CN102535449B - 一种搅拌桩施工方法及其固化剂装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搅拌桩施工方法及其钻杆和固化剂输送装置，能在同一根搅拌桩施工的下沉和上提工序中分别喷射两种会相互反应或相互影响的土壤固化剂，且均能对固化土进行有效地搅拌，从而在短期内迅速提高搅拌桩强度，满足抢险救灾等特殊工程对时间的要求。使用同一种土壤固化剂时，在搅拌桩机下沉和上提的过程中均能喷射土壤固化剂和有效搅拌，能提高大直径搅拌桩的施工效率，节省近一半的施工时间。能解决带硬壳层的高含水量软土地基中，不同土层对土壤固化剂形态的要求，提高桩身质量。

Description

一种搅拌桩施工方法及其固化剂装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，是一种搅拌桩施工方法及其钻杆和固化剂输送装置。

背景技术

搅拌桩是加固软土地基的有效方法之一，它是通过搅拌桩机边钻进边往软土中喷射液态（悬浊液）或者粉体固化剂（如水泥），并就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间的物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的搅拌桩。

常规的搅拌桩施工机械只设置一个喷嘴，施工时也只能采用一种形态的一种土壤固化剂，例如常规的水泥土搅拌桩只能采用水泥浆或者水泥粉，分别称为湿法和干法，前者适用于含水量相对较低的软土，后者适用于含水量很高的软土。故常规搅拌桩不能同时采用两种会相互反应或相互影响的土壤固化剂。

由于只设置一个喷嘴，当喷嘴设置在搅拌叶片下部（工程最常用的设计），搅拌桩机上提时，搅拌叶片无法对刚喷射的土壤固化剂进行搅拌；当喷嘴设置在搅拌叶片上部，搅拌桩机下沉时，搅拌叶片无法对刚喷射的土壤固化剂进行搅拌。所以，工程实际中常规搅拌桩的施工工艺只能是一次喷浆（土壤固化剂）两次搅拌、两次喷浆四次搅拌、三次喷浆六次搅拌等，即搅拌桩机下沉和上提的两次工序中只能进行一次喷浆，对于需要多次喷浆大直径的搅拌桩来说，这大大降低了搅拌桩的施工效率，增加了工程建设时间和成本。

另外，由于工程地质条件的复杂性，需要利用搅拌桩进行加固的土层有时候具有明显的成层性，例如一种典型的情况是，海相软土含水量一般很高，适合使用干法搅拌桩进行处理，但是海相软土的上部往往有几米厚的硬壳层，由于硬壳层的含水量一般很低，更适合于湿法搅拌桩加固，而干法搅拌桩的加固效果很差。

本申请主要是针对以上问题进行改进，提出了一种搅拌桩的施工方法及其钻杆和固化剂输送装置。

发明内容

技术问题：

本发明的目的是一种搅拌桩施工方法及其固化剂输送装置，以实现同时采用两种会相互反应或相互影响的固化剂搅拌桩的施工，或提高大直径单固化剂搅拌桩施工效率，提高带硬壳层的高含水量软土地基中的搅拌桩质量。

技术方案：

一种搅拌桩的施工方法，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，完成单桩施工。

一种在带硬壳层的高含水量的软土地基上进行搅拌桩施工的方法，其特征在于，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，当搅拌钻头提升至硬壳层底面标高时，通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，完成单桩施工。

一种固化剂输送装置，包括，连接于钻头的钻杆，在钻杆上设有搅拌叶片，在钻杆内设有第一固化剂喷射管和第二固化剂喷射管，连接于所述第一固化剂喷射管一端的第一喷嘴位于搅拌叶片的下方且突出于钻杆，连接于所述第二固化剂喷射管一端的第二喷嘴位于搅拌叶片的上方且突出于钻杆，在钻杆的顶部设有第一旋转接头和第二旋转接头，所述第一固化剂喷射管的另一端与第一旋转接头的一端连接，在第一旋转接头的另一端上连接有第一固化剂输送泵且第一旋转接头的另一端通过第一软管与第一固化剂输送泵连接，所述第二固化剂喷射管的另一端与第二旋转接头的一端连接，在第二旋转接头的另一端上连接有第二固化剂输送泵且第二旋转接头的另一端通过第二软管与第二固化剂输送泵连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

