CN103967003A - 可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置及施工方法，该装置包括主机、导杆、动力组件、钻杆、带翼钻杆、钻头和水泥浆搅拌系统，所述的导杆固定在主机上，所述的动力组件通过钢丝绳连接导杆顶端的滑轮，钢丝绳带动动力组件在导杆的滑轨上运动，所述的动力组件连接多根钻杆，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆下端连接钻头，所述的钻杆顶部设有进浆口，钻杆中部设有中间支承架，所述的水泥浆搅拌系统通过浆泵后连接进浆口，所述的钻杆为可拆卸钻杆，且钻杆上设置有可减少挤土效应的螺旋搅拌页片。与现有技术相比，本发明具有成桩功能多样、可减少挤土性、垂直度可进行监测调整、搅拌更均匀等优点。

Description

可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置及施工方法

技术领域

本发明涉及一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置及施工方法，主要应用于市政基础、工业及民用工程建设中的地基加固、改良及基坑围护等领域。

背景技术

搅拌桩成桩是利用固化剂与土体混合、搅拌，通过固化剂的水化学反应来提高桩体的工程力学性能。搅拌桩由于成桩价格优势明显，所以在工程中备受青睐。

目前一般基坑围护止水和地基加固多采用二轴搅拌桩、SMW工法、五轴搅拌桩（FCW工法），五轴搅拌桩就是由一字型布置的五根转杆将土与水泥充分搅拌形成，该工法后台采用自能化系统，可以实时读取喷浆量、转杆下转深度等技术参数。这三种工法一般仅作为搅拌桩出现，功能比较单一，面对不同的桩型需要配备不同的装置。二轴搅拌桩下部钻杆只有二道叶片，只能打二轴；SMW工法利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在多功能钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，由于三轴搅拌机转杆为三根，所以一次成桩三根；五轴搅拌桩转杆为五根，所以一次成桩五根。另外SMW工法、五轴搅拌桩钻杆扭矩不能自行平衡，动力组件需要承担多余的扭矩，从而对钻孔直径和钻孔深度及垂直度有了限制和影响。

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成桩功能多样、节约成本、垂直度可进行监测调整、成桩效果好的可减少挤土性的多轴互换式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：

一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，该装置包括主机、导杆、动力组件、钻杆、带翼钻杆、钻头和水泥浆搅拌系统，所述的导杆固定在主机上，所述的动力组件通过钢丝绳连接导杆顶端的滑轮，钢丝绳带动动力组件在导杆的滑轨上运动，所述的动力组件连接多根钻杆，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆下端连接钻头，所述的钻杆顶部设有进浆口，钻杆中部设有中间支承架，所述的水泥浆搅拌系统通过浆泵后连接进浆口，其特征在于，所述的钻杆为可拆卸钻杆，且钻杆上设置有可减少挤土效应的螺旋搅拌页片。

所述的钻杆设置二根、四根或六根，分别用于二轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩的成桩，相邻钻杆的旋转方向相反。

所述的相邻钻杆中至少有一根钻杆上设置有螺旋搅拌页片。

所述的相邻钻杆中其中一根钻杆上设有铁片，该铁片错位设置，所述的铁片下方焊接有金属块，金属块设有两个，且金属块与水平面成30°～60°。

该装置还包括流量仪、入土深度传感仪和垂直度实时监测仪，所述的流量仪安装在进浆口处，所述的入土深度传感仪安装在导杆的滑轨上，所述的垂直度实时监测仪安装在中间支承架上，所述的流量仪、入土深度传感仪和垂直度实时监测仪分别与主机连接。

