CN101413245B - 混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头及处理方法 - Google Patents

Abstract

混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头及处理方法，其特征是采用无损检测法检测出混凝土地基板板底脱空区所在位置；在脱空区所在位置处，自地表铅直朝向脱空区钻孔，旋喷钻头依靠钻孔钻入地基土层内达设计深度；然后在向旋喷钻头压浆的同时提升旋喷钻头，以边压浆、边旋喷、边切削和边搅拌的形式在地基土层和脱空区内形成旋喷桩；本发明方法可以行之有效地对脱空区域进行压浆填实，改善地基土层的变形性质，恢复砼路面、桥头搭板、机场跑道、水闸底板等混凝土地基板的标高及承载力。

Description

混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头及处理方法

技术领域

本发明涉及道路施工方法和施工设备，更具体地说是一种对于形成在混凝土地基板与地基土层之间的缝隙进行处理、进行地基加固的施工方法和设备。

背景技术

在经过一段时间运行后，公路砼路面、桥头搭板、水闸底板或机场跑道等混凝土地基板，因路基或台背回填等地基的不均匀沉陷，引起局部的混凝土地基板与地基土层脱开形成缝隙，进而导致混凝土地基板断裂或塌陷，在荷载作用下或因雨水的侵入都会形成恶性循环的破坏。

已有的方法是在混凝土地基板上打出地基板孔，并向地基板孔中灌注水泥混合料浆进行封堵，由于形成混凝土地基板与地基土层之间的缝隙可能较小，一旦排气不畅，会因水泥混合料浆的泌水性而失水，使得水泥混合料浆只沉积在地基板孔的附近，很难将脱空区域填实以达到修复的效果。不仅如此，既便是暂时将脱空区域封堵填实，也只是治标未治本，由于地基土层的密实度不高、承载力不大或水稳性较差，还会产生新的脱空区域，同样带来地基板断裂或塌陷。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头及处理方法，以便行之有效地对脱空区域进行压浆填实，改善地基土层的变形性质，恢复砼路面、桥头搭板、机场跑道、水闸底板等混凝土地基板的标高及承载力。

本发明解决技术问题采用如下技术方案。

本发明混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头的结构特点是具有依次连接并与空心钻杆同轴设置的切削刀头、作为切削刀头支承体的切削刀架、与切削刀架尾部刀座连接的连接杆，位于连接杆另一端的钻杆接头；喷头沿切削刀架的径向设置，喷头出口位于刀座的侧部，连接杆为管体结构，喷头通过连接杆以及钻杆接头的中空管腔与空心钻杆的内腔形成通道，喷头是以可拆装的形式连接在所述钻头上。

所述混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头的结构特点也在于所述喷头设置为单管大孔喷粉头，或单管小孔喷浆头；形成在所述喷头与空心钻杆之间的通道为单通道。

所述混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头的结构特点也在于所述喷头设置为由中心管和外围管构成的同轴双管喷头；所述中心管为浆料喷管，外围管为压缩空气喷管；形成在所述喷头与空心钻杆之间的通道为同轴设置的双通道。

所述混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头的结构特点也在于所述切削刀头呈“十”字设置，“十”字切削刀头的刀刃相互垂直且一长一短。

本发明混凝土地基板板底脱空处理方法的特点是按如下过程进行：

a、采用无损检测法检测出混凝土地基板板底脱空区所在位置；

b、在脱空区所在位置处，自地表铅直朝向脱空区钻出至少两个钻孔，钻孔穿透混凝土地基板、基层和垫层；在钻孔的位置的地表放置钻机，根据地基土层的土质选用不同的喷头，旋喷钻头安装在钻机的空心钻杆上；旋喷钻头依靠钻孔钻入地基土层内达设计深度；然后在向旋喷钻头压浆的同时提升旋喷钻头，以边压浆、边旋喷、边切削和边搅拌的形式在地基土层和脱空区内形成旋喷桩；采用同样的方法，在所述各钻孔中完成旋喷桩的施工；

c、若混凝土地基板板底脱空区高度较大，在所有旋喷桩形成之后，浮浆材料或地基土层的隆起未能将脱空区域填满，则更换所述旋喷钻头为压浆头，继续通过钻孔对脱空区进行压浆，直至钻孔中有浆料冒出；初次压浆后的1～2小时进行二次补浆；

