一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法.pdf

本发明涉及一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，该施工工法使用机械是无挤土五轴水泥土搅拌机（即FCW-A工法机）。该机械采用五根并排钻杆布置，钻杆分为普通光面钻杆、带有小边距螺纹钻杆两种。五根钻杆可由此两种钻杆按照规则及施工要求进行自由组合。施工中通过小边距螺纹钻杆正转提土至地面来调节桩中土压的不平衡。采用本工法进行水泥土搅拌桩施工具有成桩速度快、搅拌均匀、强度高、抗渗透能力强、环保绿色等优点。

1.  一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，其特征在于，所述的施工 工法采用新型无挤土五轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩，所述的施工工法过程 中采用小边距螺纹钻杆正转向地面提升土体来平衡桩内由于喷浆而产生的压 力。

2.  根据权利要求1所述的一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，其 特征在于，所述的施工工法使用的五根钻杆由普通光面钻杆与小边距螺纹钻 杆向地面提升土体的体积及钻杆正转反转的方向来自由组成，组成的钻杆符 合正转向上提升土体的一般性原则。

3.  根据权利要求1所述的一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，其 特征在于，所述的施工工法使用的钻机的钻头搅拌页片最下部钻杆上有一个 喷浆口，搅拌页片的最上部钻杆上有一个喷浆口，喷浆口的打开通过施工过 程中钻杆正转与反转来控制，向下钻进时正转打开下部喷浆口，关闭上部喷 浆口；向上提升时反转打开上部喷浆口，关闭下部喷浆口。

4.  根据权利要求1所述的一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，其 特征在于，所述的施工工法喷浆后台采用变频喷浆系统，该后台根据不同土 层水泥浆液喷射量不同要求对不同土层实施不均匀喷浆操作。

5.  根据权利要求1所述的一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，其 特征在于，所述的施工工法前后台采用智能化监控系统，对钻杆钻进速度、 钻进深度、桩架垂直度及每米实时送浆量等信息进行监控集成，并提供数据 的查询及打印。

6.  根据权利要求1所述五轴水泥土搅拌桩施工工法，其特征在于，所述 的施工工法包括以下步骤：
（1）根据地层情况及施工要求确定小边距螺纹钻杆根数及排布位置；
（2）安装调试无挤土五轴水泥土搅拌桩机；
（3）放样，根据施工图放出桩位；
（4）在桩位区域开挖沟槽；
（5）无挤土五轴搅拌桩机移动至桩位；
（6）起动后台水泥浆搅拌系统，然后把水泥浆送至存浆桶；
（7）开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据:每米下降速度、 每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间；
（8）开启五轴水泥土搅拌桩机动力头驱动多功能钻头边搅拌边喷水泥 浆，正转下沉钻进底部喷浆口喷浆上部喷浆口关闭，五个浆泵同时喷浆，下 钻到设计桩底标高，与此同时利用小边距螺纹钻杆正转向地面提升适当土体 以平衡由于喷浆导致的桩内土压力，在设计底标高0.5～3.0m范围进行复搅， 停机后反转提升动力头上部喷浆口开始喷浆关闭下部喷浆口，边喷浆边提钻 至桩顶标高，与此同时小边距螺纹钻杆反转停止向地面提升土体，整个施工 过程一上一下二喷二搅完成整个桩体施工；
（9）关闭后台喷浆系统移至下一组桩位，重复以下过程。

