CN113136885A - 脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，在打孔后的基坑内浇筑含脱硫石膏的水泥作为固化剂，并形成分层软土混合成分的水泥土止水帷幕，具体施工步骤为，桩基定位、钻机就位、预制泥浆、钻机钻孔作业、插入排孔桩、分层注浆悬停搅拌、水泥凝结硬化、设置中立分隔桩、设立互连机构，在中立分隔桩顶部打孔。本发明通过使用脱硫石膏水泥替代普通水泥，参与地基软土混合，降低水泥止水帷幕的建筑成本，并通过检测的地面分层情况进行分层悬停注浆搅拌，控制搅拌时间使脱硫石膏水泥的发泡状态相异，从而在不同分层间形成错位结构，提高止水帷幕的稳定性和阻水效果。

Description

脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺。

背景技术

止水帷幕是指工程主体外围止水系列的总称，用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体。止水帷幕是作为基坑围护的组成部分之一，减少地下水渗入坑内，保证基坑能在干燥条件下施工,防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降。连续搅拌桩(水泥土搅拌桩等)，单管、三管旋喷桩形成的止水墙都可称为止水帷幕。常见的止水帷幕还有高压旋喷桩、深层搅拌桩止水帷幕，旋喷桩止水帷幕。在建筑工程的施工过程中，如果基坑底面处于地下水位以下，降水有困难时，基本都需要设置止水帷幕，以防止地下水的渗漏。

现有授权专利公告号为CN104131576B的发明公开了一种止水帷幕抗渗构造及其施工方法，在止水帷幕渗水处两支护桩上设置膨胀螺栓，并在相对膨胀螺栓更靠近支护桩外侧的位置植入水平钢筋，植入的水平钢筋需满足试验要求，设置对拉螺栓与膨胀螺栓焊接，并使用钢筋与水平钢筋搭接，采用竖向钢筋与水平钢筋绑扎钢筋网片，在钢筋网片外围支设模板，使得膨胀螺栓与对拉螺栓连接拉紧主次龙骨固定模板、加固措施完成后浇筑混凝土形成止水帷幕抗渗构造。解决了承压水水位高、水压大时的止水帷幕大面积渗水处理中的难点，止水抗渗效果良好，处理速度快。

上述技术方案中，可以提高止水帷幕的抗渗效果，但由于止水帷幕施工过程中需要使用的浇筑混凝土量较大，如果全部使用普通水泥，项目工程造价较高，对于复杂地层的适应性较差，在地层较为复杂的地面采用统一标准的注浆施工时，易造成部分止水帷幕出现渗漏，无法满足对于复杂地层的地基进行止水帷幕建设的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，可以在水泥止水帷幕中，使用带有脱硫石膏的水泥与地基软土分段混合，从而降低水泥止水帷幕的建筑成本，并适用于复杂地层的止水帷幕工程建设。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，在打孔后的基坑内浇筑含脱硫石膏的水泥作为固化剂，并形成分层软土混合成分的水泥土止水帷幕，具体施工步骤为，

步骤一：桩基定位，预先清理基坑处外部杂物，在基坑处相邻位置设置桩位；

步骤二：钻机就位，将钻机移动至指定位置对好桩位，检查钻杆长度，完成定孔位后对中、调平、校正垂直度，保证钻杆垂直度误差在1.0％以内；

步骤三：预制泥浆，在桩位附近挖出储浆沟，通过将脱硫石膏水泥与膨润集料和地基土进行混合，并添加清水混合制成泥浆；

步骤四：钻机钻孔作业，启动钻机，使搅拌机桩头正循环钻进至设计深度，在下移过程中保持相同功率钻孔，通过地层检测设备记录地基分层情况，相邻直立桩孔之间留有与直立桩孔直径相同的间距；