能在同一根搅拌桩施工的下沉和上提工序中分别喷射两种会相互反应或相互影响的土壤固化剂，且均能对固化土进行有效地搅拌，从而在短期内迅速提高搅拌桩强度，满足抢险救灾等特殊工程对时间的要求。使用同一种土壤固化剂时，在搅拌桩机下沉和上提的过程中均能喷射土壤固化剂和有效搅拌，能提高大直径搅拌桩的施工效率，节省近一半的施工时间。能解决带硬壳层的高含水量软土地基中，不同土层对土壤固化剂类型（干法和湿法）的要求，提高桩身质量。

附图说明

图1为搅拌桩机的钻杆和固化剂输送装置示意图；

图2为采用活性氧化镁和二氧化碳气体作为土壤固化剂的搅拌桩施工方法；

图3为采用水泥浆作为土壤固化剂的大直径搅拌桩施工方法；

图4为采用水泥粉和水作为土壤固化剂的搅拌桩处理带硬壳层的高含水量软土的施工方法。

其中有：钻头1；钻杆2；搅拌叶片3；第一固化剂输送管4；第二固化剂输送管5；第一喷嘴6；第二喷嘴7；第一旋转接头8；第二旋转接头9；第一软管（10）；第一固化剂输送泵11；第二固化剂输送泵12；第二软管（13）；硬壳层14；海相软土15。

具体实施方式

实施例1

一种搅拌桩的施工方法，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，完成单桩施工。

所述的搅拌桩的施工方法，通过第一固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂与通过第二固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂为两种不同的土壤固化剂。

本实施例中采用两种不同形态、且会快速反应的土壤固化剂：活性氧化镁（粉体）和二氧化碳（气体）。搅拌桩施工方法见图2，并介绍如下：

（a）将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，搅拌桩机下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射活性氧化镁干粉，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌钻头下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射活性氧化镁干粉；

（b）提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射二氧化碳气体，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射二氧化碳气体，完成单桩施工；

由于在搅拌桩机下沉的过程中从位于搅拌叶片下部的喷嘴喷射粉体活性氧化镁，随后搅拌叶片在下沉时将其与土体搅拌均匀，在搅拌桩机上提过程中从位于搅拌叶片上部的喷嘴喷射气体二氧化碳，随后搅拌叶片在上提时将其与已搅拌过的氧化镁固化土体搅拌均匀。这样，二氧化碳能与活性氧化镁加固后的固化土迅速反应，当单桩施工完成后，搅拌桩已经完成了大部分的强度增长，可以立即投入使用，大大缩短了施工时间，可以满足抢险救灾等特殊工程的要求。由于在搅拌叶片上部和下部设置了两个独立的喷嘴以及相应两套独立的固化剂输送装置，粉体活性氧化镁的输入、搅拌和二氧化碳的输入、搅拌是独立的过程，充分利用了搅拌桩机下沉和上提两道工序完成了粉体活性氧化镁的输入、搅拌和二氧化碳的输入、搅拌，大大提高了施工工效。

如果采用常规搅拌桩施工方法，只有一个喷嘴，如果喷嘴设置在搅拌叶片下部，搅拌桩机上提时，搅拌叶片无法对刚喷射的土壤固化剂进行搅拌；如果喷嘴设置在搅拌叶片上部，搅拌桩机下沉时，搅拌叶片无法对刚喷射的土壤固化剂进行搅拌。如果要完成本实施例施工，需要先进行一次搅拌桩机的下沉和上提工序，以完成粉体活性氧化镁的输送和搅拌。接着再进行一次搅拌桩机的下沉和上提工序，以完成二氧化碳的输送和搅拌。这样施工时间是本实施例的2倍以上。

