潛孔沖擊高壓旋噴樁簡(jiǎn)介

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(zhǎng)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(hù)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(jìn)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(zhuān)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(jī)機(jī)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(jī)機(jī)架采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)機(jī)架，鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)動(dòng)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(guò)鉆桿的高壓空氣通路到達(dá)鉆頭，驅(qū)動(dòng)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(guò)設(shè)置在鉆桿內(nèi)的管路到達(dá)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(guò)程中產(chǎn)生一定的振動(dòng)沖擊作用，通過(guò)高壓空氣驅(qū)動(dòng)沖擊器，利用振動(dòng)和高壓空氣對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，同時(shí)，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(dòng)對(duì)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(dòng)下，高壓水、高壓氣、高頻振動(dòng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)機(jī)理，使周?chē)馏w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(shí)，該施工工藝包括：

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

（2）鉆進(jìn)作業(yè)：潛孔沖擊高壓旋噴鉆機(jī)就位后，開(kāi)動(dòng)動(dòng)力頭旋動(dòng)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(dòng)下開(kāi)始工作，在沖擊、振動(dòng)和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進(jìn)，當(dāng)遇到堅(jiān)硬地層或塊體時(shí)，直接沖擊破碎；

（3）噴射高壓水：鉆進(jìn)的同時(shí)，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(guò)反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的土體充分軟化；

（4）噴射高壓水泥漿：當(dāng)鉆桿周?chē)A(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(guò)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(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)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(guò)程中產(chǎn)生一定的振動(dòng)沖擊作用，沖擊器頭部噴出大量高壓空氣，振動(dòng)和高壓空氣對(duì)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(dòng)對(duì)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(dòng)下，高壓水、高壓氣、高頻振動(dòng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)機(jī)理，使周?chē)馏w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?chē)娚浞椒ú煌?，也不同于背景技術(shù)部分所述的各種施工方法，其特點(diǎn)為：

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(qiáng)，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(jìn)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(hù)坡樁 止水帷幕支護(hù)體系中，可以在兩根護(hù)坡樁中間位置施工，即使護(hù)坡樁有擴(kuò)徑現(xiàn)象也對(duì)其施工無(wú)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(jī)理，在潛孔沖擊器的高頻振動(dòng)下，高壓水、高壓氣、高頻振動(dòng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)機(jī)理，成樁直徑較大，最大可達(dá)到1400毫米，且樁身強(qiáng)度較高。

（4）工藝過(guò)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(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

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(shí)施例中的附圖，對(duì)《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)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(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)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(hù)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(guò)程中產(chǎn)生一定的振動(dòng)沖擊作用，通過(guò)高壓空氣驅(qū)動(dòng)沖擊器，利用振動(dòng)和高壓空氣對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，同時(shí)，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(dòng)對(duì)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(dòng)下，高壓水、高壓氣、高頻振動(dòng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)機(jī)理，使周?chē)馏w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(shí)，該施工工藝步驟包括：

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

2）潛孔沖擊高壓旋噴鉆機(jī)就位后，開(kāi)動(dòng)大功率動(dòng)力頭旋動(dòng)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(dòng)下開(kāi)始工作，在沖擊、振動(dòng)和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進(jìn)，當(dāng)遇到堅(jiān)硬地層或塊體時(shí)，直接沖擊破碎。鉆進(jìn)的同時(shí)，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(jìn)方向）噴射高壓水流，切割軟化土體。

3）經(jīng)過(guò)反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周?chē)欢ǚ秶鷥?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(guò)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?qǐng)D3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(jìn)行驗(yàn)收，必要時(shí)進(jìn)行重復(fù)旋噴；另一方面，必要時(shí)可對(duì)孔口進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行樁身強(qiáng)度試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)。