步骤五：插入排孔桩，在基坑口处固定设置平置板，将排孔桩贯穿平置板插入钻孔内，使排孔桩保持直立状态；

步骤六：分层注浆悬停搅拌，使用旋喷搅拌桩头自下而上喷浆搅拌，使地基土与脱硫石膏水泥搅拌混合，搅拌效果基于地层检测设备记录的数据；

步骤七：水泥凝结硬化，静置使含有脱硫石膏水泥成分的混合泥浆凝结硬化，形成直立桩后，抽离排孔桩；

步骤八：设置中立分隔桩，在两个水泥桩之间钻孔，并放入钢筋笼，使搅拌桩头伸入钢筋笼中部，旋转喷浆并调整搅拌速率；

步骤九：设立互连机构，在中立分隔桩顶部打孔，在止水帷幕内侧设置连接有钢缆的水平钢板，使钢缆穿过中立分隔桩分叉并斜向接入地面。

通过采用上述技术方案，使用脱硫石膏水泥替代普通水泥，参与地基软土混合，降低水泥止水帷幕的建筑成本，并通过检测的地面分层情况进行分层悬停注浆搅拌，控制搅拌时间使脱硫石膏水泥的发泡状态相异，从而在不同分层间形成错位结构，提高止水帷幕的稳定性和阻水效果。

进一步设置为，所述步骤六分层注浆悬停搅拌过程中，在不同分层注浆时，经由所述钻杆向高压喷头内添入絮凝混料剂，并在旋喷搅拌桩头的混合下与泥浆混合。

通过采用上述技术方案，在高压喷头进行喷液前添加絮凝混料剂，使脱硫石膏在絮凝混料下联结混合，从而进一步提高定型后的止水帷幕水泥墙连结性。

进一步设置为，所述步骤五插入排孔桩中的平置板中部设置有混料中孔，所述混料中孔两侧设置有立柱孔，所述排孔桩贯穿立柱孔与平置板滑动连接。

通过采用上述技术方案，将平置板水平设置于地面上，使排孔桩在基坑孔内保持直立状态，从而在排孔桩阻隔下使直立桩两侧形成排孔桩孔，在后续形成的中立分隔桩时，使中立分隔桩两侧嵌入排孔桩孔处，实现直立桩与中立分隔桩的相邻连接。

进一步设置为，所述钻机采用的配套搅拌机为双头深层搅拌机及其配套设备。

通过采用上述技术方案，选用双头深层搅拌机，对注入直立桩孔内的泥浆进行充分混合，在搅拌桩头悬停的时间内，提高在桩孔内的搅拌混合效率。

进一步设置为，所述絮凝混料剂包括聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠，所述聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠在加入前进行搅拌混合，并在混合过程中加入改性后的天然高分子絮凝剂。

通过采用上述技术方案，聚乙烯吡啶盐中含有的链状分子在搅拌过程中与脱硫石膏反应，并在絮石膏颗粒中产生粘结架桥作用，提高石膏颗粒连结性。

进一步设置为，所述储浆沟设置为至少三个，三个所述储浆沟分别进行沉淀储浆、上料储浆和混料造浆工作，并在储浆沟侧壁设置护壁结构。

通过采用上述技术方案，在三个储浆沟内，分别进行对泥浆的处理工作，从而在进行注浆作业前，准备足够的混料泥浆，便于注浆作业的正常进行，在储浆沟侧壁上设置的护壁机构，减少沟壁泥土掉入影响预制泥浆成分。

进一步设置为，所述膨润集料包括膨润土、有机溶剂和有机覆盖剂，所述膨润土选用的是钙基膨润土。

通过采用上述技术方案，在膨润土与有机溶剂混合后，形成致密块状结构，在泥浆内以块状结构分隔，之后随泥浆注入地基的不同分层后，通过搅拌桩的搅拌混合成为松散粉状结构，在膨润土吸收水分后，体积膨胀二十至三十倍，且膨胀状态受与水分混合效果决定，因此在不同搅拌频率下，混合有膨润集料成分的泥浆可以膨胀为不同状态。

进一步设置为，所述检测设备为模块式动态电缆地层测试仪，所述模块式动态电缆地层测试仪设置于钻杆靠近钻头一侧位置，所述模块式动态电缆地层测试仪包括液压单探针模块和取样模块。

