潛孔沖擊高壓旋噴樁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑地基基礎(chǔ)施工中的成樁，特別涉及長螺旋潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝。用于施工止水帷幕樁、基礎(chǔ)樁、基坑圍護樁等，適用于素填土、雜填土、粘性土、砂土等一般地層，且特別適合于難以鉆進的砂卵礫石層、漂石、水工填海、拋石、混凝土舊基礎(chǔ)、基巖等復(fù)雜地層。

潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備專利目的

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的目的是提供一種潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備。

潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備技術(shù)方案

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的技術(shù)方案是：一種潛孔沖擊高壓旋噴注漿設(shè)備，該設(shè)備包括鉆機機架、鉆桿組合結(jié)構(gòu)、噴漿裝置、鉆頭、高壓空氣管路及高壓注漿管路；其中所述鉆機機架采用長螺旋鉆機機架，鉆機轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為長螺旋鉆機動力頭；所述鉆頭采用潛孔錘沖擊器，所述鉆桿組合結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有貫通至所述鉆頭的漿液管路及其外側(cè)的環(huán)空狀高壓空氣通路；高壓空氣管路連接到鉆桿上部，高壓空氣通過鉆桿的高壓空氣通路到達鉆頭，驅(qū)動所述沖擊器；高壓注漿管路連接到鉆桿上部，用于將高壓水泥漿或高壓水通過設(shè)置在鉆桿內(nèi)的管路到達噴漿裝置。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》還提出一種潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝，其利用潛孔錘沖擊器在沖擊下沉過程中產(chǎn)生一定的振動沖擊作用，通過高壓空氣驅(qū)動沖擊器，利用振動和高壓空氣對土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，同時，在沖擊器上部利用高壓水射流輔助的切割土體作用；利用高壓水、氣和振動對土體的切割破壞為后續(xù)噴射水泥漿提供條件，在潛孔沖擊器的高頻振動下，高壓水、高壓氣、高頻振動產(chǎn)生聯(lián)動機理，使周圍土體迅速軟化，處于一種流塑狀態(tài)，在高壓泵轉(zhuǎn)化為噴射高壓水泥漿后，這種流塑狀態(tài)的土和水泥漿充分混合，形成直徑較大、混凝土均勻的止水帷幕樁。

如上所述的潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝，其中，在用途為止水帷幕樁時，該施工工藝包括：

（1）測量放線定樁位：在施工完畢后的護坡樁之間施放樁位，將旋噴帷幕樁布置在兩根護坡樁之間的中心位置或該點后的一定距離；

（2）鉆進作業(yè)：潛孔沖擊高壓旋噴鉆機就位后，開動動力頭旋動鉆桿，向鉆桿底部的潛孔錘沖擊器提供高壓空氣，潛孔錘沖擊器在高壓空氣驅(qū)動下開始工作，在沖擊、振動和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進，當遇到堅硬地層或塊體時，直接沖擊破碎；

（3）噴射高壓水：鉆進的同時，向位于鉆桿下方、沖擊器上部的噴射器提供高壓水，其噴頭在不小于20兆帕的壓力下側(cè)向噴射高壓水流，切割軟化土體，經(jīng)過反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周圍一定范圍內(nèi)的土體充分軟化；

（4）噴射高壓水泥漿：當鉆桿周圍預(yù)定范圍內(nèi)的土體充分軟化后，將所噴射的高壓水切換為高壓水泥漿，經(jīng)過上下反復(fù)提鉆下鉆，形成水泥土樁。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的特點和優(yōu)點如下：

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》具利用沖擊器在沖擊下沉過程中產(chǎn)生一定的振動沖擊作用，沖擊器頭部噴出大量高壓空氣，振動和高壓空氣對土體結(jié)構(gòu)具有一定的破壞作用，為沖擊器上部高壓水射流切割土體起到輔助作用。高壓水、氣和振動對土體的切割破壞為下一步噴射水泥漿提供了條件，在潛孔沖擊器的高頻振動下，高壓水、高壓氣、高頻振動產(chǎn)生聯(lián)動機理，使周圍土體迅速軟化，處于一種流塑狀態(tài)，在高壓泵轉(zhuǎn)化為噴射高壓水泥漿后，這種流塑狀態(tài)的土和水泥漿充分混合，形成直徑較大、混凝土均勻的止水帷幕樁。

潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備改善效果

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》與截至2011年9月單管、雙管和三管噴射方法不同，也不同于背景技術(shù)部分所述的各種施工方法，其特點為：