实施例2

一种搅拌桩的施工方法，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，完成单桩施工。

所述的搅拌桩的施工方法，通过第一固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂与通过第二固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂为同一种土壤固化剂。

本实施例中需要施工的水泥搅拌桩（湿法）直径较大，需要进行两次喷浆才能达到设计的水泥掺量，所以上部喷嘴和下部喷嘴采用同一种固化剂：水泥浆。搅拌桩施工方法见图3，并介绍如下：

（a）将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，搅拌桩机下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射水泥浆，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌钻头下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射水泥浆；

（b）提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射水泥浆，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射水泥浆，完成单桩施工；

由于在搅拌叶片上部和下部设置了两个独立的喷嘴以及相应两套独立的固化剂输送装置，在搅拌桩机下沉的过程中从位于搅拌叶片下部的喷嘴水泥浆，随后搅拌叶片在下沉时将其与土体搅拌均匀，接着在搅拌桩机上提过程中从位于搅拌叶片上部的喷嘴喷射水泥浆，随后搅拌叶片在上提时将其与土体搅拌均匀，即在搅拌桩机下沉和上提过程中均能进行喷浆和有效搅拌，所以单桩施工只需要一次下沉和一次上提即可完成。

如果采用常规搅拌桩施工方法，只有一个喷嘴，如果喷嘴设置在搅拌叶片下部，搅拌桩机上提时，搅拌叶片无法对刚喷射的水泥浆进行搅拌；如果喷嘴设置在搅拌叶片上部，搅拌桩机下沉时，搅拌叶片无法对刚喷射的水泥浆进行搅拌，即搅拌桩机下沉和上提的两次工序中只能进行一次喷浆，所以完成该搅拌桩施工需要进行两次下沉和两次上提才能完成，施工时间是本实施例的2倍以上。

实施例3

一种在带硬壳层的高含水量的软土地基上进行搅拌桩施工的方法，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，当搅拌钻头提升至硬壳层底面标高时，通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，完成单桩施工。

本实施例中需要处理的地基为带硬壳层的高含水量的软土地基，下部为高含水量的海相软土，用干法水泥搅拌桩的处理效果较好，但是上部为含水量相对较低的硬壳层，用干法水泥搅拌桩的处理效果很差，适合使用湿法水泥搅拌桩进行处理。搅拌桩施工方法见图4，并介绍如下：

（a）将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌钻头的叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射水泥干粉，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射水泥干粉；

（b）提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，当搅拌钻头提升至硬壳层底面标高时，通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，完成单桩施工。

由于在搅拌叶片上部和下部设置了两个独立的喷嘴以及相应两套独立的固化剂输送装置，在搅拌桩机下沉的过程中从位于搅拌叶片下部的喷嘴喷射水泥干粉，随后搅拌叶片在下沉时将水泥干粉与土体搅拌均匀，接着在搅拌桩机提升到硬壳层底面标高时，从位于搅拌叶片上部的喷嘴喷射水，随后搅拌叶片在上提时将水与水泥干粉、硬壳层的土体搅拌均匀，增加了硬壳层固化土的含水量，相当于硬壳层采用了湿法水泥土搅拌桩施工，从而大大提高了上部硬壳层搅拌桩的质量。而下部海相软土层采用的是干法水泥搅拌桩施工，其质量也大大优于湿法。同时，单桩施工只需要一次下沉和一次上提即可完成。

因为常规搅拌桩施工装置只有一个喷嘴和一套独立的固化剂输送装置，如果先进行一次搅拌桩机的下沉和上提工序，以完成水泥干粉的输送和搅拌，接下来却不能再利用该喷嘴和输送管道在上部硬壳层土体中进行水的输送和喷射，因为水会和输送管道中存留的水泥干粉发生反应，从而造成堵管。如果先完成上部硬壳层中水的输送和搅拌，接下来也不能再利用该喷嘴和输送管道在水泥干粉，因为水泥干粉会和输送管道中存留的水发生反应，从而造成堵管。即常规搅拌桩施工方法和装置不能完成本实施例的施工。