通过采用上述技术方案，在取样模块随钻杆移动过程中，对地基不同分层进行采样，从而方便工作人员根据采样结果判断地基分层情况，并在恒定功率的钻杆工作时间推算不同分层在地基的厚度情况，从而可以对旋喷搅拌桩头的搅拌工作时间进行控制。

进一步设置为，所述步骤八设置中立分隔桩过程中，所述钻杆在排孔桩内的搅拌速率与和相邻的中立分隔桩孔内的搅拌速率存在转速差。

通过采用上述技术方案，使不同分层的搅拌速率决定膨润集料的膨胀状态，在不同速率影响下的膨润集料与脱硫石膏混合后膨胀形成不同体积的分层互相交错，提高的不同分层的止水帷幕连结性。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

本发明可以在水泥止水帷幕建造过程中，通过使用带有脱硫石膏的水泥与地基软土分段混合，从而降低水泥止水帷幕的建筑成本，并适用于复杂地层的止水帷幕工程建设。

附图说明

图1是本发明中一个实施例的施工工艺的工艺流程图；

图2是本发明一个实施例中止水帷幕在基坑中的施工状态结构示意图。

附图标记：1、钻机；2、钻杆；3、旋喷搅拌桩头；4、高压喷头；5、搅拌叶片；6、地层检测设备；7、高压水泵；8、储浆沟；9、平置板；10、排孔桩；11、直立桩；12、中立分隔桩；13、钢筋笼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明保护范围的限制此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1，为本发明公开的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，

脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，在打孔后的基坑内浇筑含脱硫石膏的水泥作为固化剂，并形成分层软土混合成分的水泥土止水帷幕，具体施工步骤为，

步骤一：桩基定位，预先清理基坑处外部杂物，在基坑处相邻位置设置桩位；

步骤二：钻机1就位，将钻机1移动至指定位置对好桩位，检查钻杆2长度，完成定孔位后对中、调平、校正垂直度，保证钻杆2垂直度误差在1.0％以内；

请参阅图2，步骤三：预制泥浆，在桩位附近挖出储浆沟8，通过将脱硫石膏水泥与膨润集料和地基土进行混合，并添加清水混合制成泥浆，储浆沟8设置为至少三个，三个储浆沟8分别进行沉淀储浆、上料储浆和混料造浆工作，并在储浆沟8侧壁设置护壁结构，在三个储浆沟8内，分别进行对泥浆的处理工作，从而在进行注浆作业前，准备足够的混料泥浆，便于注浆作业的正常进行，在储浆沟8侧壁上设置的护壁机构，减少沟壁泥土掉入影响预制泥浆成分；

步骤四：钻机1钻孔作业，启动钻机1，使搅拌机桩头正循环钻进至设计深度，在下移过程中保持相同功率钻孔，通过地层检测设备6记录地基分层情况，相邻直立桩11孔之间留有与直立桩11孔直径相同的间距；

步骤五：插入排孔桩10，在基坑口处固定设置平置板9，将排孔桩10贯穿平置板9插入钻孔内，使排孔桩10保持直立状态，平置板9中部设置有混料中孔，混料中孔两侧设置有立柱孔，排孔桩10贯穿立柱孔与平置板9滑动连接，将平置板9水平设置于地面上，使排孔桩10在基坑孔内保持直立状态，从而在排孔桩10阻隔下使直立桩11两侧形成排孔桩10孔，在后续形成的中立分隔桩12时，使中立分隔桩12两侧嵌入排孔桩10孔处，实现直立桩11与中立分隔桩12的相邻连接；

步骤六：分层注浆悬停搅拌，使用旋喷搅拌桩头3自下而上喷浆搅拌，使地基土与脱硫石膏水泥搅拌混合，搅拌效果基于地层检测设备6记录的数据，在不同分层注浆时，经由钻杆2向高压喷头4内添入絮凝混料剂，并在旋喷搅拌桩头3的混合下与泥浆混合，在高压喷头4进行喷液前添加絮凝混料剂，使脱硫石膏在絮凝混料下联结混合，从而进一步提高定型后的止水帷幕水泥墙连结性；

