[发明专利]高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，进一步涉及交通市政路基与地基工程技术领域，具体的来说涉及软弱土体加固处理的技术领域。

背景技术

随着城镇化建设的飞速发展及全面建设小康社会战略的实施，对交通、市政及地下空间建设涉及的地基基础施工技术要求越来越高，水泥土搅拌桩技术，作为一种软弱地基加固处理与形成止水帷幕的绿色技术，达到了大力推广应用。为此对其施工质量和施工效率提出了较高的要求。然而，现行的单轴和多轴水泥土搅拌桩施工质量和施工工效已越来越不能满足当今地基工程发展需求，在影响工程质量和工期的同时，出现了大量的工程事故，造成了巨大的经济损失。

针对现行的单轴搅拌桩机、双轴搅拌桩机和三轴搅拌桩机的施工过程分析，可以看出：现行的单轴搅拌桩机如图1A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，喷浆口位于钻头位置，下钻喷浆。从时序图1B可看其施工工艺过程，上提搅拌轴时，喷射的浆液不能及时与土体搅拌混合，也会影响了加固的质量。

现行的双轴搅拌桩机如图2A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间布置一根喷浆管X4，喷浆口位于搅拌叶的上部，搅拌叶片分布在钻头附近一段范围内。下钻搅拌不喷浆，上提时喷浆搅拌，如时序时2B所示，现行的双轴搅拌桩施工工艺要求二喷三搅，即搅拌桩叶片从桩顶到桩低共要循环六次才能满足要求。在搅拌桩的底部，土体被搅拌破碎，但水泥等浆液无法喷入与土体混合，因为喷浆口一直位于搅拌叶片的上方，底部的土体被破碎后得不到水泥浆的混合搅拌，产生了一段软弱桩体，中间的桩体强度明显高于两侧，如图2C所示。

现行的三轴搅拌桩机如图3A所示，X1为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间搅拌轴X3在钻头底部喷气，两侧搅拌轴在钻头的底部喷浆。下钻和上提搅拌轴时均喷浆，如时序图3B所示。由于喷浆口位于两侧，喷射的浆液分布呈中间少，两侧多，导致搅拌桩体的强度呈中间低两侧高的分布，如图3C所示。

现行的单轴和多轴搅拌桩机施工过程主要存在以下几个问题：

1)、在现行的搅拌桩机中，其喷浆口要么位于钻头的底部位置(即搅拌叶片下部)，要么位于搅拌叶片的上部位置，当下钻过程喷浆时，岩土体没有被搅拌松动，喷射的浆液扩散间隙很小，其扩散的半径很小；当提钻喷浆时，浆液沿着钻杆的扩散阻力比向四周的扩散阻力小，出现大量返浆现象，浆液外液损失量较大；

2)、现有的水泥土搅拌方法为了达到浆液的充分扩散要求，通过增加水灰比来增加喷浆量，从而使水泥土的含水量增大，强度降低；

3)、现行搅拌桩机的喷浆口分布不均，使浆液在搅拌桩体中不能均匀扩散，导到浆液与岩土体中的混合十分不均匀，搅拌桩体的强度分布也严重不均；现行三轴搅拌桩每幅之间的套打法连接，更进一步加剧了这种强度分布的不均匀性。

4)、现行的二轴或三轴水泥土搅拌机中，喷浆与搅拌不能同时进行，使得喷射的浆液不能及时搅拌，而出现大量返浆现象，浪费了大量加固材料；

5)、单轴和双轴搅拌桩的搅拌桩机功率小，穿钻土层的能力低，搅拌加固的深度较浅，不能满足深厚软土加固的要求；

6)、现行的搅拌桩机的搅拌叶仅分布在钻头以上一米高的范围且转速较低，搅拌叶片与土体的接触机率少，不能将固化水泥浆与土体充分搅拌和切削，往往呈大的完整土块内没有一点浆液，形成的搅拌墙均匀性和密实性较差。对止水帷幕的质量有较大的影响，不适合用于砂性土体中形成的止水帷幕。对于喷浆口位于搅拌叶片上部的双轴搅拌桩，会在搅拌桩的底部形成一个天窗，不适合用作止水或地基加固。

7)、成桩效率低。无论是单轴、双轴还是三轴，成桩效率均比较低。单轴搅拌桩机每次成桩有效宽度只有400～700mm，双轴搅拌桩每次成桩的有效宽度仅为1.0m(以双轴搅拌桩为例)0三轴搅拌桩每次成桩有效宽度也仅为1.2m。且由于成桩宽度有限，造成设备频繁移机，大大降低作业效率。

8)、机械化水平低。现行的单轴或双轴搅拌桩设备多为走管式，设备移动慢易倾覆，移机的劳动量大；桩机垂直度、钻杆下钻和提升速度慢，扭矩小，钻头的切削能力小，完全依赖于人工控制速度，误差较大，影响成桩质量；

9)、水灰比、外加剂掺入量、浆液流量等关键指标的控制主要依赖人工，存在较大误差，影响成桩质量；