铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩联合的施工方法

摘要

本发明涉及基坑支护施工技术领域，公开了铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩联合的施工方法，包括固化剂和旋挖桩。所述固化剂的成分包括水泥熟料25‑35、生石灰6‑10、粉煤灰20‑30、脱硫石膏12‑20、矿渣微粉15‑25、十二烷基苯磺酸钠2‑5、碳酸钠2‑5、膨胀剂1‑2、高效减水剂2‑5。所述固化剂按原料配比与水混合拌制成固化剂浆液，所述固化剂浆液与土体槽的土体混合后凝固成防渗墙，所述防渗墙通过铣削装置切割形成有螺旋形的U型槽。通过U型槽内壁结构与旋挖桩实现紧凑、牢固地咬合连接，形成具有支护与止水效果的帷幕结构。通过固化剂浆液的拌制、同步制作土体槽和补充浆液、制作防渗墙、制作桩孔及制作止水帷幕的优化施工措施，有效降低施工难度和工程造价。

说明书

技术领域

本发明涉及基坑支护施工技术领域，具体而言，涉及铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩联合的施工方法。

背景技术

在目前的深基坑支护施工工艺中，常用的主要有三种施工工艺，分别是支护桩+桩间高压旋喷桩A、支护桩+外侧水泥搅拌桩C帷幕及咬合桩联合止水施工。其中，第一种、灌注桩B+旋喷桩A，如图1所示，采用钢筋混凝土钻孔灌注桩B作为支护桩，待支护桩终凝后，在支护桩间施工高压旋喷桩A，支护桩与高压旋喷桩A相互咬合搭接共同形成支护和止水帷幕。第二种、灌注桩B桩+搅拌桩C，如图2所示，采用钢筋混凝土钻孔灌注桩B作为支护桩，待支护桩终凝后，在支护桩的外侧施工一排连续搭接咬合的水泥搅拌桩C作为止水帷幕，即支护桩与止水帷幕分开设置。第三种、咬合素桩D+咬合荤桩E，如图3所示，采用钢筋混凝土钻孔灌注桩B作为支护桩(简称荤桩)，待支护桩终凝后，在支护桩之间插打一根素混凝土钻孔灌注桩B(简称素桩)，素桩采用无钢筋笼的低标号素混凝土浇灌，这样荤桩与素桩相互咬合形成支护兼止水帷幕。

但是，以上三种常用的施工均有不同程度的缺点，比如，第一种的灌注桩B+旋喷桩A，其支护桩间的旋喷桩A由于采用高压喷射水泥浆液的形式形成圆柱形的桩体，因此经常由于喷射直径不足，导致旋喷桩A与支护桩无法咬合搭接，形成薄弱点。在基坑开挖后极易产生漏水或渗水现场，同时该旋喷桩A造价较高，导致工程造价较高。第二种的灌注桩B+搅拌桩C，在灌注桩外侧施工水泥搅拌桩C止水帷幕，虽然造价较为低廉，但是存在两方面不足。第一是施工机械设备能力有限，水泥搅拌桩C不能在较为坚硬的地层内施工，导致常常施工深度难以达到设计要求；另一方面是搅拌桩C仅仅在支护桩外侧形成帷幕。但是灌注桩间的土体并未加固，一旦开挖，桩间土体极易破坏。第三种的咬合素桩D+咬合荤桩E，主要是价格过高，支护桩间的土体被素混凝土桩置换，素桩造价过高，导致工程造价较高。同时由于咬合素桩D和咬合荤桩E均采用钻孔灌注桩B工艺，因此，局部存在咬合搭接不足的缺点，导致漏水情况时有发生。

同时以上三种常见的基坑支护施工工艺均采用水泥作为喷浆材料，水泥浆与土体相互搅拌拌和形成水泥土墙起到止水的作用。但是水泥土墙的渗透系数一般只能达到10

发明内容

本发明的目的在于提供铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩联合的施工方法，旨在解决现有技术中，基坑支护止水帷幕容易漏水、渗水，防渗墙与支护桩之间结构咬合搭接不足，且施工难度大，工程造价较高等问题。

本发明是这样实现的，该铣削深层搅拌固化止水帷幕，包括固化剂和旋挖桩。所述固化剂主要成分包括水泥熟料25-35、生石灰6-10、粉煤灰20-30、脱硫石膏12-20、矿渣微粉15-25、十二烷基苯磺酸钠2-5、碳酸钠2-5、膨胀剂1-2、高效减水剂2-5。所述固化剂按所述原料配比与水混合拌制成固化剂浆液，所述固化剂浆液与土体槽的土体混合后凝固成防渗墙，所述防渗墙与旋挖桩相互咬合连接形成止水帷幕结构。