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

此外，鉆具噴射注漿時(shí)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(shí)便會(huì)在此處形成擴(kuò)徑（俗稱(chēng)“大肚子”），鉆頭一旦遇上擴(kuò)徑現(xiàn)象則會(huì)出現(xiàn)樁位偏移或無(wú)法鉆進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)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(hù)坡樁之間形成旋噴樁201，這些旋噴樁能更好的與支護(hù)體系（護(hù)坡排樁）咬合，可以滿(mǎn)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(bǔ)施工工藝的不足，節(jié)約材料成本。

作為對(duì)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(jī)、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(jī)采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)機(jī)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(guò)鉆桿組合結(jié)構(gòu)的高壓空氣通路到達(dá)鉆頭，驅(qū)動(dòng)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(guò)設(shè)置在鉆桿組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的漿液管到達(dá)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(jìn)點(diǎn)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(xì)說(shuō)明。

由于無(wú)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(zhǎng)螺旋鉆機(jī)通常采用的帶有螺旋葉片的長(zhǎng)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(dòng)動(dòng)力，較佳地，作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的高壓空氣具有不小于2.0兆帕的壓力?！稘摽讻_擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的較佳實(shí)施例中，高壓空氣管路77與大功率空壓機(jī)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(rùn)滑油箱72（請(qǐng)參見(jiàn)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(chǔ)漿桶83，供水裝置包括儲(chǔ)水桶84，儲(chǔ)漿桶83和儲(chǔ)水桶84通過(guò)漿水控制閥85與高壓泵86連接，以便能夠通過(guò)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(dòng)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(guò)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(kāi)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(dòng)動(dòng)力。

進(jìn)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(shí)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(guò)無(wú)縫鋼管與噴射器中央的中心漿液管連接，拆裝方便。《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》的一具體實(shí)施例中，該高壓噴嘴23采用空心硬質(zhì)高強(qiáng)螺栓230，該螺栓230與前述無(wú)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(shí)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(gè)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(shí)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(dá)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(shí)噴嘴壽命較短，噴嘴設(shè)置較多時(shí)較易堵管，噴嘴設(shè)置較少時(shí)成孔的自然條件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)，而且更換簡(jiǎn)便，中間環(huán)節(jié)少，同時(shí)避免了在更換和修復(fù)時(shí)造成其他部位損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

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(shí)施例中，鉆桿組合結(jié)構(gòu)由上而下包括同軸串接的動(dòng)力頭、氣漿分離減震裝置40及鉆桿30，所述動(dòng)力頭可直接采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的動(dòng)力頭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)長(zhǎng)螺旋動(dòng)力頭50），所述氣漿分離減震裝置40設(shè)有進(jìn)氣口，高壓空氣管路77與該進(jìn)氣口相連，高壓注漿管路87連接到長(zhǎng)螺旋動(dòng)力頭50，即注漿泵的注漿管通過(guò)動(dòng)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(guò)貫通長(zhǎng)螺旋動(dòng)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(jìn)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(kāi)設(shè)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)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(guò)該進(jìn)氣結(jié)構(gòu)、進(jìn)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(jìn)一步地，如圖6A所示，進(jìn)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(jìn)氣口與外部高壓空氣管路間形成相互連通的環(huán)形儲(chǔ)氣室433。較佳地，管體的進(jìn)氣孔與外部高壓空氣管路為相對(duì)設(shè)置，進(jìn)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(jìn)氣孔432上方和下方的多個(gè)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(pán)42以及位于管體下方的下部連接法蘭盤(pán)46，管體的下部外周向外凸設(shè)有連接凸臺(tái)48，該連接凸臺(tái)48與下部連接法蘭盤(pán)46上設(shè)有對(duì)應(yīng)的膠墊固定孔，管體的連接凸臺(tái)48與下方的下部連接法蘭盤(pán)46間形成凹槽，減震膠墊451上設(shè)有與膠墊固定孔相對(duì)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(tái)48與下部連接法蘭盤(pán)46間。如圖6A所示，為了進(jìn)一步增強(qiáng)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(gè)減震膠墊的穿孔內(nèi)設(shè)有單獨(dú)的減震彈簧452，使得每個(gè)螺栓453外周串設(shè)有多個(gè)減震彈簧452。通過(guò)減震裝置的設(shè)置，可有效地減少鉆頭沖擊對(duì)動(dòng)力頭的震動(dòng)影響。