d、在所述旋喷柱和压浆料初凝后，清理出钻孔中的浆料，使用与所述混凝土地基板相同标号的混凝土封堵所有钻孔，并在混凝土地基板的顶面抹平。

本发明混凝土地基板板底脱空处理方法的特点是所述根据地基土层的土质选用具有不同喷头的旋喷钻头的方法是：

a、所述地基土层为淤泥或软土质，所述旋喷钻头选用单管喷粉头，以压缩空气夹带的水泥粉在单管喷粉头中喷出，形成所述旋喷桩的是水泥粉与地基土层中的淤泥或软土的混合体；

b、所述地基土层为粉土、砂土或砂砾类非粘性土质，旋喷钻头选用单管喷浆头，以水泥浆料在单管喷浆头中喷出，形成所述旋喷桩的是水泥浆料与地基土层中的粉土、砂土或砂砾类非粘性土的混合体；

c、所述地基土层为粘土类粘性土质，所述旋喷钻头选用由中心管和外围管呈内外套管结构的同轴双管喷头，在中心管中引入水泥浆料，在外围管中引入压缩空气，形成所述旋喷桩的是水泥浆料与地基土层中被切削剥落破碎的粘性土的混合体。

由于超载、地基土层的不密实或承载力低、板面渗水或地下水位变化等原因引起地基不均匀沉陷，形成混凝土地基板板底与地基土层之间的脱空，并导致混凝土地基板的断裂或塌陷。本发明采用旋喷桩来处理地基，改善地基土的变形性质，提高地基土的密实度、承载力和水稳性。当地基土为淤泥时，淤泥的含水量较高，采用高速喷粉的方式，一方面高速射出水泥或石灰的干粉用于冲散地基土层中的淤泥土，另一方面以冲散的淤泥土为原材料搅拌成水泥或石灰土混合体，以达到较理想的混合料水灰比，待水泥或石灰土混合体凝固后可得到1～3Mpa无侧限抗压强度的旋喷桩；当地基土为结构较松散的粉土、砂土或砂砾时，该类地基土含水量往往较低而空隙率较大，采用喷浆的方式，以旋喷钻头高速射出的水泥浆来切削地基土层，在冲击力、离心力和重力的共同作用下，有规律地把地基土结构重新排列，以粉土、砂土或砂砾等地基土为原材料，共同搅拌成水泥土混合体，待水泥土混合体凝固后可得到5～20Mpa无侧限抗压强度的旋喷桩；当地基土为粘土时，该土质的粘性会削弱切削、破碎和搅拌地基土的旋喷能力。为了尽可能地扩大桩径，采用有同轴双重喷嘴的二重管旋喷钻头，随着旋转的钻头高速射出水泥浆的同时射出高速气流，把地基土的土粒从土体上切削、剥落和破碎，以粘土等地基土为原材料，搅拌成水泥土混合体，待水泥土混合体凝固后可得到3～8Mpa无侧限抗压强度的旋喷桩。由于高速气流协助高速水泥浆来冲散土体结构并搅拌地基土，大大地提高了旋喷的功效和扩大了桩径。经旋喷桩处理地基板的的地基，由原弹塑性的地基托换为群桩的地基，大大地提高了地基的变形模量和承载能力。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明是在不挖开混凝土地基板、不破坏混凝土地基板的整体结构和受力条件情况下，采用旋喷桩处理地基再进行板底脱空压浆填实的标本兼治的施工方法，较好地解决了板底脱空的工程通病。

2、本发明方法在旋喷桩施工过程中将大量压浆材料高压射人地基土内，增加了地基的密实程度。压人的压浆材料与地基土固化为体积大、重量轻、坚硬耐久和渗透系数小的固结体，改善了地基土的变形性质。旋喷射出的压浆材料与地基土搅拌成水泥土混合体凝固后成为较高强度的桩体基础，创造了良好的受力条件。旋喷桩从地基深处至地基板的底面支撑着地基板，极大地提高了地基板的承载力。

3、本发明方法中旋喷桩水泥土混合体是具有水稳性好的无机材料，能抵御地下水位变化和侵蚀。充分利用地基材料为桩的原材料，降低了工程的成本。在旋喷桩进行施工时产生的浮浆材料和地基隆起，正好有利于板底脱空的填实，可取得一举两得的效果。一旦板底的脱空未填满，无须添置新设备，用旋喷桩的施工设备就可以进行板底的压浆。尤其是根据混凝土地基板的构造和受力的特点，只在地基板上钻出约60mm直径的小圆孔，就能在板底获得桩径约为500～1000mm和长度可大于10m的旋喷桩，这样的施工方法相当适用于已建的混凝土地基板板底下对地基的加固处理。经对混凝土地基板的弯沉值检测对比，旋喷桩处理地基和板底脱空压浆后地基板的弯沉值比处理前要小90％以上，并满足设计弯沉值的标准要求。