进一步地，所述固化剂浆液通过所述固化剂按照原料配比及水灰比为8-10％的方式配制而成。

进一步地，所述土体槽通过铣削装置在地层内切削而成；通过空压机和喷射机分别将压缩气体、所述固化剂浆液输送至所述土体槽内，所述固化剂浆液与所述土体槽的土体混合并固化成所述防渗墙。

进一步地，所述防渗墙与防渗墙的相对侧，通过旋挖钻机进行旋挖桩的桩孔时切割形成有套铣接头，并往所述桩孔中填充钢筋笼和混凝土形成所述旋挖桩。

进一步地，所述止水帷幕的渗透系数为10

一种固化止水帷幕与旋挖桩联合的施工方法，包括如下施工措施：

S1、固化剂浆液的拌制：在搅拌桶内注入清水，按照所述固化剂的原料配比及水灰比为8-10％计算所需固化剂的用量，然后依次将原料投入清水中搅拌≥20min。

S2、钻进制作土体槽：所述空压机和喷射机均与所述铣削装置连接，启动铣削装置向施工地层下钻进行制作土体槽，启动输送泵向所述铣削装置底部输送固化剂浆液，同时启动空压机向所述铣削装置底部输送压缩气体。所述固化剂浆液和压缩空气从所述铣削装置的铣轮中部竖直向土体槽内喷射，与被铣轮切割的土体颗粒混合形成流动状态的混合固化剂浆液，所述固化剂浆液在所述压缩气体的翻腾举升对流作用下和伴随着铣轮的不断旋转被不断搅拌均匀。

S3、提升搅拌：当所述铣轮向下钻进至设计标高后，开始提升搅拌铣轮速度控制，两个铣轮开始相对旋转，同时不断地向所述土体槽内补充喷射所述固化剂浆液和压缩气体。

S4、制作防渗墙：当所述铣轮提升至孔口后，所述固化剂浆液与所述土体槽的土体混合并固化成防渗墙。

S5、制作桩孔：在相邻的两幅所述防渗墙之间的相对侧，通过旋挖钻机进行旋挖桩孔，且在所述防渗墙的侧壁切割形成有套铣接头。

S6、制作止水帷幕：所述旋挖钻机按设计要求钻孔和清孔完毕后，往所述桩孔中吊放钢筋笼，下放浇灌导管，浇灌混凝土，经过维护后形成旋挖桩，所述旋挖桩与所述防渗墙相互压合镶嵌形成支护兼止水的止水帷幕。

进一步地，在S2步骤中，所述输送泵的输送压力值为2-3Mpa，输送泵流量为200-300L/min；所述空压机输送的压缩气体压力值为0.8-1Mpa。

进一步地，在S3至S4步骤中，两个所述铣轮在向下钻进切削时两个铣轮呈反向旋转，两个所述铣轮在到达设计槽孔底需要提升时两个铣轮呈相对旋转。

进一步地，在S5步骤中，所述旋挖钻机通过截齿对所述防渗墙的内侧壁切割，形成具有螺旋形的U型槽；所述防渗墙内侧壁切割的厚度为300-400mm。

进一步地，所述旋挖桩沿所述防渗墙的螺旋形的U型槽咬合镶嵌，相互形成止水帷幕结构。

与现有技术相比，该铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩联合的施工方法，包括固化剂和旋挖桩。所述固化剂主要成分包括水泥熟料25-35、生石灰6-10、粉煤灰20-30、脱硫石膏12-20、矿渣微粉15-25、十二烷基苯磺酸钠2-5、碳酸钠2-5、膨胀剂1-2、高效减水剂2-5。所述固化剂按所述原料配比与水混合拌制成固化剂浆液，所述固化剂浆液与土体槽的土体混合后凝固成防渗墙，所述防渗墙通过铣削装置切割形成有螺旋形的U型槽。通过U型槽内壁结构与旋挖桩实现紧凑、牢固地咬合连接，并形成具有支护与止水效果的帷幕结构。且通过固化剂浆液的拌制、同步制作土体槽和补充浆液、制作防渗墙、制作桩孔及制作止水帷幕的优化施工措施，有效降低施工难度和工程造价。