（1）機械結(jié)構(gòu)簡單，采用一次成孔成樁模式，鉆桿不用重復(fù)拆卸，不用引孔，不用鑿除人工探孔混凝土。

（2）地層適應(yīng)性強，適用于素填土、雜填土、粘性土、砂土等一般地層，且適合于難以鉆進的砂卵礫石層，漂石、水工填海、拋石、混凝土舊基礎(chǔ)、基巖等復(fù)雜地層，特別是在護坡樁 止水帷幕支護體系中，可以在兩根護坡樁中間位置施工，即使護坡樁有擴徑現(xiàn)象也對其施工無影響，有著其它工藝所不具備的優(yōu)越性。

（3）提出了新的工作機理，在潛孔沖擊器的高頻振動下，高壓水、高壓氣、高頻振動產(chǎn)生聯(lián)動機理，成樁直徑較大，最大可達到1400毫米，且樁身強度較高。

（4）工藝過程清楚，易于施工操作，質(zhì)量及工期有保證。

（5）廢漿排放量小，水泥利用率高，有效的節(jié)約了工程成本。

2018年12月20日，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》獲得第二十屆中國專利優(yōu)秀獎。

潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備操作內(nèi)容

下面將結(jié)合《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》實施例中的附圖，對《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》一部分實施例，而不是全部的實施例?；凇稘摽讻_擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》保護的范圍。

如圖所示，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》提出一種潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝，其利用潛孔錘沖擊器在沖擊下沉過程中產(chǎn)生一定的振動沖擊作用，通過高壓空氣驅(qū)動沖擊器，利用振動和高壓空氣對土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，同時，在沖擊器上部利用高壓水射流輔助的切割土體作用；利用高壓水、氣和振動對土體的切割破壞為后續(xù)噴射水泥漿提供條件，在潛孔沖擊器的高頻振動下，高壓水、高壓氣、高頻振動產(chǎn)生聯(lián)動機理，使周圍土體迅速軟化，處于一種流塑狀態(tài)，在高壓泵轉(zhuǎn)為噴射高壓水泥漿后，這種流塑狀態(tài)的土和水泥漿充分混合，形成直徑較大、混凝土均勻的水泥土樁。

較佳地，結(jié)合圖1、圖3所示，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》用于止水帷幕樁的施工時，該施工工藝步驟包括：

1）在施工完畢后的護坡樁202之間施放樁位，將旋噴帷幕樁201布置在兩根護坡樁之間的中心位置或該點后的一定距離。

2）潛孔沖擊高壓旋噴鉆機就位后，開動大功率動力頭旋動鉆桿，向鉆桿底部的沖擊器提供高壓空氣，沖擊器在高壓空氣驅(qū)動下開始工作，在沖擊、振動和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進，當遇到堅硬地層或塊體時，直接沖擊破碎。鉆進的同時，向噴頭提供高壓水，沖擊器上部的噴頭在不小于20兆帕的壓力下側(cè)向（垂直鉆進方向）噴射高壓水流，切割軟化土體。

3）經(jīng)過反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周圍一定范圍內(nèi)的土體充分軟化，再將噴射高壓水切換為噴射高壓水泥漿，經(jīng)過上下反復(fù)提鉆下鉆，形成水泥土樁（或其他形狀的水泥土凝固體）。參照圖3所示。

可選擇地，在步驟3）后還包括：根據(jù)地層土質(zhì)情況結(jié)合試樁結(jié)果進行驗收，必要時進行重復(fù)旋噴；另一方面，必要時可對孔口進行補漿作業(yè)。

可選擇地，在步驟3）后還包括：按照規(guī)范要求留置試塊，進行樁身強度試驗和滲透性試驗。

在所述步驟1）中，將旋噴帷幕樁布置于兩護坡樁正中心向基坑外偏移100毫米，與護坡樁搭接不小于100毫米。

此外，鉆具噴射注漿時的提升速度為0.3～1.5米/分，通常不大于1.2米/分。

截至2011年9月工藝排樁施工在澆注水下砼時便會在此處形成擴徑（俗稱“大肚子”），鉆頭一旦遇上擴徑現(xiàn)象則會出現(xiàn)樁位偏移或無法鉆進現(xiàn)象?！稘摽讻_擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》能夠克服前述缺陷，如圖3所示，擬建結(jié)構(gòu)外墻203內(nèi)側(cè)有預(yù)留工作面204，原狀土體200內(nèi)已施工完成的圍護結(jié)構(gòu)護坡樁202，利用《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的上述工藝在相鄰的護坡樁之間形成旋噴樁201，這些旋噴樁能更好的與支護體系（護坡排樁）咬合，可以滿足最小排樁間距的施工要求，并能保證施工質(zhì)量和良好的止水效果，彌補施工工藝的不足，節(jié)約材料成本。