減震膠墊431呈圓環(huán)狀，對(duì)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(pán)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(dòng)損失量，還可以起到減震作用；在整個(gè)系統(tǒng)組裝緊固螺栓時(shí)，減震彈簧452對(duì)減震膠墊451的螺栓孔起到很好的支撐作用，同時(shí)能夠減少其它部位帶來(lái)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(guò)位于管體400上方的上部連接法蘭盤(pán)42與長(zhǎng)螺旋動(dòng)力頭的連接法蘭盤(pán)螺紋連接，并通過(guò)位于管體下方的下部連接法蘭盤(pán)46與鉆桿上端的連接法蘭盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(wú)縫鋼管，優(yōu)選是采用高壓軟管，以減小鉆頭沖擊時(shí)對(duì)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(jī)械系統(tǒng)部分包括鉆機(jī)、鉆桿（內(nèi)含漿液管路）、噴漿系統(tǒng)、鉆頭（沖擊器），空壓機(jī)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(jī)機(jī)架部分采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)機(jī)架（不含其中的長(zhǎng)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(dòng)沖擊器。機(jī)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(zhǎng)螺旋鉆機(jī)機(jī)架穩(wěn)定好，架身高，動(dòng)力強(qiáng)，導(dǎo)向性好，效率高；鉆桿剛度強(qiáng)，采用帶密封的錐絲連接，導(dǎo)向性好，堅(jiān)實(shí)耐用；氣動(dòng)沖擊鉆頭具有主動(dòng)沖擊能力，鉆進(jìn)效率高，對(duì)堅(jiān)硬塊體、巖石或硬地層（卵石地層）通過(guò)能力強(qiáng)，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(shí)適應(yīng)性強(qiáng)，只需將長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的長(zhǎng)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(jìn)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(guò)鉆桿直接到達(dá)鉆頭，驅(qū)動(dòng)沖擊器；高壓漿體或水通過(guò)設(shè)置在鉆桿內(nèi)的管路到達(dá)噴漿系統(tǒng)。高壓空氣由大功率空壓機(jī)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(shí)，鉆進(jìn)就位，開(kāi)動(dòng)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(dòng)下開(kāi)始工作，在沖擊、振動(dòng)和高壓空氣作用下，鉆頭部分一邊破壞土體一邊下沉鉆進(jìn)，當(dāng)遇到堅(jiān)硬地層或塊體時(shí)，直接沖擊破碎。鉆進(jìn)的同時(shí)，鉆頭上部的噴頭在約20兆帕的壓力下側(cè)向（垂直鉆進(jìn)方向）噴射高壓水流，切割軟化土體。

經(jīng)過(guò)反復(fù)提鉆下鉆，使鉆桿周?chē)欢ǚ秶鷥?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(guò)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(diǎn)，組合后的機(jī)械解決了在軟硬相間的復(fù)雜地層中進(jìn)行高壓噴射注漿的工藝問(wèn)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(guò)程中產(chǎn)生一定的振動(dòng)沖擊作用，沖擊器頭部噴出大量高壓空氣，振動(dòng)和高壓空氣對(duì)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(jìn)入土體后沖擊器的振動(dòng)作用對(duì)土體軟化起到輔助作用。高壓水、氣和振動(dòng)對(duì)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?chē)娚浞椒ú煌?，而且其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分簡(jiǎn)單，工藝過(guò)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(shuō)明《潛孔沖擊高壓旋噴樁的施工工藝和設(shè)備》實(shí)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(shí)施例進(jìn)行例示性的說(shuō)明，顯而易見(jiàn)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(yàn)應(yīng)用例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(biāo)段止水帷幕工程

1、工程概況

該標(biāo)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(kāi)挖面積35000平方米，開(kāi)挖深度11.5米，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，破壞后果很?chē)?yán)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(zhǎng)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(zhǎng)嶺子組板巖（Zwhc）：（12）1全風(fēng)化板巖，（12）2強(qiáng)風(fēng)化板巖，（12）3中風(fēng)化板巖。