一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法
技术领域
本发明涉及一种无挤土五轴水泥土搅拌桩施工工法，主要应用于民用及其工业基础设施建设中的基坑围护止水及加固领域，特别是在施工周边环境要求极高的地区，例如，地铁周边、闹市区、地下管线密布地区。 
背景技术
目前一般基坑围护止水和地基加固多采用二轴搅拌桩和SMW工法。 
二轴搅拌桩是80年代延用的工法，机架为井字架，走管式行走，稳定性极差，工效很低，劳动强度大，另动力头部分采用37kw的常规电机，起动动力不足。最深桩长只有18m，下部钻杆只有二道叶片，搅拌不均匀，下部成桩质量难以保证，每次成桩1.2米一组，造成桩搭接冷缝多，容易造成漏水等现象。而二轴搅拌桩施工采用的是“二喷三搅”的工艺，具体施工方法为钻杆带动搅拌页片第一次向下掘进，由于二轴采用独立喷浆管的模式，喷浆位于搅拌页片之上，向下掘进时不能达到搅拌的效果，因此第一次向下掘进被称为“预搅”。在提升过程中浆管喷浆，搅拌页片进行搅拌。由于页片的排数及动力方面的原因，二轴搅拌桩须完成“三上三下”的技术动作工程质量才有保障。也正因为如此，二轴搅拌桩施工工艺功效较低。 
SMW工法机架一般采用履带式或步履式三点桩架，行动工效得以提升；动力头电机相对于二轴也有大幅度提升；但SMW工法水泥掺量为20%，水灰比为1.5～2.0，水泥用量的加大直接导致造价的进一步提高。且SMW工法施工过程中会产生大量置换土不能回耕，会造成环境污染。而SMW工法的施工流程采用的是“一上一下，二喷二搅”工艺，施工过程中喷浆的同时须进行打气，帮助水泥土浆液拌合均匀不离析。 
二轴搅拌桩、三轴搅拌桩在施工过程中对周边环境的影响是不同的，这源于这两种搅拌桩的成桩机理不同。二轴搅拌桩采用的固化剂在原位与土进行强制搅拌，施工过程中由于喷浆导致桩内土压力增加，进而造成对周边环境存在挤土性；三轴搅拌桩的成桩机理是桩土置换式，水灰比较大，水泥掺 量较大，水泥土浆液流动性较好，这使得施工三轴搅拌桩过程中对外挤土现象较少，反之由于桩内压力减小进而造成周边土体向桩内发生变位。无挤土五轴搅拌桩成桩机理是选用二轴搅拌桩的原位强制搅拌成桩，但本施工工法利用小边距螺纹钻杆向地面提升土体，为搅拌桩内不平衡的土压力提供通道进行卸压，进而减少桩体施工对周边环境的影响。 
本发明很好的解决了二轴搅拌桩、三轴搅拌桩对周边环境影响的问题，搅拌桩施工工法功效快，施工机械自动化、智能化程度高，无挤土现象。在缩短工期、降低造价的同时做到了绿色施工无污染。 
发明内容
本发明的目的在于解决传统搅拌桩施工工艺中的优点，提供一种施工速度快、搅拌质量高、综合造价较低、环保绿色且对环境影响小的搅拌桩施工方法。该方法采用特种无挤土五轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩。 
本发明提供了可提高施工速度、保证施工技术、降低造价且无挤土的搅拌桩施工技术，具体方案通过以下技术手段来实现： 
一种无挤土的五轴水泥土搅拌桩施工工法，所述的施工工法采用新型无挤土五轴搅拌桩机施工水泥土搅拌桩，所述的施工工法过程中采用小边距螺纹钻杆正转向地面提升土体来平衡桩内由于喷浆而产生的压力。 
所述的施工工法使用的五根钻杆由普通光面钻杆与小边距螺纹钻杆向地面提升土体的体积及钻杆正转反转的方向来自由组成，组成的钻杆符合正转向上提升土体的一般性原则。 
所述的施工工法使用的钻机的钻头搅拌页片最下部钻杆上有一个喷浆口，搅拌页片的最上部钻杆上有一个喷浆口，喷浆口的打开通过施工过程中钻杆正转与反转来控制，向下钻进时正转打开下部喷浆口，关闭上部喷浆口；向上提升时反转打开上部喷浆口，关闭下部喷浆口。 
所述的施工工法喷浆后台采用变频喷浆系统，该后台根据不同土层水泥浆液喷射量不同要求对不同土层实施不均匀喷浆操作。 
所述的施工工法前后台采用智能化监控系统，对钻杆钻进速度、钻进深度、桩架垂直度及每米实时送浆量等信息进行监控集成，并提供数据的查询及打印。 
所述的施工工法包括以下步骤： 
（1）根据地层情况及施工要求确定小边距螺纹钻杆根数及排布位置； 
（2）安装调试无挤土五轴水泥土搅拌桩机； 
（3）放样，根据施工图放出桩位； 
（4）在桩位区域开挖沟槽； 
（5）无挤土五轴搅拌桩机移动至桩位； 
（6）起动后台水泥浆搅拌系统，然后把水泥浆送至存浆桶； 
