路堤桥头接 线处、地下挡土结构等工程领域，适用于处理淤泥质土、粘性土、黄土、砂土、人工填土 和碎石土等地基。也可作为支护体系用于防止流砂、防止滑坡及止水围护等；还可用于地 基局部加固。但土中含有较多的块石、坚硬粘性土、大量植物茎或含有较多的有机质时， 处理效果较差。 4.4. 工艺原理工艺原理 第 2 页 共 11 页 水泥土搅拌桩具有施工简单、快速等优点，能有效提高地基承载力，作为围护墙使用 有很好的防渗性能和稳定性。水泥土搅拌桩虽有一定搭接长度，在咬合处的固结体是薄弱 的，容易造成墙体强度降低和止渗漏管涌。 利用高压旋喷、搅喷和定喷原理，利用现有部分装置，研制部分装置，形成一套孔内 组合钻具，在一定的工艺下可以建造成等厚水泥土隔离防护体系，再辅以不同的支撑结构， 来满足地下空间建造的需要。 4.1 孔内组合钻具 孔内高压旋喷、搅喷和定喷组合钻具由三部分独立的工作单元组成，短螺旋旋喷钻头 1、搅拌旋喷短节 2 和定喷单元 3，钻杆单元 4，钻杆内腔高压胶管同步单元 5，上接头 6 等，如图 4-1 所示。连接方式由下住上短螺旋旋喷钻头 1-法兰连接器-搅拌旋喷短节 2- 法兰连接器-带定位导向的钻杆（分固定长度和可伸缩钻杆二种）使用伸缩钻杆时的钻杆 内腔高压胶管同步单元上接头（使用伸缩钻杆时加装的单动高压胶管接头）。 1-短螺旋旋喷钻头 2-搅拌旋喷短节 3-定喷单元 4-钻杆单元 5-钻杆内腔高压胶管同步单元 6-上接头 图 4-1 组合钻具总图 第 3 页 共 11 页 4.2 基本原理 搅喷技术是在搅拌头螺旋叶片最外援对称位置设置 13 个高压喷嘴，高压泵通过钻杆 内导管与导流器链接，工作时高压泵将浆夜输送到喷嘴，喷嘴射出的高压浆液切削破坏土 体，同时随着钻杆的提升与旋转，切下来的土体与浆液更好的混合，经过化学反应形成水 泥土固结体。 定喷技术利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进土层预定深度后，高压将浆液从喷嘴中喷 输出来，当喷射流束固定一个方向喷射时，形成喷射流冲击破坏土层，土粒被剥落下来， 与浆液混合，形成板状固结体。 在搅喷完两个桩水泥浆未固化前，继续旋转钻进到桩底，这个过程不喷射。钻头到底 后停止动力头旋转，从地面在钻杆上快速装配新钻具。新钻具在钻杆上向下缓慢移动并启 动高压定向喷射水泥浆液，定向喷射切割第 1 桩和第 2 根桩咬合的凸出部位，被切割的土 体与水泥浆混合，形成固结体。整个定喷切割过程如图 1、图 2 所示， 重复此步骤，最终 形成矩形水泥土隔离墙。 图 4-2 定喷 图 4-3 切割平面图 5.5. 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 施工前必须全面掌握钻孔灌注桩的施工工艺，钻机的主要施工工艺流程如图 3 所示 第 4 页 共 11 页 桩位放样 平整场地 清洗机具 移位重复操作 泥浆制备 定喷 搅喷 预搅下沉 泥浆制备 钻机移位 搅喷 预搅下沉 组装定喷装置 第 5 页 共 11 页 图 5-1 施工工艺流程 5.2 操作要点 5.2.1 平整场地，施工放样 按设计和施工要求整体布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。 规划施工道路、料场和加工场，应与钻孔位置保持一定的距离，以免影响正常施工和隔离 墙质量；钻机应位于密实的填土上才能开钻，以免产生不均匀沉陷。 在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好 测量复核，最后请甲方和监理方验线（点）并确认。所有放线与验线应记录备案。 桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行墙体的位置放样，进行钻孔的标高放样时， 应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求 内。 5.2.2 组装钻进装备、制备泥浆 按工程项目实际需要选好钻机后，将所有装备、零部件运到现场指定位置。在平整密 实的平地上组装钻机、注浆泵，挖好泥浆池，连接管线和电缆，将孔内钻具也在地面组装 好。 泥浆由水、粘土膨润土和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大 静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用