3、地下水特征

本場(chǎng)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(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)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(biāo)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(bǔ)給來(lái)源為大氣降水垂直補(bǔ)給和海水的側(cè)向補(bǔ)給。

該地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，按長(zhǎng)期浸水，該地下水對(duì)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(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具強(qiáng)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(bào)告，本站位于填海地區(qū)，車(chē)站周?chē)叵滤c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(jì)參數(shù)

（1）止水帷幕設(shè)計(jì)采用雙排旋噴樁法，設(shè)計(jì)樁徑為700毫米，樁長(zhǎng)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(mǎn)足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002），旋噴用水滿(mǎn)足《混凝土攪拌用水》（JGJ63-89）要求。

（3）旋噴樁底面埋入至強(qiáng)風(fēng)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?xún)?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(shí)的提升速度不得大于1.2米/分。

（8）正式施工前需進(jìn)行試樁，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以便滿(mǎn)足施工要求。

6、施工流程

（1）樁位測(cè)放。

（2）水泥、水、外加劑（三乙醇胺和水玻璃）等原材料進(jìn)場(chǎng)復(fù)試。

（3）施工機(jī)械（潛孔沖擊高壓旋噴鉆機(jī)、空壓機(jī)、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(jì)水灰比配置水泥漿，經(jīng)攪拌均勻并過(guò)濾后放入儲(chǔ)漿池。

（5）鉆機(jī)就位，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，按照前述施工工藝步驟進(jìn)行旋噴樁的成孔成樁。

（6）按照規(guī)范要求留置試塊，進(jìn)行樁身強(qiáng)度試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)。

7、止水效果

旋噴樁止水帷幕施工完成后進(jìn)行了基槽的開(kāi)挖，經(jīng)對(duì)帷幕樁進(jìn)行剝露檢查，成樁情況良好，樁徑≥700毫米，樁長(zhǎng)、樁徑、樁身強(qiáng)度等符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)挖至基底標(biāo)高無(wú)漏水現(xiàn)象，止水效果良好。

相鄰場(chǎng)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(wú)法進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。

通過(guò)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(duì)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(duì)難以鉆進(jìn)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(jià)等各方面均比傳統(tǒng)旋噴樁有較大的優(yōu)勢(shì)。

• 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(gè)中間站。車(chē)站位于某廣場(chǎng)下，且沿該廣場(chǎng)一字形布置，為地下二層12米島式車(chē)站。

車(chē)站有效站臺(tái)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(kāi)挖寬度21.1米，深度16.01米，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）的有關(guān)規(guī)定，本站基坑安全等級(jí)屬于一級(jí)。經(jīng)綜合比較及計(jì)算，車(chē)站主體圍護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)采用止水方案，止水帷幕原設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)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(jì)全新世沖洪積層（Q41a1 p1）、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層（Q3a1 p1）。現(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(jì)全新世沖洪積層：粉土③層，粉質(zhì)粘土③1層，粉細(xì)砂③3層，粉質(zhì)粘土④層，粉土④2層，粉土④3層。

3）第四紀(jì)晚更新世沖洪積層：粉細(xì)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(xì)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(xì)砂⑧3層。

（2）、工程水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地賦存三層地下水，地下水類(lèi)型分別為潛水（二）、層間潛水（三）和承壓水（四）。本次勘察未見(jiàn)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(biāo)高22.60～24.48米。其主要含水層為細(xì)中砂④3層、粉土④2層。

第二層：層間潛水，初見(jiàn)水位埋深15.75～17.00米，標(biāo)高17.32～18.73米。其主要含水層為粉細(xì)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(bǔ)給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流、向下越流補(bǔ)給的方式排泄。潛水含水層巖性為細(xì)中砂④3層和粉細(xì)砂⑤2層，該層水透水性好，主要接受側(cè)向徑流及越流補(bǔ)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(duì)本工程影響不大。