（7）开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据:每米下降速度、每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间； 
（8）开启五轴水泥土搅拌桩机动力头驱动多功能钻头边搅拌边喷水泥浆，正转下沉钻进底部喷浆口喷浆上部喷浆口关闭，五个浆泵同时喷浆，下钻到设计桩底标高，与此同时利用小边距螺纹钻杆正转向地面提升适当土体以平衡由于喷浆导致的桩内土压力，在设计底标高0.5～3.0m范围进行复搅，停机后反转提升动力头上部喷浆口开始喷浆关闭下部喷浆口，边喷浆边提钻至桩顶标高，与此同时小边距螺纹钻杆反转停止向地面提升土体，整个施工过程一上一下二喷二搅完成整个桩体施工； 
（9）关闭后台喷浆系统移至下一组桩位，重复以下过程。 
本发明的有益效果为采用无挤土五轴搅拌桩机施工实现“一上一下，二喷二搅”工艺可在保证搅拌桩质量的前提下，提高生产效率并将对周边环境影响降到最低。由于本施工方法强调的是利用小边距螺纹钻杆正转向地面提升土体来降低桩内土压力，进而减少对周边环境的影响，因此可广泛应用于对周边环境影响要求较高的区域。由于施工过程中水泥浆液水灰比较小，水泥掺量少，相对于施工中同一类型的工艺造价降低近20%。 
附图说明
图1一种无挤土五轴水泥土搅拌桩施工工法工艺流程图 
图2无挤土五轴水泥土搅拌墙施工机械构成示意图 
图3无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图一 
图4无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图二 
图5无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图二 
图6成桩搅拌方向示意图 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 
实施例 
一种采用上述施工方法施工的五轴水泥土搅拌桩的施工机械如图2所示，主要包括以下几个部分：1.五轴动力头；2.导杆；3.无挤土五轴钻杆；4.五轴三点式桩架；5.自动化拌浆后台。图3为无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图一，6为普通光面钻杆；7为小边距螺旋钻杆；8、9为上部喷浆口；12、13为下部喷浆口，10、11为搅拌页片。图4为无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图二，14为普通光面钻杆；15为小边距螺旋钻杆；16、17为上部喷浆口；20、21为下部喷浆口，18、19为搅拌页片。图5无挤土五轴搅拌桩机上的钻头设计示意图三，22、23为小边距螺旋钻杆；24、25为上部喷浆口；28、29为下部喷浆口，26、27为搅拌页片。图6为成桩搅拌方向示意图。 
施工工法采用上述无挤土新型五轴搅拌桩机，该机械利用普通光面钻杆与小边距螺纹钻杆的组合钻杆进行施工，施工过程中利用特种小边距螺纹钻杆正转向地面提升土体来减少喷浆造成的桩内土压力不平衡的问题。此桩机具有位于钻杆内部的固化剂浆液输送通道；位于钻杆端部钻头在搅拌页片上下具有两个喷浆口，喷浆口的控制通过施工过程中钻杆正转与反转来控制；动力头五根钻杆与后台五台供浆泵相连同时供浆，同时喷浆，并且在施工过程中不打气的模式，实现固化剂与土体的原位强制搅拌；前台采用智能化监控系统，对钻杆钻进速度、桩架垂直度及每米实时送浆量等信息进行监控集成，并提供数据的查询及打印；具有变频电机的自动化后台，该后台可根据设计的要求对不同土层实施不均匀喷浆的操作，一上一下二喷二搅模式，通过喷浆口的转换，提升过程中喷浆得到了充分搅拌。 