附图说明

图1是现有技术基坑支护施工中灌注桩+旋喷桩的结构示意图；

图2是现有技术基坑支护施工中灌注桩+搅拌桩的结构示意图；

图3是现有技术基坑支护施工中咬合素桩+咬合荤桩的结构示意图；

图4是本发明中防渗墙侧面旋挖土体槽与旋挖桩连接的结构示意图；

图5是本发明中防渗墙与旋挖桩构成套铣接头的连接关系示意图；

图6是本发明中防渗墙内壁或者说旋挖桩孔壁的螺旋形U型槽的结构示意图。

图中：01-防渗墙、02-旋挖桩、03-套铣接头、04-桩孔、041-U型槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供一种铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩02联合的施工方法，如图4至6所示，该铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩02联合的施工方法，包括固化剂和旋挖桩02。所述固化剂主要成分包括水泥熟料25-35、生石灰6-10、粉煤灰20-30、脱硫石膏12-20、矿渣微粉15-25、十二烷基苯磺酸钠2-5、碳酸钠2-5、膨胀剂1-2、高效减水剂2-5。所述固化剂按所述原料配比与水混合拌制成固化剂浆液。优选的，在实际应用中，使用搅拌桶内注入1000kg自来水，或者按照注水量为搅拌桶体积的一半，然后依次放入所述原料配比。按照水灰比8-10％的方式的比例计算所需的固化剂用量，对应的固化剂配比是：水泥熟料280kg、生石灰80kg、粉煤灰250kg、脱硫石膏140kg、矿渣微粉180kg、十二烷基苯磺酸钠20kg、碳酸钠20kg、膨胀剂10kg、高效减水剂20kg。

根据所优选的原料配比进行搅拌混合≥20min，每桶搅拌完成后，抽排至储浆桶内，储浆桶内有一台搅拌机始终不停搅拌，防止固化剂浆液沉淀。所述固化剂浆液配制完毕后，将所述固化剂浆液输送至土体槽进行混合处理，待凝固后形成防渗墙01。所述防渗墙01通过铣削装置切割形成有螺旋形的U型槽041。通过U型槽041内壁结构与旋挖桩02实现紧凑、牢固地咬合连接，并形成具有支护与止水效果的帷幕结构。再者，通过固化剂浆液的拌制、同步制作土体槽和补充浆液、制作防渗墙01、制作桩孔04及制作止水帷幕的优化施工措施，有效降低施工难度和工程造价。

针对上述附图的对应方案，下面展开具体实施例进行描述：

第一实施例

于本实施例中，请参考图4至6所示，该铣削深层搅拌固化止水帷幕及与旋挖桩02联合的施工方法，所采用的固化剂是通过优化原料配比和施工措施配制而成。具体地，所述固化剂主要成分包括水泥熟料25-35、生石灰6-10、粉煤灰20-30、脱硫石膏12-20、矿渣微粉15-25、十二烷基苯磺酸钠2-5、碳酸钠2-5、膨胀剂1-2、高效减水剂2-5，水灰比为8-10％。

所述固化剂中，所述水泥熟料的作用是增加土壤的结构性，将水泥熟料掺入到土体中后，在水的参与下水泥熟料会发生水解和水化反应，产生水合水化物。所述水合水化物会与黏土颗粒产生一系列的物理化学反应，形成水泥石骨架，从而提高了土的强度和稳定性。水合水化物中的Ca(OH)2的的物理化学作用又使粘土微粒形成稳定的颗粒，水泥石把这些颗粒汇聚在一起，并形成具有一定强度的个体。

所述粉煤灰是一种比水泥熟料还要细一些的粉状火山灰质材料，含有大量的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3及CaO等，通常SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量在75％以上。其中的SiO2、Al2O3含量较高，且具有较高的活性，可与水泥熟料水化时放出的Ca(OH)2作用，生成水化铝酸钙及水化硅酸钙凝胶，从而进一步促进水泥的硬化及强度的提高。同时粉煤灰的微珠效应，可改变水泥熟料的流变学性质，使加固土易于拌匀，易于密实，降低加固土孔隙，减小了孔径。粉煤灰对水泥熟料的分散作用，能促进水泥熟料的水化反应。另一方面，粉煤灰还起到填充的作用，粉煤灰细颗粒充填到固化土的孔隙中，提高了固化土的强度。

所述生石灰，其主要是用于吸水，并产生较大热量，使浆液处于一个温度较高的环境中，有利于提高微粒之间的化学反应速度和效果。当生石灰与土充分搅拌和混合时会发生一系列的化学反应和物理化学反应，此时主要有氢氧化钙结晶反应、离子交换反应、火山灰反应和碳酸化反应等。其中的火山灰反应则使土中的培矿物和活性硅在石灰的碱性激发作用下解离，并且在水的参与下与Ca(OH)2反应生成含水的铝酸钙和硅酸钙等胶结物。这些胶结物慢慢由凝胶状态转化到晶体状态，使生石灰土的刚度逐渐增大，水稳性和强度也相应提高。