4、本发明根据不同的地基土质和板底脱空等情况，应地制宜地选择不同的旋喷钻头和处理地基的方法，具有作用大、操作简单、成本低和效率高的特点，适用于不同地基上的砼路面、桥头搭板、水闸底板或机场跑道等混凝土地基板工程的养护。

附图说明

图1、图2分别为本发明对软土质地基所用旋喷钻头主视和俯视示意图。

图3、图5分别为本发明对软土质地基所用旋喷钻头左视和右视示意图。

图4为本发明对软土质地基所用旋喷钻头连接杆断面示意图。

图6、图7分别为为本发明对非粘性土质地基所用旋喷钻头主视和俯视示意图。

图8、图10分别为本发明对非粘性土质地基所用所用旋喷钻头左视和右视示意图。

图9为本发明对非粘性土质地基所用旋喷钻头连接杆断面示意图。

图11、图12分别为本发明对粘性土质地基所用旋喷钻头主视和俯视示意图。

图13和图15分别为本发明对粘性土质地基所用旋喷钻头左视和右视示意图。

图14本发明对粘性土质地基所用旋喷钻头的连接杆断面示意图。

图16、图17和图18分别为本发明单管大孔喷粉头主视、俯视和仰视示意图。

图19、图20和图21分别为本发明单管小孔喷浆头主视、俯视和仰视示意图。

图22、图23和图24分别为本发明同轴双管喷头主视、俯视和仰视示意图。

图25、图26和图27分别为本发明压浆头主视、俯视和仰视示意图。

图28为本发明旋喷桩施工方法示意图。

图中标号：1切削刀架、2切削刀头、3刀座、4单管大孔喷粉头、5连接杆、6钻杆接头、7单管小孔喷浆头、8同轴双管喷头、9中心管、10外围管、11压浆嘴、12压浆管座、40脱空区、41旋喷桩、42旋喷钻头、43地基土层、44空心钻杆、45送粉器、46钻机、47注粉管、48水泥粉、49钻孔、50混凝土地基板、51基层、52垫层。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图28，本实施例中，对于混凝土地基板板底脱空的处理是按如下过程进行：

1、采用无损检测法检测出混凝土地基板板底脱空区40所在位置；

2、在脱空区40所在位置处，使用风镐自地表铅直朝向脱空区40钻出至少两个钻孔49，相邻钻孔间隔0.8～1.5米，钻孔直径约为60mm，钻孔49穿透混凝土地基板50、基层51和垫层52；在钻孔49的位置的地表放置钻机46，堆筑钻孔区域的出渣围堰，根据地基土层43的土质选用具有不同喷头的旋喷钻头42安装在钻机46的空心钻杆44上；旋喷钻头依靠钻孔49钻入地基土层43内达设计深度；然后在向旋喷钻头42压浆的同时提升旋喷钻头42，以边压浆、边旋喷、边切削和边搅拌的形式在地基土层43和脱空区40内形成旋喷桩41；采用同样的方法，在各钻孔49中完成旋喷桩的施工；

3、若混凝土地基板板底脱空区40高度较大，在所有旋喷桩41形成之后，浮浆材料或地基土层的隆起未能将脱空区域填满，则更换旋喷钻头42为压浆头，继续通过钻孔49对脱空区40进行压浆，可以选择脱空高度最大位置处的钻孔，直至所有钻孔中有浆料冒出；再持续压浆5分钟，让压浆材料能充分地把板底的脱空填满填实；初次压浆后的1～2小时进行二次补浆，来补充初次压人的水泥混合料凝固后收缩引起的脱空。为了在压浆过程中有利于排气，需要至少保留两个钻孔为通畅，其中之一用于压浆，另一用于通气，这样可以使压入的水泥浆顺畅流动到达每个角落。