作為對上述施工工藝的應(yīng)用，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》還提出一種潛孔沖擊高壓旋噴注漿設(shè)備，結(jié)合圖2至圖6C所示，該設(shè)備包括鉆機、鉆桿組合結(jié)構(gòu)、噴漿裝置、鉆頭、高壓空氣供給管路及高壓注漿管路；其中所述鉆機采用長螺旋鉆機機架90，鉆頭采用潛孔錘沖擊器10，所述鉆桿組合結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有貫通至鉆頭的漿液管及其外側(cè)的環(huán)空狀高壓空氣通路；高壓空氣通過鉆桿組合結(jié)構(gòu)的高壓空氣通路到達鉆頭，驅(qū)動潛孔錘沖擊器；高壓注漿管路連接到鉆桿組合結(jié)構(gòu)的上部，高壓水泥漿或高壓水通過設(shè)置在鉆桿組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的漿液管到達噴漿裝置。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中，其主要改進點在于所采用的組合鉆具結(jié)構(gòu)（如圖4所示），該組合鉆具結(jié)構(gòu)包括鉆桿組合結(jié)構(gòu)、噴漿裝置和鉆頭，下面詳細說明。

由于無需將孔底的土排出，因此，鉆桿組合結(jié)構(gòu)較佳是采用石油鉆探鉆桿30，即外周不帶葉片的光桿，而非原長螺旋鉆機通常采用的帶有螺旋葉片的長螺旋鉆桿。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中，是以高壓空氣作為潛孔錘沖擊器10的驅(qū)動動力，較佳地，作為驅(qū)動動力的高壓空氣具有不小于2.0兆帕的壓力。《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的較佳實施例中，高壓空氣管路77與大功率空壓機71相連，較佳地，該高壓空氣管路77上還設(shè)有潛孔錘沖擊器的潤滑油箱72（請參見圖2所示）；高壓注漿管路87與高壓泵86相連，而高壓泵86連接水泥漿制漿系統(tǒng)和供水裝置，具體地，該水泥漿制漿系統(tǒng)包括攪漿桶81、濾漿桶82、儲漿桶83，供水裝置包括儲水桶84，儲漿桶83和儲水桶84通過漿水控制閥85與高壓泵86連接，以便能夠通過管路連接至鉆桿上端，提供高壓水或高壓水泥漿。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中，還提出一種新型噴漿裝置，用于與所述氣動沖擊器結(jié)合，如圖5A、圖5B所示，該噴漿裝置為一噴射器20，用于固定在潛孔錘沖擊器10的上端，噴射器20包括沿軸向延伸的中心漿液管29以及中心漿液管外圍的環(huán)空狀高壓空氣通路28，中心漿液管29上端通過高壓注漿管接頭21與貫通所述鉆桿組合結(jié)構(gòu)的漿液管連接并相通，噴射器20側(cè)壁開設(shè)有與中心漿液管29相連通的側(cè)向漿液噴口，所述噴射器20的高壓空氣通路28與鉆桿組合結(jié)構(gòu)中心的高壓空氣通路相通，且另一端與沖擊器10相通，為沖擊器10提供驅(qū)動動力。

進一步地，噴射器20的上、下端是分別利用上部連接接頭22和下部連接接頭25與鉆桿下端、沖擊器上端相連接，較佳地，上部連接接頭22和下部連接接頭25采用錐形絲扣結(jié)構(gòu)，以在固定并連通的同時提供可靠的密封。如圖5B所示，所述噴射器20的頂部設(shè)有用于固定漿液管29的固定架（或固定板）26，該固定架26與噴射器20內(nèi)壁間形成空隙，以作為高壓空氣通路。