所述脱硫石膏，脱硫石膏与水泥熟料共同与土壤作用，具有胶结土粒和膨胀填充孔隙的双重作用，对于加固高孔隙比的松散软土，是理想的固化剂材料，特别是对于单纯用水泥熟料加固效果不好的泥炭土、淤泥土等细颗粒土可以取得良好的加固效果。

所述矿渣微粉，矿渣微粉具有活性，矿渣微粉中掺入水泥熟料后，由于水泥熟料水化所产生的碱性环境，导致矿渣微粉水化速度会加快，水化产物早期的强度会显著提高。尤其是单独磨细后的矿渣微粉，单独磨细矿渣微粉的比表面积高于350m2/kg，这种单独磨细的矿渣微粉水化活性会大大增加。矿渣微粉的水化产物量迅速增多，水化完成后固化产物抗压强度提高。如果加入水泥熟料、脱硫石膏等碱性材料，会造成复合体系内的氢氧根例子浓度升高，高浓度的OH-会和矿渣微粉富钙相表面的Ca2+和Mg2+发生反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2。矿渣微粉的富钙相溶解，玻璃体表面被破坏，富硅相暴露出来，Ca(OH)2会和暴露出来的富硅相内的活性SiO2发生化学反应生成水化硅酸钙凝胶。随着反应的逐渐进行，水化硅酸钙凝胶的生成量逐渐增多，水化硅酸钙(C-S-H)凝胶开始胶结一些未发生反应的颗粒，并沉积在一起，浆体内水分含量降低并逐渐硬化，硬化后的浆体强度迅速增加，并最终变为脆性硬化体。

通过具体的施工措施进行优化止水帷幕的支护和止水效果，并降低施工难度和工程造价。于本实施例中，所述止水帷幕与旋挖桩02联合的施工方法，包括如下施工措施：

S1、固化剂浆液的拌制：在搅拌桶内注入清水，按照所述固化剂的原料配比及水灰比为8-10％计算所需固化剂的用量，然后依次将原料投入清水中搅拌≥20min。

S2、钻进制作土体槽：通过空压机和喷射机均与铣削装置连接，所述铣削装置具有双轮，启动铣削装置利用双轮向施工地层下钻进行制作土体槽。启动输送泵向所述铣削装置底部输送固化剂浆液，同时启动所述空压机向铣削装置底部输送压缩气体。所述固化剂浆液和压缩空气从所述铣削装置的铣轮中部竖直向土体槽内喷射，与被铣轮切割的土体颗粒混合形成流动状态的混合固化剂浆液，所述固化剂浆液在所述压缩气体的翻腾举升对流作用下和伴随着铣轮的不断旋转被不断搅拌均匀。

S3、提升搅拌：当所述铣轮向下钻进至设计标高后，开始提升搅拌铣轮速度控制，这时候两个铣轮开始相对旋转，同时不断地向所述土体槽内补充喷射所述固化剂浆液和压缩气体。

S4、制作防渗墙01：当所述铣轮提升至孔口后，所述固化剂浆液与所述土体槽的土体混合并固化成防渗墙01。

S5、制作桩孔04：在相邻的两幅所述防渗墙01之间的相对侧，通过旋挖钻机进行旋挖桩02孔，且在所述防渗墙01的侧壁切割形成有套铣接头03。

S6、制作止水帷幕：所述旋挖钻机按设计要求钻孔和清孔完毕后，往所述桩孔04中吊放钢筋笼，下放浇灌导管，浇灌混凝土，经过维护后形成旋挖桩02。所述旋挖桩02与所述防渗墙01相互压合镶嵌形成支护兼止水的止水帷幕。所述止水帷幕的渗透系数为10

根据以上所述的固化止水帷幕与旋挖桩02联合的施工措施，需要明确的是：

所述铣削装置优选采用双轮铣削搅拌桩机，所述空压机和喷射机均通过风压输送管连接至所述铣削装置的双轮头部。

在S2步骤中，所述输送泵的输送压力值为2-3Mpa，输送泵流量为200-300L/min；所述空压机输送的压缩气体压力值为0.8-1Mpa。所述固化剂浆液与被铣轮切割的土体颗粒混合形成流动状态的混合浆液，混合浆液在压缩空气的翻腾举升对流作用下同时伴随着铣轮的不断旋转被不断搅拌均匀。同时较大的土颗粒进一步被粉碎为细小的颗粒混合在浆液中。