步骤七：水泥凝结硬化，静置使含有脱硫石膏水泥成分的混合泥浆凝结硬化，并根据底层成分添加形成直立桩11后，抽离排孔桩10，；

步骤八：设置中立分隔桩12，在两个水泥桩之间钻孔，并放入钢筋笼13，使搅拌桩头伸入钢筋笼13中部，旋转喷浆并调整搅拌速率，钻杆2在排孔桩10内的搅拌速率与和相邻的中立分隔桩12孔内的搅拌速率存在转速差，使不同分层的搅拌速率决定膨润集料的膨胀状态，在不同速率影响下的膨润集料与脱硫石膏混合后膨胀形成不同体积的分层互相交错，提高的不同分层的止水帷幕连结性；

步骤九：设立互连机构，在中立分隔桩12顶部打孔，在止水帷幕内侧设置连接有钢缆的水平钢板，使钢缆穿过中立分隔桩12分叉并斜向接入地面，使用脱硫石膏水泥替代普通水泥，参与地基软土混合，降低水泥止水帷幕的建筑成本，并通过检测的地面分层情况进行分层悬停注浆搅拌，控制搅拌时间使脱硫石膏水泥的发泡状态相异，从而在不同分层间形成错位结构，提高止水帷幕的稳定性和阻水效果。且由于脱硫石膏可以改性盐碱地，因此使本发明中的止水帷幕具有一定的硫酸盐和酸性腐蚀的耐性，在工程建设中的应用范围更广。

钻机1采用的配套搅拌机为双头深层搅拌机及其配套设备，选用双头深层搅拌机，对注入直立桩11孔内的泥浆进行充分混合，在搅拌桩头悬停的时间内，提高在桩孔内的搅拌混合效率。

絮凝混料剂包括聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠，聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠在加入前进行搅拌混合，并在混合过程中加入改性后的天然高分子絮凝剂，聚乙烯吡啶盐中含有的链状分子在搅拌过程中与脱硫石膏反应，并在絮石膏颗粒中产生粘结架桥作用，提高石膏颗粒连结性。

膨润集料包括膨润土、有机溶剂和有机覆盖剂，膨润土选用的是钙基膨润土，在膨润土与有机溶剂混合后，形成致密块状结构，在泥浆内以块状结构分隔，之后随泥浆注入地基的不同分层后，通过搅拌桩的搅拌混合成为松散粉状结构，在膨润土吸收水分后，体积膨胀二十至三十倍，且膨胀状态受与水分混合效果决定，因此在不同搅拌频率下，混合有膨润集料成分的泥浆可以膨胀为不同状态。

检测设备为模块式动态电缆地层测试仪，模块式动态电缆地层测试仪设置于钻杆2靠近钻头一侧位置，模块式动态电缆地层测试仪包括液压单探针模块和取样模块，在取样模块随钻杆2移动过程中，对地基不同分层进行采样，从而方便工作人员根据采样结果判断地基分层情况，并在恒定功率的钻杆2工作时间推算不同分层在地基的厚度情况，从而可以对旋喷搅拌桩头3的搅拌工作时间进行控制。地基不同分层情况如下：

人工填土层：层厚0.8-5.4m；

淤泥质土：层厚1.5-4.8m；

粉细砂：层厚1.0-7.5m；

中砂：层厚3.4-7.2m；

淤泥：层厚1.5m-5.6m；

残积粉质粘土层：层厚1.45-9.5m；

全风化基岩：层厚0.9-11.5m；

强风化基岩：层厚1.1-22.9m。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明在施工过程中，可以利用脱硫石膏水泥中的脱硫石膏在搅拌后带处于分散状态，其中的脱硫石膏内颗粒外形完整，且水化后晶体呈柱状，因此在与絮凝混料剂混合后的连结性进一步提高，使形成的水泥土止水帷幕结构紧密，在脱硫石膏自身的缓凝效果下，使混合后的脱硫石膏水泥土自身凝结速度减慢，因此搅拌时间可以延长，更方便根据不同底层情况控制搅拌混合时间。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，在打孔后的基坑内浇筑含脱硫石膏的水泥作为固化剂，并形成分层软土混合成分的水泥土止水帷幕，具体施工步骤为，