如圖5A、圖5B所示，噴射器側(cè)壁的噴口內(nèi)裝設(shè)有高壓噴嘴23，噴嘴23可以通過無縫鋼管與噴射器中央的中心漿液管連接，拆裝方便?！稘摽讻_擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的一具體實施例中，該高壓噴嘴23采用空心硬質(zhì)高強螺栓230，該螺栓230與前述無縫鋼管螺接，且該高壓噴嘴23內(nèi)鑲嵌有硬質(zhì)合金的內(nèi)襯套231，內(nèi)襯套231沿高壓噴嘴23軸向伸出至高壓噴嘴23外，較佳地，內(nèi)襯套231的壁厚不小于1毫米，能承受高壓和耐磨，且不易堵塞。噴嘴直徑可以根據(jù)施工技術(shù)要求采用1.8、2.0、22型。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中，可以根據(jù)實際需要設(shè)置噴嘴的位置、方向和數(shù)量，較佳地，噴射器20沿徑向上的不同角度在不同的高度設(shè)有兩到三組噴嘴，每組噴嘴至少包括上下兩個噴嘴，且各噴嘴的軸向投影位置不相重合，較佳是均勻間隔設(shè)置。如圖所示的具體實施例中，該噴射器20背向設(shè)有左右兩組噴嘴，即兩組噴嘴相互間隔180度，其中左側(cè)的一組噴嘴位置偏下，右側(cè)的一組噴嘴位置略靠上方，這樣能夠在保證噴射器剛度的前提下達到均勻的旋噴效果。

由于截至2011年9月高壓噴射工藝所采用的噴嘴比較單一，方向基本固定，而且，噴嘴和噴射器是一體結(jié)合的，甚至是結(jié)合在鉆頭上，因此，每次整體更換的成本較高，單一修復(fù)時噴嘴壽命較短，噴嘴設(shè)置較多時較易堵管，噴嘴設(shè)置較少時成孔的自然條件和技術(shù)標準有一定局限性。《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》利用具有上述噴嘴的噴射器，不僅噴嘴壽命周期長，而且更換簡便，中間環(huán)節(jié)少，同時避免了在更換和修復(fù)時造成其他部位損壞的風險。

結(jié)合圖4所示，在《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的一較佳實施例中，鉆桿組合結(jié)構(gòu)由上而下包括同軸串接的動力頭、氣漿分離減震裝置40及鉆桿30，所述動力頭可直接采用長螺旋鉆機的動力頭（以下簡稱長螺旋動力頭50），所述氣漿分離減震裝置40設(shè)有進氣口，高壓空氣管路77與該進氣口相連，高壓注漿管路87連接到長螺旋動力頭50，即注漿泵的注漿管通過動力頭上部的高壓管路與鉆桿的中心管內(nèi)的注漿管連接，高壓水泥漿或高壓水經(jīng)過貫通長螺旋動力頭50、氣漿分離減震裝置40、鉆桿30的漿液管而由噴漿裝置噴出。

如圖6A、圖6B、圖6C所示，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》提出的氣漿分離減震裝置包括氣漿分離裝置和減震裝置，具體地，該氣漿分離減震裝置40具有一管體400，漿液管874軸向貫通設(shè)于該管體400中心，氣漿分離裝置43設(shè)于所述管體400的上部，減震裝置45設(shè)于管體400下部，具體為：

氣漿分離裝置包括管體和所述管體外周套設(shè)的進氣結(jié)構(gòu)，所述管體中心沿軸線貫通設(shè)置有漿液管，管體的側(cè)壁沿徑向開設(shè)一個或多個進氣孔432，管體內(nèi)壁與漿液管間隔設(shè)置形成環(huán)空部分，外部高壓空氣管路通過該進氣結(jié)構(gòu)、進氣孔432與環(huán)空部分連通形成高壓空氣通路。如圖所示，環(huán)空部分頂部封閉，且所述漿液管的上、下端分別設(shè)有螺紋連接接頭41。進一步地，如圖6A所示，進氣結(jié)構(gòu)包括筒狀的殼體430，該殼體430套設(shè)于管體外周，以在管體的進氣口與外部高壓空氣管路間形成相互連通的環(huán)形儲氣室433。較佳地，管體的進氣孔與外部高壓空氣管路為相對設(shè)置，進氣結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置于該殼體內(nèi)的橡膠密封結(jié)構(gòu)，該橡膠密封結(jié)構(gòu)包括分別設(shè)于該進氣孔432上方和下方的多個橡膠密封圈431。