在S3至S4步骤中，所述铣轮钻进至防渗墙01的设计标高后，提升双轮速度控制在控制在0.6-0.8m/min。具体地，两个所述铣轮在向下钻进切削时两个铣轮呈反向旋转，两个所述铣轮在到达设计槽孔底需要提升时两个铣轮呈相对旋转。

所述铣轮提升时，两个铣轮开始相对旋转，同时所述固化剂浆液和压缩空气从两个铣轮中间位置竖直向下被源源不断喷射，不断补充所形成的土体槽孔内的固化剂浆液。混合浆液内较大的颗粒进一步被铣轮和压缩空气粉碎为细小的颗粒，混合浆液内细小的颗粒在铣轮旋转力作用下和压缩空气升腾作用下被抬升至槽孔顶部。然后又从槽孔两侧沉入槽孔底部，周而复始，形成土体槽孔内的对流，混合浆液中的所述固化剂和土壤被充分搅拌混合。优选的，无论是钻进还是提升过程中，根据混合浆液流量计计算所述加固剂的使用量，所配置的固化剂应为所加固土体重量的20-25％。

当铣削装置的双轮提升至孔口后，便完成一副防渗墙01的施工，然后便可准备施工相邻的防渗墙01。待相邻两幅防渗墙01均养护三天以后，无侧限抗压强度达到0.6Mpa以上便可以施工中间的旋挖桩02。

请参考图4至5所示，在S5至S6步骤中，根据S4步骤中所完成的额防渗墙01养护三天后，通过所述旋挖钻机的截齿对所述防渗墙01的内侧壁切割，形成具有螺旋形的U型槽041。通过所述旋挖钻机的硬质合金截齿的筒钻旋挖在相邻两幅的防渗墙01之间施工出旋挖桩02的桩孔04，该旋挖桩02作为基坑支护桩。每根支护桩两侧的防渗墙01的侧壁被切割300-400mm的厚度。

由于带有截齿的筒钻向下旋转切割，因此两侧的所述防渗墙01被切割形成具有螺旋形的U型槽041，当往所述桩孔04中吊放钢筋笼，下放浇灌导管，浇灌混凝土，混凝土中的砂浆进入U型槽041保证和所述防渗墙01镶嵌密实，经过维护二十八天后形成旋挖桩02，起到更好的防渗效果。或者说，所述旋挖桩02沿所述防渗墙01的螺旋形的U型槽041咬合镶嵌，相互形成止水帷幕结构，所述止水帷幕结构的渗透系数为10

根据以上S1至S6的施工措施，优选的，注入1000kg的自来水，所述固化剂配比按水泥熟料290kg、生石灰70kg、粉煤灰240kg、脱硫石膏160kg、矿渣微粉200kg、十二烷基苯磺酸钠15kg、碳酸钠18kg、膨胀剂8kg、高效减水剂16kg。将上述固化剂的原料配比依次撒入自来水中混合均匀搅拌≥20min。得到固化剂浆液。然后采用普通粘性土拌和，粘性土含水量约为25-35％，掺量为每吨粘性土掺入固化剂浆液230kg，自来水200kg。将粘性土与固化剂浆液充分混合搅拌均匀，室温浸水放置七天，测定其无侧限抗压强度为1.9Mpa。

第二实施例

与第一实施例相同部分不再作赘述，根据以上S1至S6的施工措施，优选的，在基坑支护工程中，所述固化剂配比为每吨加固土体的原料配比为：水泥熟料60kg、生石灰13kg、粉煤灰46kg、脱硫石膏30kg、矿渣微粉40kg、十二烷基苯磺酸钠3kg、碳酸钠4kg、膨胀剂1.5kg、高效减水剂3kg。注入200kg自来水，利用搅拌机搅拌≥20min得到固化剂浆液。将配制得到的所述固化剂浆液与土体槽的土体混合固化后形成防渗墙01，待二十八天后对防渗墙01钻孔抽芯取多个芯样进行抗压试验，试验无侧限抗压强度为1.6-2.5Mpa。

根据上述实施例技术方案，采用所测定的配比固化剂浆液与土体槽的土体混合凝固形成的防渗墙01，所述防渗墙01与旋挖桩02相互咬合镶嵌连接形成止水帷幕机构，且形成的所述止水帷幕具备支护和止水的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。