4、在旋喷柱和压浆料初凝后，清理出所有钻孔49中的浆料，使用与混凝土地基板50相同标号的混凝土封堵所有钻孔49，并在混凝土地基板50的顶面抹平。

具体实施中，根据地基土层43的土质选用具有不同喷头的旋喷钻头的方法是：

若地基土层43为淤泥或软土质，旋喷钻头42选用如图1所示的单管喷粉头4，由空气压缩机把压缩空气压人高压水泥储罐，水泥粉48通过注粉管47、送粉器45和空心钻杆44，高压输送到单管喷粉头4，随着旋转的钻头高速射向地基土层，将地基土层的淤泥等软土切削冲散，形成旋喷桩41的是水泥粉与地基土层43中的淤泥或软土的混合体；

若地基土层43为粉土、砂土或砂砾类非粘性土质，旋喷钻头选用图6所示的单管喷浆头7，由搅拌机搅拌出水泥浆48，通过水泥浆料通过泥浆泵、注浆管、送液器和空心钻杆44，高压输送到单管喷浆头7中，随着旋转的钻头高速射向地基土层43，将地基土层43的粉土、砂土或砂砾类非粘性土切削冲散，形成旋喷桩41的是水泥浆料与地基土层(43)中的粉土、砂土或砂砾类非粘性土的混合体；

若地基土层43为粘土类粘性土质，旋喷钻头选用图11所示的由中心管和外围管呈内外套管结构的同轴双管喷头8，在中心管9中引入水泥浆料，在外围管10中引入压缩空气，形成旋喷桩41的是水泥浆料与地基土层43中被切削剥落破碎的粘性土的混合体。

参见图1、图6和图11，旋喷钻头是具有依次连接并与空心钻杆44同轴设置的切削刀头2、作为切削刀头支承体的切削刀架1、与切削刀架1尾部刀座3连接的连接杆5，位于连接杆5另一端的钻杆接头6；喷头沿切削刀架1的径向设置，喷头出口位于刀座3的侧部，连接杆5为管体结构，喷头通过连接杆5以及钻杆接头6的中空管腔与空心钻杆44的内腔形成通道，喷头是以可拆装的形式连接在所述钻头上。

图1、图2所示旋喷钻头中的喷头设置为单管大孔喷粉头4，形成在单管大孔喷粉头4与空心钻杆44之间通道为单通道；如图16、图17和图18所示，具体实施中，喷粉头4为以圆弧渐变的喇叭口，喇叭口的外口直径约为6.0mm，喇叭口的圆弧角约为13°，喷粉头4的端部外周设置为六角形，以便于拆装，喷粉头4以其外螺纹段在刀座3的栓孔中螺纹连接。

图6、图7、图8、图9和图10所示旋喷钻头中的喷头设置为单管小孔喷浆头7，形成在单管小孔喷粉头4与空心钻杆44之间通道为单通道；喷浆头7具有和喷粉头4相同的结构形式，只是为了保证喷射效果，在喷孔直径上小于喷粉头；如图19、图20和图21所示，具体实施中喷浆头7的喇叭口外口直径约为2.5mm，喇叭口的圆弧角同样约为13°。

图11、图12、图13、图14和图15所示旋喷钻头中的喷头设置为由中心管9和外围管10构成的同轴双管喷头8；如图22、图23和图24所示，中心管9为浆料喷管，浆料喷管管口同样为喇叭口，其外口直径约为2.5mm，喇叭口的圆弧角约为13°；外围管10为压缩空气喷管；形成在同轴双管喷头8与空心钻杆44之间的通道为同轴设置的双通道。

参见图25、图26和图27，压浆头11是为一直管结构，用于同轴安装在空心钻杆44的杆端，压浆头11的尾部为外螺纹管，用于和空心钻杆44螺纹连接，在其上部外周设置有压浆管座12，并在压浆嘴座12上设置扳手卡槽，以便于拆装，压浆头11为圆管，内腔直径为30mm，外管直径为50mm，长度大于100cm，压浆管座的外径约为150mm。

具体实施中，切削刀头2呈“十”字设置，“十”字切削刀头2的刀刃相互垂直且一长一短。长刀刃比短刀刃长出至少3cm，长刀刃和短刀刃等宽，十字式切削刀架前端和外侧边的刀刃上焊有硬质合金钢块。

