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穿越圆砾土层的搅拌桩机钻头的创新改造技术

2017年6月21日 6,194 0

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技术背景

H型钢水泥土搅拌墙（SMW工法桩）基坑支护适用于填土、淤泥质土、粘性土、粉土、砂性土、

饱和黄土等土层，但土层有圆砾层、全风化花岗岩等坚硬土质时，成桩后三轴钻头、钻具将严重磨损无法继续施工。鉴于以上施工情况，施工人员通过本钻头改造技术，成功完成了有圆砾层、全风化花岗岩坚硬土质的基坑支护和止水帷幕工程。

技术简介

普通螺旋式三轴搅拌桩桩钻头在遇到坚硬的卵石层时无法继续施工是，可使用此专门攻克圆砾层卵石的搅拌机钻头，此钻头已获得实用型新专利证书，专利号为：ZL201320717024.5，该钻头特征如下：

叶式搅拌机钻头大样图

如图1所示，这种叶式搅拌机钻头，包括内置有注浆钢管（通过注浆钢管对土体进行注浆）

的钻杆1（钻杆为圆柱体，圆柱体中心为空心，用于安装注浆管），并且钻杆1的尾部设有与三轴搅拌机的打桩架连接用的内插式接头2，本案例内插式接头2为内插式六角钻杆接头，在其它实施案例中，内插式接头2也可以是内插式螺旋接头。所述钻杆1的头部设有前进头4，前进头4后方的钻杆1上设有钻头排5，钻头排5后方的钻杆1上设有钻头护颈翼板6。钻头排合金钻牙7 之间的间距为150mm，距前进头410mm处设置钻头排5，距钻头排500mm处设置钻头护颈翼板6。

上图前进头4是由三片片组成的叶式锥形前进头，这三片片围绕着钻杆的轴心线径向均分布，并且片的刃上设有两个前进头合金钻牙3。传统螺旋式在钻进的时候容易对土体进行挤压，对于软土层这种螺旋式效果好，但是对于圆砾层卵石越挤压越紧，螺旋式钻头根本无法钻进，而且卵石对螺旋式前进头磨损较严重，本案例中所述叶式锥形前进头4，设计成叶式就是为了防止对卵石的挤压，叶式前进头的合金钻牙也是针对卵石设计的，它能有效刨开颗粒状大小粒径的卵石钻进坚硬土层。上图钻头排5是由三片排组成的叶式钻头排，排向钻杆尾部倾斜并且入土角度为20度～25度，排与钻杆1的轴心线成63度～68度的夹角，排的刃上设有三个钻头排合金钻牙7。上述叶式钻头排能有效将切割土体上返并均搅拌。叶式钻头排的入土角度a为22度时，且叶式钻头排与钻杆的轴心线的夹角为65度时，使用效果佳。上图钻头护颈翼板6是由两片翼板组成的叶式钻头护颈翼板，翼板向钻杆头部倾斜并且入土角度为15度～20度，翼板与钻杆1的轴心线相对垂直。这样设计是为了把上反土体控制在一定范围内 , 不至于土体上反到地面外形成孔洞从而增加水泥用量。且叶式钻头护颈翼板可对土体进行均搅拌，能将上返土体均搅拌并形成稳定圆柱体。

适用范围

本技术是一种能攻克圆砾土层、强风化岩土层等坚硬土层的三轴搅拌机钻头改造技术，能够达到土体深层搅拌并形成柱状护体止水结构，本钻头改造技术设计巧妙、效果理想，易于实施，能够穿透圆砾土层、强风化岩土层等地质相对坚硬的地层并进行注浆均搅拌。

施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程

施工工艺同普通SMW工法桩施工，具体见如下流程图：

施工操作要点

正式施工前通过试桩确定施工参数，包括浆液到达喷浆口的时间、提升速度等。

施工前必须清除现场地面、地下一切障碍物，开机前必须调试、检查桩机运转及输浆管畅通情况。为保证搅拌桩垂直度，注意起吊设备的平整度和导向架的垂直度，用线锤检查。

严格按设计要求配置浆液，浆液不能发生离析。为防止灰浆离析，拌浆时间≥2min，注浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶。

搅拌机预搅下沉不得冲水，遇到硬土层，下沉太慢时，方可适量冲水，但要保证搅拌时间，增加搅拌次数，提高搅拌转数，降低钻进速度。

严格控制下沉速度，使原状土被充分搅拌充分破碎，有利于同水泥浆均拌和。水泥浆

必须不间断供应，压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均，以保证不出现夹心层现象。水泥搅拌桩的渗透系数应小于10-7cm/s。

发生管道堵塞，立即停泵处理，待处理结束后把搅拌钻具下沉1.0m后方能注浆，等10～20秒恢复向上提升搅拌，以防断桩。当相邻桩的施工因故停止超过8h时，重新进行套打搅拌。如因相融时间过长，致使第二个桩无法搭接时，则在设计认可下采取局部补桩或注浆措施。

桩体28天的无侧限抗压强度应大于1.2MPa，施工时为了改善水泥土搅拌桩的性能和提高早期强度，可掺加少量的早强剂。

H型钢的接头设在基坑底标高以下，翼板和腹板的焊接应相互错开，并满足等强度焊接要求。型钢表面平整度控制在1‰以内，并除锈,在干燥条件下涂抹减摩剂,搬运使用应防止碰撞和强力擦挤。

控制注浆量和提升速度（下沉不大于1m/min，上提2m/min）

H型钢插入的时间，搅拌桩完成后30min内插入H型钢，若水灰比或水泥掺入量较大时，H型钢的插入时间可相应增加。

H型钢焊接接头应错开，相邻两根焊接接头错开距离D>1m,同一根型钢接头不能大于两个。

材料与设备

搅拌桩施工应根据项目地质条件与成桩深度选用不同形式或不同功率的三轴搅拌机，本案例采用自主改造的能适用于穿透圆砾层的三轴搅拌机钻头。与其配套的桩架性能参数必须与三轴搅拌机的成桩深度和提升力要求相匹配。搅拌机工作电流、立架垂直度、卷扬机功能、搅拌轴的定位导向装置、注浆泵的工作压力应符合相关要求。具体见下附表。

序号	机具名称	型号	数量	作用
1	挖掘机	PC-240	2台	开挖基槽
2	全液压步履式打桩架	BZ70	1台	配备新改造钻头
3	吊机	50t	3台	吊放搅拌机
4	汽吊	16/25t	2台	吊型钢
5	压浆泵	BW-200型	2台	注浆
6	空压机	KB-75A-0.8WPA	3台	凿出桩头
7	振动锤		5台	插入型钢
8	灰浆搅拌机	WC-2000C	2台	拌浆
9	千斤顶		2台	起拔型钢
	备注：施工机具的型号及数量根据项目的需要可灵活选择。