減震裝置45主要包括管體外周套設(shè)的減震膠墊451，氣漿分離裝置43包括位于管體400上方的上部連接法蘭盤42以及位于管體下方的下部連接法蘭盤46，管體的下部外周向外凸設(shè)有連接凸臺48，該連接凸臺48與下部連接法蘭盤46上設(shè)有對應(yīng)的膠墊固定孔，管體的連接凸臺48與下方的下部連接法蘭盤46間形成凹槽，減震膠墊451上設(shè)有與膠墊固定孔相對應(yīng)的穿孔，以便利用螺栓453將減震膠墊451設(shè)于凹槽內(nèi)而卡設(shè)于該連接凸臺48與下部連接法蘭盤46間。如圖6A所示，為了進一步增強減震效果，在減震膠墊451的穿孔內(nèi)還設(shè)有減震彈簧452，減震彈簧452套設(shè)在螺栓453外周，較佳地，每個減震膠墊的穿孔內(nèi)設(shè)有單獨的減震彈簧452，使得每個螺栓453外周串設(shè)有多個減震彈簧452。通過減震裝置的設(shè)置，可有效地減少鉆頭沖擊對動力頭的震動影響。

減震膠墊431呈圓環(huán)狀，對應(yīng)的管體下端402的外周內(nèi)縮形成用于安裝減震膠墊431的階梯結(jié)構(gòu)。在減震裝置完成組裝后，利用前述減震彈簧452和減震膠墊451使得該管體部分與下部連接法蘭盤46間具有一較小的間隙（較佳是1厘米～2厘米），以利于緩沖減震。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的減震裝置中，減震膠墊431有良好的密封性，可以減少氣動損失量，還可以起到減震作用；在整個系統(tǒng)組裝緊固螺栓時，減震彈簧452對減震膠墊451的螺栓孔起到很好的支撐作用，同時能夠減少其它部位帶來的沖擊，具有緩沖效果。

如圖所示，較佳地，氣漿分離減震裝置通過位于管體400上方的上部連接法蘭盤42與長螺旋動力頭的連接法蘭盤螺紋連接，并通過位于管體下方的下部連接法蘭盤46與鉆桿上端的連接法蘭盤螺紋連接。此外，所述管體400上端401處是形成錐形絲扣結(jié)構(gòu)，以與上部連接法蘭盤42相密封連接；管體400下端402處形成外圓內(nèi)方的結(jié)構(gòu)，即其下端形成方形內(nèi)孔403，而下部連接法蘭盤46上端462形成外方內(nèi)圓的結(jié)構(gòu)，以便將下部連接法蘭盤46上端462套裝定位于管體400下端402。

貫設(shè)于《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的鉆桿組合結(jié)構(gòu)及噴射器中的漿液管路是采用高壓軟管或無縫鋼管，優(yōu)選是采用高壓軟管，以減小鉆頭沖擊時對漿液管路的影響。

綜上所述，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的機械系統(tǒng)部分包括鉆機、鉆桿（內(nèi)含漿液管路）、噴漿系統(tǒng)、鉆頭（沖擊器），空壓機和供氣管路，高壓泵和高壓管路，制漿系統(tǒng)，供水管路。

其中鉆機機架部分采用長螺旋鉆機機架（不含其中的長螺旋鉆桿部分），鉆桿采用石油鉆探鉆桿，鉆桿的外徑較佳為90毫米～300毫米（例如142毫米），鉆頭部分為氣動沖擊器。機械整體的質(zhì)量易于控制，質(zhì)量穩(wěn)定性好，配件齊全，方便維修。長螺旋鉆機機架穩(wěn)定好，架身高，動力強，導(dǎo)向性好，效率高；鉆桿剛度強，采用帶密封的錐絲連接，導(dǎo)向性好，堅實耐用；氣動沖擊鉆頭具有主動沖擊能力，鉆進效率高，對堅硬塊體、巖石或硬地層（卵石地層）通過能力強，且導(dǎo)正效果好，易于控制鉆桿垂直度。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》在具體應(yīng)用時適應(yīng)性強，只需將長螺旋鉆機的長螺旋鉆桿部分更換為《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的經(jīng)改進加工的石油鉆桿部分，將高壓管路連接到鉆桿上部，其中一路為高壓空氣，另一路為高壓水泥漿或高壓水，高壓空氣通過鉆桿直接到達鉆頭，驅(qū)動沖擊器；高壓漿體或水通過設(shè)置在鉆桿內(nèi)的管路到達噴漿系統(tǒng)。高壓空氣由大功率空壓機提供，高壓漿體或水由高壓泵提供，高壓泵連接水泥漿制漿系統(tǒng)和供水管路。

施工時，鉆進就位，開動鉆桿（旋轉(zhuǎn)），向鉆頭（沖擊器）提供高壓空氣，向噴頭提供高壓水，沖擊器在高壓空氣驅(qū)動下開始工作，在沖擊、振動和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進，當遇到堅硬地層或塊體時，直接沖擊破碎。鉆進的同時，鉆頭上部的噴頭在約20兆帕的壓力下側(cè)向（垂直鉆進方向）噴射高壓水流，切割軟化土體。

