CN102535450A - 一种五轴水泥土搅拌桩装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种五轴水泥土搅拌桩装置及施工方法，该装置包括步履式和履带式主机、卷扬机、导杆、钢丝绳、进浆口、动力头、变速箱、减速机、钻杆、中间支承架、下部支承架、带翼钻杆、抱箍、多功能钻头、喷浆口、后台水泥浆搅拌系统，所述的卷扬机和导杆固定在主机上，所述的动力头通过钢丝绳连接导杆顶端滑轮，钢丝绳带动动力头上下升降，所述的动力头依次通过变速箱和减速机连接五根钻杆，五根钻杆中部设有中间支承架，下部设有下部支承架，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆上设有抱箍，带翼钻杆下端连接多功能钻头，多功能钻头上设有喷浆口。与现有技术相比，本发明具有无噪音、无振动、保安全、保质量、降成本、高效率、缩工期等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种五轴水泥土搅拌桩装置和施工方法，主要应用于民用及其工业基础设施建设中的基坑围护止水及地基加固。
背景技术
目前一般基坑围护止水和地基加固多采用二轴搅拌桩和SMW工法。
二轴搅拌桩是80年代延用的工法，机架为井字架，走管式行走，稳定性极差，工效很低，劳动强度大，另动力头部分采用37kw的常规电机，起动动力不足。最深桩长只有18m，下部钻杆只有二道叶片，搅拌不均匀，三搅两喷成桩质量还难以保证，每次成桩1.2米一组，造成桩搭接冷缝多，容易造成漏水等现象。
SMW工法不足之处是水泥渗量20％，水灰比为1.5～2.0才能成桩，由于水灰比的增大，为保证水泥的强度，只能增加水泥用量。水泥用量大，有三分之一置换土，土中含有水泥浆，不能做耕植土及绿化土，只能作为渣土处理，既浪费了材料，又给环境造成污染，造价高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无噪音、无振动、保安全、保质量、降成本、高效率、缩工期的五轴水泥土搅拌桩装置及施工方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种五轴水泥土搅拌桩装置，该装置包括主机、卷扬机、导杆、钢丝绳、进浆口、动力头、变速箱、减速机、钻杆、中间支承架、下部支承架、带翼钻杆、抱箍、喷浆口、后台水泥浆搅拌系统，所述的卷扬机和导杆固定在主机上，所述的动力头通过钢丝绳连接导杆顶端滑轮，钢丝绳带动动力头上下升降，所述的动力头依次通过变速箱和减速机连接五根钻杆，五根钻杆中部设有中间支承架，下部设有下部支承架，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆上设有抱箍，所述的进浆口设置在钻杆顶部，所述的后台水泥浆搅拌系统通过一存浆桶后连接进浆口，其特征在于，所述的装置还包括多功能钻头，该多功能钻头安装在带翼钻杆下端，多功能钻头上设有喷浆口。
所述的多功能钻头可更换式安装在带翼钻杆下端，多功能钻头包括螺旋钻头或耙式钻头。
所述的多功能钻头与带翼钻杆螺纹连接或卡接。
所述的主机包括步履式桩机或履带式桩机，所述的动力头设有2～3只专用起重电机，所述的专用起重电机采用4-8P双速电机，功率为55kw-240kw，所述的专用起重电机带动变速箱，变速箱再带动减速机，减速机同时带动5根搅拌轴同时转动，最终输出转速0～60转/分，旋转方向为正、反、正、反、正。
所述的带翼钻杆由钻杆本体和多个搅拌叶片组成，所述的搅拌叶片以15度～30度的角度焊接在钻杆本体上，多个搅拌叶片按4～6排环绕排列在钻杆本体上，每排搅拌叶片按垂直方向每间隔0.8～1.2m设置一道搅拌叶片。
所述的五根钻杆各自连接一浆泵，分别供浆，在进浆口装上流量仪，来控制浆量，在导杆与动力头上下滑轨处装上入土深度传感仪，流量仪和传感仪均连接到主机驾驶室的集成计算机上，显示每米下降深度、每米喷浆量、总喷浆量和总搅拌时间。
所述的装置的成桩直径为700mm，钻距为500mm，搭接200mm，一次成桩五根。
所述的五轴水泥土搅拌桩可作地基处理、形成重力垻可作深基坑围护挡土和止水，深度可达55米。
一种五轴水泥土搅拌桩装置的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)放样，根据施工图放出实样；
(2)开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
(3)装置就位，将五轴水泥土搅拌桩装置移动到待施工位置；
(4)起动后台水泥浆搅拌系统，然后把水泥浆送至存浆桶；
(5)开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据：每米下降速度、每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间；