3、原長(zhǎng)螺旋旋噴攪拌樁止水帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)

原設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)螺旋旋噴攪拌樁（請(qǐng)參見(jiàn)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01010238461.4）作為止水帷幕，在圍護(hù)樁之間設(shè)置，與圍護(hù)樁咬合。攪拌樁原設(shè)計(jì)位于兩樁正中心向基坑外偏移300毫米，設(shè)計(jì)直徑不小于900毫米，與護(hù)坡樁搭接不小于100毫米，同時(shí)護(hù)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(zhǎng)螺旋旋噴攪拌樁止水帷幕存在的問(wèn)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(hào)文相關(guān)規(guī)定，在圍護(hù)樁施工前先進(jìn)行人工探孔至原狀土，以確保地下管線安全。根據(jù)我標(biāo)段實(shí)際情況，每個(gè)探孔基本在5米左右，由于人工探孔內(nèi)徑及護(hù)壁砼（15厘米厚、C25）的影響，則樁體灌注砼后頂部實(shí)際直徑為1100毫米，下部直徑為800毫米。因此在施工攪拌樁時(shí)，若采用原工藝施工，需要人工鑿除混凝土后方可長(zhǎng)螺旋下鉆引孔，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)帷幕樁的互相咬合。

（2）鉆進(jìn)可行性差：護(hù)坡樁在施工過(guò)程中，穿越砂層、礫石層時(shí)，極易因機(jī)械攪動(dòng)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(shí)便會(huì)在此處形成擴(kuò)徑（俗稱(chēng)“大肚子”），鉆頭一旦遇上擴(kuò)徑現(xiàn)象則會(huì)出現(xiàn)樁位偏移或無(wú)法鉆進(jìn)現(xiàn)象，若不在樁處進(jìn)行補(bǔ)樁，則無(wú)法達(dá)到止水效果。

上述問(wèn)題已經(jīng)在該地鐵線其它標(biāo)段顯露，對(duì)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(zhǎng)螺旋旋噴攪拌站遇堅(jiān)硬地層或結(jié)構(gòu)無(wú)法施工的問(wèn)題，本項(xiàng)目采用潛孔沖擊高壓旋噴樁的工藝進(jìn)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(jì)直徑不小于900毫米，與圍護(hù)樁搭接不小于100毫米，同時(shí)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(duì)樁位進(jìn)行校驗(yàn)，保證帷幕樁位準(zhǔn)確。

（3）潛孔沖擊高壓旋噴鉆機(jī)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(zhǎng)螺旋潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備運(yùn)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(qiáng)度等級(jí)≥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(shí)的提升速度不得大于1.2米/分。

（9）正式施工前需進(jìn)行試樁，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以便滿(mǎn)足施工要求。

6、成樁效果

帷幕樁先進(jìn)行了3根試樁施工，開(kāi)挖后成樁效果如下：

（1）開(kāi)挖至3.5米，成樁直徑為1100毫米；

（2）開(kāi)挖到5.0米，成樁直徑為1250毫米；

（3）開(kāi)挖到8.0米，成樁直徑大于1300毫米；

（4）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取芯試驗(yàn)，樁身強(qiáng)度為3.0兆帕。

在施工過(guò)程中對(duì)工程樁進(jìn)行開(kāi)挖揭露，顯示旋噴樁與護(hù)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(gè)實(shí)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(guó)家有關(guān)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)政策，做到了技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量、保護(hù)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(jìn)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(hù)坡樁 止水帷幕支護(hù)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(shí)施例詳細(xì)解釋?zhuān)员愠浞值乩斫庥糜谔峁┻@些加強(qiáng)的特征以及操作上的改進(jìn)。此外，還可以理解這些附加的構(gòu)造特征以及操作改進(jìn)可以單獨(dú)使用或者相互結(jié)合使用，而且單獨(dú)或者結(jié)合上述所有的特征和元件以及附圖中示出的實(shí)施方式的說(shuō)明。因此，應(yīng)該理解本實(shí)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(shí)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(hù)范圍。