經(jīng)過反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周圍一定范圍內(nèi)的土體充分軟化，將噴射高壓水切換為噴射水泥漿，再經(jīng)過上下反復(fù)提鉆下鉆，使土和水泥漿充分混合，制成水泥土樁（或其他形狀的水泥土凝固體）。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》充分利用了各部分的優(yōu)點，組合后的機械解決了在軟硬相間的復(fù)雜地層中進行高壓噴射注漿的工藝問題。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的工藝具有創(chuàng)新性，沖擊器在沖擊下沉過程中產(chǎn)生一定的振動沖擊作用，沖擊器頭部噴出大量高壓空氣，振動和高壓空氣對土體結(jié)構(gòu)具有一定的破壞作用，為沖擊器上部高壓水射流切割土體起到輔助作用。高壓水進入土體后沖擊器的振動作用對土體軟化起到輔助作用。高壓水、氣和振動對土體的切割破壞為下一步噴射水泥漿提供了條件，使水泥漿噴射的范圍加大，水泥漿和土的混合更充分。

該工藝與以前的單管、雙管和三管噴射方法不同，而且其機械結(jié)構(gòu)部分簡單，工藝過程清楚，易于施工，效果較好。

潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備應(yīng)用案例

為了更清楚地說明《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》實施例或截至2011年9月技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的具體應(yīng)用實施例進行例示性的說明，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的一些試驗應(yīng)用例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖及應(yīng)用。

• 應(yīng)用例1：某地鐵一標段止水帷幕工程

1、工程概況

該標段位于某市一公園內(nèi)，為某區(qū)間明挖基坑的止水帷幕，基坑開挖面積35000平方米，開挖深度11.5米，基坑安全等級為一級，破壞后果很嚴重。

2、工程地質(zhì)條件

施工范圍內(nèi)上覆第四系人工堆積層（Q4毫升），第四系全新統(tǒng)海相沉積層（Q4米），下伏震旦系長嶺子組板巖（Zwhc）。各地層分述如下：

（1）第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4毫升）：①1素填土，①2雜填土。

（2）第四系海相沉積層（Q4米）：②3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，②6卵石。

（3）震旦系長嶺子組板巖（Zwhc）：（12）1全風化板巖，（12）2強風化板巖，（12）3中風化板巖。

3、地下水特征

本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水，屬潛水，略具承壓性。

孔隙水主要賦存在填土層及卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強風化及中風化板巖中，在勘察期間穩(wěn)定地下水位埋深2.64～3.85米，水位高程1.17～1.66米。年水位變幅約1～3米。

孔隙水為海水，受潮汐影響。地下水水位隨海水水位變化（略有滯后），年平均潮位-0.066米，年高潮位1.954米，年最低潮位-2米，年平均高潮位0.964米，年平均低潮位-1.116米，勘察期間穩(wěn)定水位埋深1.4～2.0米，水位高程0.75～1.75米，抗浮水位標高為2.0米。

地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和水平向海排泄，主要補給來源為大氣降水垂直補給和海水的側(cè)向補給。

該地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，按長期浸水，該地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性；按干濕交替，該地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具強腐蝕性。地下水總礦化度為34795.6～38541.0毫克/升，為海水。

4、降水方案

根據(jù)地質(zhì)報告，本站位于填海地區(qū)，車站周圍地下水與海水連通，坑外降水不可行，經(jīng)論證，決定采用止水帷幕，坑內(nèi)降水方案。

5、施工設(shè)計參數(shù)

（1）止水帷幕設(shè)計采用雙排旋噴樁法，設(shè)計樁徑為700毫米，樁長12.0～25.5米，樁距400毫米，兩樁咬合部份為150毫米。

（2）旋噴采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量約為30％，必須滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002），旋噴用水滿足《混凝土攪拌用水》（JGJ63-89）要求。