为了获得既不破坏混凝土地基板的结构，又尽可能扩大旋喷桩直径的技术效果，通常设置压浆的压力为0.3～3.0Mpa；旋喷桩成桩过程中喷射的压缩空气气体压力为0.6～0.7Mpa，排气量为3～7m³/min，旋喷桩成桩过程中水泥浆料喷浆压力为20～30Mpa，以及水泥粉喷粉压力为0.6～0.7Mpa。旋喷钻头42的旋转速度为10～20r/min，旋喷钻头42的提升速度为10～30cm/min。

Claims (6)

1.混凝土地基板板底脱空处理用旋喷钻头，其特征是具有依次连接并与空心钻杆(44)同轴设置的切削刀头(2)、作为切削刀头支承体的切削刀架(1)、与切削刀架(1)尾部刀座(3)连接的连接杆(5)，位于连接杆(5)另一端的钻杆接头(6)；喷头沿切削刀架(1)的径向设置，喷头出口位于刀座(3)的侧部，连接杆(5)为管体结构，喷头通过连接杆(5)以及钻杆接头(6)的中空管腔与空心钻杆(44)的内腔形成通道，喷头是以可拆装的形式连接在所述钻头上。

2.根据权利要求1所述的混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头，其特征是所述喷头设置为单管大孔喷粉头(4)，或单管小孔喷浆头(7)；形成在所述喷头与空心钻杆(44)之间的通道为单通道。

3.根据权利要求1所述的混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头，其特征是所述喷头设置为由中心管(9)和外围管(10)构成的同轴双管喷头(8)；所述中心管(9)为浆料喷管，外围管(10)为压缩空气喷管；形成在所述喷头与空心钻杆(44)之间的通道为同轴设置的双通道。

4.根据权利要求1所述的混凝土地基板板底脱空处理旋喷钻头，其特征是所述切削刀头(2)呈“十”字设置，“十”字切削刀头(2)的刀刃相互垂直且一长一短。

5.使用如权利要求1所述旋喷钻头进行混凝土地基板板底脱空处理的方法，其特征是按如下过程进行：

a、采用无损检测法检测出混凝土地基板板底脱空区(40)所在位置；

b、在脱空区(40)所在位置处，自地表铅直朝向脱空区(40)钻出至少两个钻孔(49)，所述钻孔(49)穿透混凝土地基板(50)、基层(51)和垫层(52)；在钻孔(49)的位置的地表放置钻机(46)，根据地基土层(43)的土质选用不同的喷头，旋喷钻头安装在钻机(46)的空心钻杆(44)上；旋喷钻头依靠钻孔(49)钻入地基土层(43)内达设计深度；然后在向旋喷钻头压浆的同时提升旋喷钻头，以边压浆、边旋喷、边切削和边搅拌的形式在地基土层(43)和脱空区(40)内形成旋喷桩(41)；采用同样的方法，在所述各钻孔(49)中完成旋喷桩的施工；

c、如果在所有旋喷桩(41)形成之后，浮浆材料或地基土层的隆起未能将脱空区域填满，则更换所述旋喷钻头为压浆头，继续通过钻孔(49)对脱空区(40)进行压浆，直至钻孔(49)中有浆料冒出；初次压浆后的1～2小时进行二次补浆；

d、在所述旋喷柱和压浆料初凝后，清理出钻孔(49)中的浆料，使用与所述混凝土地基板(50)相同标号的混凝土封堵所有钻孔(49)，并在所述混凝土地基板(50)的顶面抹平。

6.根据权利要求5所述的混凝土地基板板底脱空处理方法，其特征是所述根据地基土层(43)的土质选用具有不同喷头的旋喷钻头的方法是：

a、所述地基土层(43)为淤泥或软土质，所述旋喷钻头选用单管喷粉头，以压缩空气夹带的水泥粉在单管喷粉头中喷出，形成所述旋喷桩(41)的是水泥粉与地基土层(43)中的淤泥或软土的混合体；

b、所述地基土层(43)为粉土、砂土或砂砾类非粘性土质，所述旋喷钻头选用单管喷浆头，以水泥浆料在单管喷浆头中喷出，形成所述旋喷桩(41)的是水泥浆料与地基土层(43)中的粉土、砂土或砂砾类非粘性土的混合体；

c、所述地基土层(43)为粘土类粘性土质，所述旋喷钻头选用由中心管和外围管呈内外套管结构的同轴双管喷头，在所述中心管中引入水泥浆料，在所述外围管中引入压缩空气，形成所述旋喷桩(41)的是水泥浆料与地基土层(43)中被切削剥落破碎的粘性土的混合体。

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