步骤一：桩基定位，预先清理基坑处外部杂物，在基坑处相邻位置设置桩位；

步骤二：钻机就位，将钻机(1)移动至指定位置对好桩位，检查钻杆(2)长度，完成定孔位后对中、调平、校正垂直度，保证钻杆(2)垂直度误差在1.0％以内；

步骤三：预制泥浆，在桩位附近挖出储浆沟(8)，通过将脱硫石膏水泥与膨润集料和地基土进行混合，并添加清水混合制成泥浆；

步骤四：钻机钻孔作业，启动钻机(1)，使搅拌机桩头正循环钻进至设计深度，在下移过程中保持相同功率钻孔，通过地层检测设备(6)记录地基分层情况，相邻直立桩(11)孔之间留有与直立桩(11)孔直径相同的间距；

步骤五：插入排孔桩，在基坑口处固定设置平置板(9)，将排孔桩(10)贯穿平置板(9)插入钻孔内，使排孔桩(10)保持直立状态；

步骤六：分层注浆悬停搅拌，使用旋喷搅拌桩头(3)自下而上喷浆搅拌，使地基土与脱硫石膏水泥搅拌混合，搅拌效果基于地层检测设备(6)记录的数据；

步骤七：水泥凝结硬化，静置使含有脱硫石膏水泥成分的混合泥浆凝结硬化，形成直立桩(11)后，抽离排孔桩(10)；

步骤八：设置中立分隔桩，在两个水泥桩之间钻孔，并放入钢筋笼(13)，使搅拌桩头伸入钢筋笼(13)中部，旋转喷浆并调整搅拌速率；

步骤九：设立互连机构，在中立分隔桩(12)顶部打孔，在止水帷幕内侧设置连接有钢缆的水平钢板，使钢缆穿过中立分隔桩(12)分叉并斜向接入地面。

2.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述步骤六分层注浆悬停搅拌过程中，在不同分层注浆时，经由所述钻杆(2)向高压喷头(4)内添入絮凝混料剂，并在旋喷搅拌桩头(3)的混合下与泥浆混合。

3.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述步骤五插入排孔桩(10)中的平置板(9)中部设置有混料中孔，所述混料中孔两侧设置有立柱孔，所述排孔桩(10)贯穿立柱孔与平置板(9)滑动连接。

4.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述钻机(1)采用的配套搅拌机为双头深层搅拌机及其配套设备。

5.根据权利要求2所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述絮凝混料剂包括聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠，所述聚乙烯吡啶盐和藻朊酸钠在加入前进行搅拌混合，并在混合过程中加入改性后的天然高分子絮凝剂。聚乙烯吡啶盐中含有的链状分子在搅拌过程中与脱硫石膏反应，并在絮石膏颗粒中产生粘结架桥作用，提高石膏颗粒连结性。

6.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述储浆沟(8)设置为至少三个，三个所述储浆沟(8)分别进行沉淀储浆、上料储浆和混料造浆工作，并在储浆沟(8)侧壁设置护壁结构，减少沟壁泥土掉入影响预制泥浆成分。

7.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述膨润集料包括膨润土、有机溶剂和有机覆盖剂，所述膨润土选用的是钙基膨润土。

8.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述检测设备为模块式动态电缆地层测试仪，所述模块式动态电缆地层测试仪设置于钻杆(2)靠近钻头一侧位置，所述模块式动态电缆地层测试仪包括液压单探针模块和取样模块。

9.根据权利要求1所述的脱硫石膏水泥作为固化剂的水泥土止水帷幕施工工艺，其特征在于：所述步骤八设置中立分隔桩(12)过程中，所述钻杆(2)在排孔桩(10)内的搅拌速率与和相邻的中立分隔桩(12)孔内的搅拌速率存在转速差。

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