（3）旋噴樁底面埋入至強風化層底面，頂面設(shè)置在水位以上0.5米。

（4）樁的垂直度允許偏差0.5％以內(nèi)。

（5）噴射用水泥漿水灰比1∶1，噴射壓力25～30千帕。

（6）旋噴樁止水帷幕滲透系數(shù)k≤1.0×10-6厘米/秒。

（7）鉆具噴射注漿時的提升速度不得大于1.2米/分。

（8）正式施工前需進行試樁，及時調(diào)整施工參數(shù)，以便滿足施工要求。

6、施工流程

（1）樁位測放。

（2）水泥、水、外加劑（三乙醇胺和水玻璃）等原材料進場復(fù)試。

（3）施工機械（潛孔沖擊高壓旋噴鉆機、空壓機、高壓注漿泵、攪漿桶、配電柜、濾網(wǎng)等）組裝就緒。

（4）按照設(shè)計水灰比配置水泥漿，經(jīng)攪拌均勻并過濾后放入儲漿池。

（5）鉆機就位，開動鉆機，按照前述施工工藝步驟進行旋噴樁的成孔成樁。

（6）按照規(guī)范要求留置試塊，進行樁身強度試驗和滲透性試驗。

7、止水效果

旋噴樁止水帷幕施工完成后進行了基槽的開挖，經(jīng)對帷幕樁進行剝露檢查，成樁情況良好，樁徑≥700毫米，樁長、樁徑、樁身強度等符合設(shè)計要求。開挖至基底標高無漏水現(xiàn)象，止水效果良好。

相鄰場地采用傳統(tǒng)旋噴樁施工方法，但止水效果較差，截至2011年9月仍無法進行開挖作業(yè)。

通過本次施工，使《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》和傳統(tǒng)旋噴樁的施工效果有了直觀的對比，更加突出了《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》對難以鉆進的砂卵礫石層，漂石、水工填海、拋石、混凝土舊基礎(chǔ)、基巖等復(fù)雜地層的適應(yīng)性，在工程的質(zhì)量、工期、造價等各方面均比傳統(tǒng)旋噴樁有較大的優(yōu)勢。

• 應(yīng)用例2：某地地鐵某站

1、工程概況

該站是該地鐵線的一個中間站。車站位于某廣場下，且沿該廣場一字形布置，為地下二層12米島式車站。

車站有效站臺中心里程處頂板覆土厚度為2.5米，底板埋深約15.81米。本站明挖基坑開挖寬度21.1米，深度16.01米，根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）的有關(guān)規(guī)定，本站基坑安全等級屬于一級。經(jīng)綜合比較及計算，車站主體圍護結(jié)構(gòu)采用直徑800毫米，樁間距1200毫米的鉆孔灌注樁。本站圍護結(jié)構(gòu)采用止水方案，止水帷幕原設(shè)計采用長螺旋旋噴攪拌樁施工。

2、工程地質(zhì)條件

（1）地層情況

地層表層為人工填土，其下為第四紀全新世沖洪積層（Q41a1 p1）、第四紀晚更新世沖洪積層（Q3a1 p1）?，F(xiàn)將鉆孔揭露深度范圍內(nèi)土層從上至下分別描述如下：

1）人工填土層：粉土填土①層，雜填土①1層。

2）第四紀全新世沖洪積層：粉土③層，粉質(zhì)粘土③1層，粉細砂③3層，粉質(zhì)粘土④層，粉土④2層，粉土④3層。

3）第四紀晚更新世沖洪積層：粉細砂⑤2層，粉質(zhì)粘土⑥層，粉土⑥2層，圓礫⑦層，中粗砂⑦1層，粉細砂⑦2層，粉土⑦3層，粉質(zhì)粘土⑦4層，粉質(zhì)粘土⑧層，粉土⑧2層，粉細砂⑧3層。

（2）、工程水文地質(zhì)條件

本場地賦存三層地下水，地下水類型分別為潛水（二）、層間潛水（三）和承壓水（四）。本次勘察未見上層滯水，但由于大氣降水、管道滲漏等原因，不排除局部存在上層滯水的可能性。地下水概況如下：

第一層：潛水，水位埋深10.10～11.60米，標高22.60～24.48米。其主要含水層為細中砂④3層、粉土④2層。

第二層：層間潛水，初見水位埋深15.75～17.00米，標高17.32～18.73米。其主要含水層為粉細砂⑤2層。

上層滯水主要接受大氣降水、管道滲漏及側(cè)向徑流補給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流、向下越流補給的方式排泄。潛水含水層巖性為細中砂④3層和粉細砂⑤2層，該層水透水性好，主要接受側(cè)向徑流及越流補給，以側(cè)向徑流方式排泄。第三層承壓水在基礎(chǔ)以下較大深度，對本工程影響不大。

3、原長螺旋旋噴攪拌樁止水帷幕設(shè)計參數(shù)

原設(shè)計采用長螺旋旋噴攪拌樁（請參見專利申請?zhí)?01010238461.4）作為止水帷幕，在圍護樁之間設(shè)置，與圍護樁咬合。攪拌樁原設(shè)計位于兩樁正中心向基坑外偏移300毫米，設(shè)計直徑不小于900毫米，與護坡樁搭接不小于100毫米，同時護坡樁頂高出潛水（二）水面1米、樁底嵌入基坑底面線以下5米。