实施例4

一种用于搅拌桩施工的固化剂输送装置，包括，连接有钻头1的钻杆2，在钻杆2上设有搅拌叶片3，在钻杆2内设有第一固化剂喷射管4和第二固化剂喷射管5，连接于所述第一固化剂喷射管4一端的第一喷嘴6位于搅拌叶片3的下方且突出于钻杆2，连接于所述第二固化剂喷射管5一端的第二喷嘴7位于搅拌叶片3的上方且突出于钻杆2，在钻杆2的顶部设有第一旋转接头8和第二旋转接头9，所述第一固化剂喷射管4的另一端与第一旋转接头8的一端连接，在第一旋转接头8的另一端上连接有第一固化剂输送泵11且第一旋转接头8的另一端通过第一软管10与第一固化剂输送泵11连接，所述第二固化剂喷射管5的另一端与第二旋转接头9的一端连接，在第二旋转接头9的另一端上连接有第二固化剂输送泵12且第二旋转接头9的另一端通过第二软管13与第二固化剂输送泵12连接，旋转接头是一种将流体介质从静态系统输入到动态旋转系统的过渡连接密封装置，为市场上的一种标准部件，如可在滕州市天旋旋转接头制造有限公司购置。

Claims (5)

1. 一种搅拌桩的施工方法，其特征在于，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，同时通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂，完成单桩施工。

2. 根据权利要求1所述的搅拌桩的施工方法，其特征在于，通过第一固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂与通过第二固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂为两种不同的土壤固化剂。

3. 根据权利要求1所述的搅拌桩的施工方法，其特征在于，通过第一固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂与通过第二固化剂喷射管向土体喷射的土壤固化剂为同一种土壤固化剂。

4.一种在带硬壳层的高含水量的软土地基上进行搅拌桩施工的方法，其特征在于，将搅拌桩机定位在桩位上，将第一固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片下方，再将第二固化剂喷射管的喷嘴引至搅拌桩机的搅拌叶片上方，启动搅拌桩机，使搅拌钻头下沉，搅拌叶片旋转，同时通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，当搅拌钻头下沉至桩端设计标高时，停止搅拌叶片下沉，并停止通过第一固化剂喷射管向土体喷射土壤固化剂干粉，再提升搅拌钻头，搅拌叶片旋转，当搅拌钻头提升至硬壳层底面标高时，通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，直至搅拌钻头提升地表时，停止搅拌钻头提升，并停止通过第二固化剂喷射管向土体喷射水，完成单桩施工。

5. 一种用于实施权利要求1或4所述搅拌桩的施工方法的固化剂输送装置，包括，连接于钻头（1）的钻杆（2），在钻杆（2）上设有搅拌叶片（3），其特征在于，在钻杆（2）内设有第一固化剂喷射管（4）和第二固化剂喷射管（5），连接于所述第一固化剂喷射管（4）一端的第一喷嘴（6）位于搅拌叶片（3）的下方且突出于钻杆（2），连接于所述第二固化剂喷射管（5）一端的第二喷嘴（7）位于搅拌叶片（3）的上方且突出于钻杆（2），在钻杆（2）的顶部设有第一旋转接头（8）和第二旋转接头（9），所述第一固化剂喷射管（4）的另一端与第一旋转接头（8）的一端连接，在第一旋转接头（8）的另一端上连接有第一固化剂输送泵（11）且第一旋转接头（8）的另一端通过第一软管（10）与第一固化剂输送泵（11）连接，所述第二固化剂喷射管（5）的另一端与第二旋转接头（9）的一端连接，在第二旋转接头（9）的另一端上连接有第二固化剂输送泵（12）且第二旋转接头（9）的另一端通过第二软管（13）与第二固化剂输送泵（12）连接。

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