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深基坑支护工程中常用的止水帷幕有高压旋喷桩(单管和多管)和搅拌桩(干法和湿法,单头和多头)两种。这两种传统方法已大量应用于工程实践中,受其施工工艺影响存在成桩速度慢、无法入岩,遇卵砾石成桩困难等缺陷而影响帷幕效果。在搅拌和高压浆两种工艺基础上利用长螺旋桩架开发成功的"多头长螺旋钻孔压浆搅拌排桩止水帷幕"技术成功地解决了这些问题,这三种工艺对比介绍如下:
一、高压旋喷桩帷幕成桩机理及工艺缺陷
(一)高压旋喷桩成桩机理
旋喷桩喷浆成桩前先用常规方法钻一小孔(直径90~130mm),然后在孔内下入高压旋喷管。单管旋喷时成孔钻杆和旋喷管可合二为一,利用高压浆(或与气、水的混合体)旋喷切削土体,使浆液与土体混合,硬化后成桩。浆液自孔底起喷,靠提管速度控制成桩直径。单管及二重管的浆液压力一般不小于20Mpa,三重管的浆液压力也不小于20Mpa.单管成桩直径较小,一般为0.4~0.6米,三管可达2.0米,但桩体强度低。
旋喷桩帷幕是由单个旋喷桩互相咬合并与支护桩交接形成。 来源:考试大
(二) 工艺缺陷
受前述工艺影响在不同环境下存在如下缺陷。
1、砾石层成孔困难
卵砾石层钻进历来是钻进工艺中的难点,合金和金刚石钻进都很困难;风动冲击钻进时,高压风极易使钻孔坍塌。
2、卵砾石层和岩石中成桩桩体缺陷多
基坑工程中卵砾石层往往是透水层,是帷幕止水重点。有的基坑持力层在岩层,要求止水帷幕深入岩层顶板一定深度以防基坑底涌水,青岛市区大量基坑存在这一透水层,而且都是承压水。
旋喷桩浆液无法穿透卵砾石层和岩层,造成这些部位的桩体缺失。青岛兴源大厦基坑、麒麟大厦基坑都因这些缺陷造成基坑大面积漏水或流砂。
3、受提管速度所限成桩速度慢
为保证桩体密实度和直径,拔管速度不能太快,这就影响成桩速度而且孔口冒浆量加大。 采集者退散
4、因孔口冒浆导致浆液浪费,造成旋喷桩造价太高
因孔底喷浆口细,加之浆液携带高压,孔口冒浆量势必增大,不仅浪费也造成现场环境污染。
二、深层搅拌桩帷幕
(一) 搅拌桩成桩机理
搅拌桩是通过有喷浆(粉)的钻头钻至预定土层,随钻头倒转提钻(孔口不出土)把浆液或干水泥与土体搅拌、固结成桩。由于桩机型号小,仅钻头部位有2~3片短螺旋,即使是多搅拌头,也是如此。
由于是搅拌成桩,系统压力仅保证浆液或干粉从钻头出口流出即可,因此泵压仅1.0~1.5Mpa便可满足工艺要求。
(二)搅拌桩帷幕缺陷
1、因孔口不出土,桩身加灰量少,造成桩体强度低
由于搅拌头为短螺旋,孔口不出土,加灰量受限,一般为12-15%,若想提高加灰量只能复搅,因此在粘土层中桩体强度很难超过5Mpa,砂层中也很难超过10Mpa.
2、短螺旋钻头为平底型,根本无法穿越卵砾石层或入岩因锥形搅拌头不利于浆液或干粉流均匀搅拌于土体中,所以厂家的钻头都为平底,一旦遇卵砾石或岩石,甚至密实砂层,钻头便无法穿越,也就不能成桩,形不成止水帷幕,因此其应用大大受限。
三、多头长螺旋钻孔高压浆搅拌排桩帷幕
(一) 成桩机理
多头长螺旋钻机在钻杆顶部配备大功率动力头(150~200kw),可以保证3~5根长螺旋钻杆不同向旋转钻进20~30m,配备不同形状的合金钻头,可使钻头入岩或穿越卵砾石层,密积的碎石随钻杆的旋转被螺旋叶片携带至地面,减少了钻进阻力。
由于采用高压注浆系统(5Mpa以上),钻进和提钻时随时可开泵注浆,因孔内部分土被提出孔外,孔内滞留疏松土体利于高压浆液渗透。www.tmgc8.com
(二) 多头长螺旋钻孔高压浆搅拌排桩帷幕的优点
1、帷幕可以穿越卵砾石层并入岩
由于钻头类型可以随岩土情况的不同进行更换,因此可以较容易地穿越卵砾石和进入强分化岩0.5~1米,这样形成的止水帷幕效果更好,应用更加广泛。
2、孔口冒浆少,浆液不浪费,利于现场文明施工
由于可随时开泵进行孔底高压注浆,因此孔内浆液可控制在孔口但不冒出,这样可保证不浪费水泥,而且无废弃浆液。
3、桩体强度高
由于该工法孔内土体被钻杆旋转提出一部分,孔内滞留土体疏松,且浆液为纯水泥浆,浆液渗透扩散效果好,因此桩体强度高,在土层和砂层中效果相近,28天强度可容易达到15~20Mpa.
4、成桩速度快
由于长螺旋钻进不靠浆液携带出碴,而是通过螺旋叶片连续旋转提升出土,钻进为全破碎,因此成桩速度很快。一般在砂或粘土层中,用三头长螺旋成10米压浆桩在浆液供应及时的条件下仅需20分钟。在青岛汇泉湾基坑工程中3Φ400、12米长的入岩压浆桩,每天单机可施工40~50支,形成帷幕40~50米长。
5、帷幕防渗效果好
帷幕可以无接头,布桩方式灵活,漏水概率少。
(三) 多头长螺旋钻孔高压浆搅拌排桩的技术要点
1、 单桩垂直度要求较高由于现有多头螺旋多为Φ200~400,帷幕较薄,因此施工时对桩机垂直度要求较高,尤其是垂直帷幕轴线方向的单桩偏斜不能超过1/4桩径,若相邻桩相向偏斜较大,就可能使帷幕分叉。因此,施工时桩机应随时进行水平和垂直度校正。
2、注浆技术要求
由于该种帷幕施工速度 快,要求浆液供应及时,因此注浆泵至少应有两台备用,而且储浆池的容不小于单桩用浆量,注浆时必须保证孔口返浆。
3、对设备技术要求
入岩施工时钻头出浆口应单向阀以防钻头堵塞,动力头中的分浆管路应经常疏通。
4、可以用作重力式挡墙支护和软基加固
该项技术因成套设备昂贵(约200万元),生产设备厂家正在申请专利,因此目前市场应用较少,在青岛市区2002年飞机场扩建和汇泉湾改造项目及威海海关基坑中已成功应用,与搅拌桩和旋喷桩相比,造价仅为旋喷桩的50%,单机效率是其10倍,具有非常大的经济和工期优势,帷幕效果更好,适应地层也更广泛,具很好的推前景。