(6)开启动力头驱动多功能钻头边搅拌边喷水泥浆，正转下沉到设计桩底标高，反转边喷浆边提钻至带翼钻杆长度，再正转边喷浆边向下钻至设计标高。
(7)再反转电机，边提钻边喷水泥浆边搅拌；一次成桩；
(8)根据需要，形成重力垻可作挡土和止水。
(9)一组结束，移至第二组继续施工。
与现有的二轴搅拌桩相比有以下特点：
1.主机采用履带式和步履式主机，行走采用全液压，移动方便，安全性能好，同时又增加了起重的能力。
2.动力头采用4～8P双速电机2～3只，功率为55kw-240kw，根据不同地质和深度配置电机的功率，再通过双速电机增加了调节输出功率。
3.原两轴钻一次只有2根，现钻一次就有5根，增加功效2.5倍。
4.原两轴搅拌叶片只有2道，现增加到5道，同时在钻头处增加了螺旋片，碰到硬土层时入土容易。
5.原两轴搅拌主机为走管式，主机为2只37kw电机，功率不足，打桩深度最大只有18米，因主机及动力头功率的加大，现最深可达55米左右。
6.原两轴搅拌由于叶片只有二道，要达到质量要求需搅拌为二喷三搅，即三上三下，现技术采用叶片增加2.5倍，即一上一下即达到了三上三下的搅拌效果，下钻同提钻的同时喷浆。
7.原两轴搅拌的喷浆及下钻提钻，特别是喷浆量都凭经验来喷浆，质量得不到保证，现技术采用在进浆口安装流量仪，再在机架上安装深度传感仪，同时集成到驾驶室里的集成电脑上，计算出每米的喷浆量及总水泥浆用量，达到了自动化要求。
8.与原两轴搅拌桩相比，功效增加了近10倍。
与三轴SMW工法相比有以下特点：
1.三轴SMW工法，因采用的全螺旋叶片，下钻时叶片的负载很大，所以只有通过增大水灰比来降低负载，但为保证质量，只能加大水泥用量，达到20％，水灰比为1.5～2.0，搅拌时产生大量的水泥污染，但实际留在土中的水泥只有13％左右，产生了很大的浪费。现技术搅拌叶片的改变，使水泥能全部搅拌在土中，搅拌荷载大大降低，水灰比降为0.6左右，水泥用量降到13％，因没有浪费即达到了原SMW水泥用量20％的效果，降低了成本。
2.原SMW三轴钻一次只有3根，现钻一次有5根，增加了功效。
3.原SMW三轴喷浆量及下钻提钻，没有安装水泥流量仪和深度传感仪，施工全凭经验，现安装了相应的电脑传感仪，达到了直观、有效、自动化的要求，保证了质量。
附图说明
图1为本发明装置带螺旋形多功能钻头的结构示意图；
图2为图1装置的多轴排列及叶片交错以及对应的五轴搅拌桩结构示意图；
图3为发明装置带耙式多功能钻头的结构示意图；
图4为图3装置的五轴排列及叶片带角度交错以及对应的五轴搅拌桩结构示意图；
图中：主机1、卷扬机2、导杆3、钢丝绳4、进浆口5、动力头6、变速箱7、减速机8、钻杆9、中间支承架10、下部支承架11、带翼钻杆12、抱箍13、多功能钻头14、喷浆口16、后台水泥浆搅拌系统17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1～2所示，一种五轴水泥土搅拌桩装置，该装置包括履带式和步履式主机1、卷扬机2、导杆3、钢丝绳4、进浆口5、动力头6、变速箱7、减速机8、钻杆9、中间支承架10、下部支承架11、带翼钻杆12、抱箍13、多功能钻头14、喷浆口16，所述的卷扬机2和导杆3固定在主机1上，所述的动力头6通过钢丝绳4连接导杆3顶端滑轮，钢丝绳4带动动力头6上下升降，所述的动力头6依次通过变速箱7和减速机8连接五根钻杆9，五根钻杆9中部设有中间支承架10，下部设有下部支承架11，各钻杆9下端均连接有带翼钻杆12，所述的带翼钻杆12上设有抱箍13，带翼钻杆12下端通过螺纹连接多功能钻头14，多功能钻头14上设有喷浆口16。钻杆9顶部设有进浆口5，所述的装置还设有后台水泥浆搅拌系统17，后台水泥浆搅拌系统17通过一存浆桶后连接进浆口5。
主机1采用履带式或步履式机械施工，安全性能好。所述的动力头6采用专用起重电机2～3只，4～8P双速，功率为55kw～240kw；所述的专用起重电机带动变速箱，变速箱再带动减速机，减速机同时带动5根搅拌轴同时转动，最终输出转速0～60转/分，旋转方向为正、反、正、反、正。
所述的带翼钻杆12由钻杆本体和多个搅拌叶片组成，所述的搅拌叶片以15度～30度的角度焊接在钻杆本体上，多个搅拌叶片按4～6排环绕排列在钻杆本体上，每排搅拌叶片按垂直方向每间隔0.8～1.2m设置一道搅拌叶片，便于入土后能直接切入土体，正转时钻进，反转时能自动提钻，同时又能起到搅拌作用。
所述的五根钻杆9各自连接浆泵，分别供浆，在进浆口装上流量仪，来控制浆量，在导杆与动力头上下滑轨处装上入土深度传感仪，流量仪和传感仪均连接到主机驾驶室的集成计算机上，显示每米下降深度、每米喷浆量、总喷浆量和总搅拌时间。
使用上述五轴水泥土搅拌桩装置的施工方法，可一次成桩五根，如图2所示，成桩直径为700mm，钻距为500mm，搭接为200mm，一次成桩五根。具体包括以下步骤：
(1)放样，根据施工图放出实样；
(2)开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