施工流程包括以下几个步骤：①根据地层情况及施工要求确定小边距螺纹钻杆根数及排布位置；②安装调试无挤土五轴水泥土搅拌桩机；③放样，根据施工图放出桩位；④在桩位区域开挖沟槽；⑤无挤土五轴搅拌桩机移动至桩位；⑥起动后台水泥浆搅拌系统，然后把水泥浆送至存浆桶；⑦开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据:每米下降速度、每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间；⑧开启五轴水泥土搅拌桩机动力头驱 动多功能钻头边搅拌边喷水泥浆，正转下沉钻进底部喷浆口喷浆上部喷浆口关闭，五个浆泵同时喷浆，下钻到设计桩底标高，与此同时利用小边距螺纹钻杆正转向地面提升适当土体以平衡由于喷浆导致的桩内土压力，在设计底标高0.5～3.0m范围进行复搅，停机后反转提升动力头上部喷浆口开始喷浆关闭下部喷浆口，边喷浆边提钻至桩顶标高，与此同时小边距螺纹钻杆反转停止向地面提升土体，整个施工过程一上一下二喷二搅完成整个桩体施工；⑨关闭后台喷浆系统移至下一组桩位，重复以下过程。 
本发明所涉及的施工方法主要施工参数包括：①钻具下沉速度控制在0.5m/min～1.5m/min，喷浆量控制为总量的30%～70%；在设计墙底标高区间进行复搅，之后钻杆反转提升搅拌，提升速度控制在1.0m/min～1.5m/min，并喷浆70%～30%，对含砂量大的土层宜在搅拌墙底部2m～3m范围内上下重复喷浆搅拌。②浆液水灰比为0.8～1.2，水泥掺量为13%～15%。 
本发明所涉及的施工方法在施工前应对以下内容进行准备： 
施工前应掌握场地工程地质及环境资料，查明不良地质条件及地下障碍物的详细情况。对五轴水泥土搅拌墙成墙质量及施工安全有影响的地质条件，应详细调查。应评估成墙施工的环境影响，并采取针对性的技术措施。 
施工前应根据工程特点编制施工组织设计，制定应急预案；并应通过试成墙来确定施工机械、施工工艺及施工参数。 
监测点宜在五轴水泥土搅拌墙施工前设置。监测基准点应设置在五轴水泥土搅拌墙施工影响范围以外。 
施工前应平整场地，清除施工区域的表层硬物及地下障碍物，遇明浜（塘）及低洼地时应抽水、清淤，然后回填素土并分层夯实。场地路基的承载力应满足搅拌桩机平稳行走、移动的要求。 
测量放样定位后应做好复核工作，并经监理人员复核验收并签证。 
根据定位控制线开挖导向沟，并在沟槽边设置水泥土墙定位标志。 
施工操作前，应对施工机械各组成部分进行系统检查，五轴水泥土搅拌墙桩机经现场组装、试运行正常后方可就位。 
浆液制备和注入装置、浆液输送管线等组成的供浆系统，应先进行调试，试运转正常后方可开始五轴水泥土搅拌墙的施工。 
原材料进场时，应检查产品合格证、出厂检验报告。进场后，应按有关规定检验和复试，质量合格后方可使用。 
特殊土质水泥浆配合比宜通过室内和现场试验进行确定。淤泥和淤泥质土中应适当提高水泥掺量或掺加外加剂。 
本发明所涉及的施工方法在施工设备方面应做以下准备： 
应根据地质条件、周边环境、成墙深度及地下障碍物情况，选用合适的五轴搅拌机械及配套的机具设备。 
五轴水泥土搅拌桩机应符合以下规定： 
1 机架系统应具有自动水平偏差和垂直度调整功能； 
2 操作系统应具有自动操作功能，并应配备深度及固化剂流量监控装置和机具工作状态显示功能。 
3 动力系统应具有遇异常情况的自动停机功能。 
现场浆液制备和注入装置应符合下列要求： 
1 浆液制备能力宜为每日计划成墙方量的2倍； 
2 注浆泵的电机应能变频调节；注浆泵额定工作压力不宜小于1.5MPa。 
本发明所涉及的施工方法中五轴水泥土搅拌墙施工应注意以下要点： 
五轴水泥土搅拌墙施工机械就位应对中，平面允许偏差应为±20mm，立柱导向架的垂直度偏差不应大于1/250。 
在五轴水泥土搅拌墙止水帷幕施工中，应采用套接一孔施工法。 
对于硬质土层，可利用主机配备的加压卷扬进行加压钻进搅拌。 
浆液泵送量应与搅拌下沉或提升速度相匹配，保证搅拌桩中水泥掺量的均匀性。 
水泥浆液应按设计配比和拌浆机操作规定拌制。 
五轴水泥土搅拌墙施工过程中，应严格控制水泥用量，宜采用流量计进行计量。因搁置时间过长产生初凝的浆液，应作为废浆处理，严禁使用。 
施工时如因故停浆，应在恢复喷浆前，将搅拌机头提升或下沉0.5m。在确保桩体上下喷浆搭接0.5m后再进行施工。 
水泥土搅拌桩搭接施工的间隔时间不宜大于24h，当超过24h时，搭接施工时应放慢搅拌速度。若无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并应经设计单位认可后，在搭接处采取补救措施。 
采用五轴水泥土搅拌墙进行土体加固时，在加固深度范围以上的土层被扰动区应采用低掺量水泥回掺加固。 
若长时间停止施工，应对压浆管道及设备进行清洗。 
搅拌机头的直径不应小于搅拌桩的设计直径。水泥土搅拌桩施工过程中，搅拌机头磨损量不应大于10mm。