4、原長螺旋旋噴攪拌樁止水帷幕存在的問題

（1）前置工序繁瑣：根據(jù)建委及四中心安質(zhì)二字【2010】006號文相關(guān)規(guī)定，在圍護樁施工前先進行人工探孔至原狀土，以確保地下管線安全。根據(jù)我標段實際情況，每個探孔基本在5米左右，由于人工探孔內(nèi)徑及護壁砼（15厘米厚、C25）的影響，則樁體灌注砼后頂部實際直徑為1100毫米，下部直徑為800毫米。因此在施工攪拌樁時，若采用原工藝施工，需要人工鑿除混凝土后方可長螺旋下鉆引孔，否則無法實現(xiàn)帷幕樁的互相咬合。

（2）鉆進可行性差：護坡樁在施工過程中，穿越砂層、礫石層時，極易因機械攪動或地下水涌水等外力影響下出現(xiàn)塌孔、流砂等現(xiàn)象，澆注水下砼時便會在此處形成擴徑（俗稱“大肚子”），鉆頭一旦遇上擴徑現(xiàn)象則會出現(xiàn)樁位偏移或無法鉆進現(xiàn)象，若不在樁處進行補樁，則無法達到止水效果。

上述問題已經(jīng)在該地鐵線其它標段顯露，對止水帷幕的工程質(zhì)量造成較大影響，經(jīng)論證研究決定，為徹底解決長螺旋旋噴攪拌站遇堅硬地層或結(jié)構(gòu)無法施工的問題，本項目采用潛孔沖擊高壓旋噴樁的工藝進行止水帷幕施工。

5、主要施工技術(shù)參數(shù)

（1）帷幕樁現(xiàn)布置于兩樁正中心向基坑外偏移100毫米，設(shè)計直徑不小于900毫米，與圍護樁搭接不小于100毫米，同時帷幕樁頂高出潛水（二）水面1米、樁底嵌入基坑底面線以下5米。

（2）施工前對樁位進行校驗，保證帷幕樁位準確。

（3）潛孔沖擊高壓旋噴鉆機就位、調(diào)平、調(diào)直，保證鉆桿垂直度偏差不大于0.5％。

（4）將長螺旋潛孔錘鉆機進行調(diào)試，確保設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，輸漿管路通暢，供漿正常。

（5）旋噴采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量約為20％。

（6）噴射用水泥漿水灰比1∶1，噴射壓力25～30千帕。

（7）旋噴樁樁身強度等級≥1.2兆帕，止水帷幕滲透系數(shù)k≤1.0×10-7厘米/秒。

（8）鉆具噴射注漿時的提升速度不得大于1.2米/分。

（9）正式施工前需進行試樁，及時調(diào)整施工參數(shù)，以便滿足施工要求。

6、成樁效果

帷幕樁先進行了3根試樁施工，開挖后成樁效果如下：

（1）開挖至3.5米，成樁直徑為1100毫米；

（2）開挖到5.0米，成樁直徑為1250毫米；

（3）開挖到8.0米，成樁直徑大于1300毫米；

（4）經(jīng)現(xiàn)場取芯試驗，樁身強度為3.0兆帕。

在施工過程中對工程樁進行開挖揭露，顯示旋噴樁與護坡樁咬合良好，止水效量顯著。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的上述兩個實施例表明，《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》貫徹了國家有關(guān)技術(shù)、經(jīng)濟政策，做到了技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量、保護環(huán)境。不但適用于素填土、雜填土、粘性土、砂土等一般地層，且適合于難以鉆進的砂卵礫石層，漂石、水工填海、拋石、混凝土舊基礎(chǔ)、基巖等復(fù)雜地層，特別是在護坡樁 止水帷幕支護體系中，有著其它工藝所不具備的優(yōu)越性。

《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》已以前述實施例詳細解釋，以便充分地理解用于提供這些加強的特征以及操作上的改進。此外，還可以理解這些附加的構(gòu)造特征以及操作改進可以單獨使用或者相互結(jié)合使用，而且單獨或者結(jié)合上述所有的特征和元件以及附圖中示出的實施方式的說明。因此，應(yīng)該理解本實用新型不限于任何具體的特征或元件的結(jié)合，并且在此描述的任何期望的特征組合都能被實施而不偏離《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的保護范圍。