(3)装置就位，将五轴水泥土搅拌桩装置移动到待施工位置；
(4)起动后台水泥浆搅拌系统17，然后把水泥浆送至存浆桶。
(5)开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据：喷气压力、每米下降速度、每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间。
(6)开启喷气装置，从多功能钻头的喷气口喷气，并开启动力头驱动多功能钻头，一气边搅拌边喷水泥浆，正转下沉到设计桩底标高，反转边喷浆边提钻至带翼钻杆长度，再正转边喷浆边向下钻至设计标高。
(7)再反转电机，边提钻边喷气边喷水泥浆边搅拌；一次成桩。
(8)根据需要，形成重力垻可作深基坑围护挡土和止水。
(9)一组结束，移至第二组继续施工。
实施例2
如图3～4所示，一种五轴水泥土搅拌桩装置，多功能钻头13为耙式多功能钻头，通过卡扣连接带翼钻杆12。其余同实施例1。
Claims (9)
1.一种五轴水泥土搅拌桩装置，该装置包括主机、卷扬机、导杆、钢丝绳、进浆口、动力头、变速箱、减速机、钻杆、中间支承架、下部支承架、带翼钻杆、抱箍、喷浆口、后台水泥浆搅拌系统，所述的卷扬机和导杆固定在主机上，所述的动力头通过钢丝绳连接导杆顶端滑轮，钢丝绳带动动力头上下升降，所述的动力头依次通过变速箱和减速机连接五根钻杆，五根钻杆中部设有中间支承架，下部设有下部支承架，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆上设有抱箍，所述的进浆口设置在钻杆顶部，所述的后台水泥浆搅拌系统通过一存浆桶后连接进浆口，其特征在于，所述的装置还包括多功能钻头，该多功能钻头安装在带翼钻杆下端，多功能钻头上设有喷浆口。
2.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的多功能钻头可更换式安装在带翼钻杆下端，多功能钻头包括螺旋钻头或耙式钻头。
3.根据权利要求2所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的多功能钻头与带翼钻杆螺纹连接或卡接。
4.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的主机包括步履式桩机或履带式桩机，所述的动力头设有2～3只专用起重电机，所述的专用起重电机采用4-8P双速电机，功率为55kw-240kw，所述的专用起重电机带动变速箱，变速箱再带动减速机，减速机同时带动5根搅拌轴同时转动，最终输出转速0～60转/分，旋转方向为正、反、正、反、正。
5.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的带翼钻杆由钻杆本体和多个搅拌叶片组成，所述的搅拌叶片以15度～30度的角度焊接在钻杆本体上，多个搅拌叶片按4～6排环绕排列在钻杆本体上，每排搅拌叶片按垂直方向每间隔0.8～1.2m设置一道搅拌叶片。
6.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的五根钻杆各自连接一浆泵，分别供浆，在进浆口装上流量仪，来控制浆量，在导杆与动力头上下滑轨处装上入土深度传感仪，流量仪和传感仪均连接到主机驾驶室的集成计算机上，显示每米下降深度、每米喷浆量、总喷浆量和总搅拌时间。
7.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的装置的成桩直径为700mm，钻距为500mm，搭接200mm，一次成桩五根。
8.根据权利要求1所述的一种五轴水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的五轴水泥土搅拌桩装置掘地形成五轴搅拌桩，该五轴搅拌桩形成重力垻可挡土可止水。
9.一种如权利要求1所述的五轴水泥土搅拌桩装置的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)放样，根据施工图放出实样；
(2)开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
(3)装置就位，将五轴水泥土搅拌桩装置移动到待施工位置；
(4)起动后台水泥浆搅拌系统，然后把水泥浆送至存浆桶；
(5)开启集成计算机，让计算机来控制预先设置的数据：每米下降速度、每米喷浆量、桩端设计标高、总喷浆量和总搅拌时间；
(6)开启动力头驱动多功能钻头边搅拌边喷水泥浆，正转下沉到设计桩底标高，反转边喷浆边提钻至带翼钻杆长度，再正转边喷浆边向下钻至设计标高；
(7)再反转电机，边提钻边喷水泥浆边搅拌；一次成桩；
(8)根据需要形成重力坝；
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