所述的垂直度实时监测仪为一圆柱形金属管，金属管内设有垂直度监测元件，该垂直度监测元件通过外接导线或无线数据发射装置与主机连接。

一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，包括以下步骤：

1）平整施工场地，根据施工图放出实样；

2）根据施工图要求开沟槽；

3）装置复位，将所述搅拌桩装置移动到待施工位置，设置钻杆的数量和带有螺旋搅拌页片的钻杆的数量；

4）开启主机进行监控，控制预先设置的数据：每米下降深度、每米喷浆量、设计桩底标高、设计桩顶标高、总喷浆量和总搅拌时间；

5）启动水泥浆搅拌系统，将水泥浆通过浆泵对钻杆进行供浆，同时通过流量仪实时监测供浆量；

6）启动动力组件，动力组件驱动钻杆旋转，钻杆带动钻头边下沉边喷浆边搅拌，并使钻头下沉到设计桩底标高，且主机通过垂直度实时监测仪实时监测钻杆的垂直度；

7）动力组件提升钻杆在带冀钻杆高度范围内复搅，再次下沉到设计桩底标高；

8）动力组件提升钻杆，将钻杆提升至设计桩顶标高，一次成桩，形成一组搅拌桩；

9）移至第二组继续施工。

所述的喷浆包括单点喷浆、多点喷浆、向下钻进时下口喷浆向上提升时上口喷浆。

所述的每根钻杆的喷浆方式包括以下两种：

一、钻杆下沉时喷100%的水泥浆，提升时不喷浆；

二、钻杆下沉时喷50%～80%的水泥浆，提升时喷50%～20%的水泥浆。

所述的每组搅拌桩的形式包括两轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明增加的螺旋搅拌页片在钻杆下沉的同时能起到向上提土的作用，有效地减少了搅拌施工过程中的挤土效应；而多根钻杆一起工作时可以使土体在内部形成一个自下而上，再由上到下的内循环，这样能够释放由施工过程中引起的超孔隙水压力以及喷入桩体浆液对周围土体挤密引起的压力，有效地减少挤土效应；

2）本发明减少了桩体之间的搭接次数，降低了桩体上冷缝出现的几率，提高了桩体的止水效果；

3）本发明中的六根钻杆三根正转三根反转，在动力组件驱动六根钻杆在地基土中钻孔时，动力组件以互为反向旋转方式驱动相邻的钻杆转动，钻杆在钻孔时产生方向相反、大小相等的扭矩，使动力组件所承受的正反扭矩是平衡的，有效减少了桩机为了平衡由钻杆转动产生的扭矩而对钻孔直径和钻孔深度的限制和影响；

4）本发明的动力组件驱动动力大，桩机自稳性好，所以桩体直径大，桩身长，桩身可达70m；

5）本发明采用钻杆内喷浆方式，喷浆孔位于钻杆底部，可在下沉掘进的同时进行搅拌，提升了搅拌功效；

6）本发明的喷浆采用多点喷浆方式，让固化浆液能充分搅拌到桩中，让同样搅拌的次数能达到加倍的搅拌效果；

7）本发明采用向下钻进时下口喷浆向上提升时上口喷浆，使固化浆液和土体被搅拌的次数最大化，搅拌更均匀。

8）本发明的六根钻杆可以根据不同的施工要求拆卸成不同的桩型，一机多用，节约了桩机成本，且成桩功效高，桩体质量好，施工效率是二轴的7倍，是三轴的3倍，比五轴略高；

9）本发明设有垂直度实时监测仪，且在钻杆上设置铁片和金属块，具有垂直度实时监测与钻杆主动纠偏功能，提升了成桩质量；

10）多种钻头的互换，增强钻进的能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明钻杆的连接结构示意图，其中a为一种六轴钻杆，b为另一种六轴钻杆；

图3为四轴钻杆的结构示意图，其中a为一种四轴钻杆，b为另一种四轴钻杆；

图4为二轴钻杆的结构示意图；

图5为另一种二轴钻杆的结构示意图；

图6为多种喷浆口设置的结构示意图，其中a为单点喷浆，b、c为多点喷浆，d为向下钻进时下口喷浆向上提升时上口喷浆；

图7为本发明施工方法的流程示意图；

图8为采用本发明进行围护挡土施工的结构示意图，其中a为两轴搅拌桩围护挡土结构，b为三轴搅拌桩围护挡土结构，c为单排六轴搅拌桩围护挡土结构，d为双排六轴搅拌桩围护挡土结构，A表示搅拌桩，B表示灌注桩。

图中，1：主机，2：卷扬机，3：导杆，4：钢丝绳，5：进浆口，6：动力头，7：变速箱，8：减速机，9：钻杆，10：中间支承架，11：下部支承架，12：带翼钻杆，13：抱箍，14：多功能钻头，15：喷浆口，16：水泥浆搅拌系统，17：垂直度监控装置，18：外接导线，19：铁片，20：金属块，9-1～9-6：六根钻杆。

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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1-图2所示，一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，该装置包括主机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、带翼钻杆12、钻头14和水泥浆搅拌系统16，所述的卷扬机2和导杆3固定在主机1上，所述的动力组件包括动力头6、变速箱7、减速机8，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连接六根钻杆9，六根钻杆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下端连接有多功能钻头14，多功能钻头14上设有喷浆口15。钻杆9顶部设有进浆口5，所述的水泥浆搅拌系统16为普通的市售水泥搅拌系统，水泥浆搅拌系统16通过一通过浆泵后连接进浆口5。

该装置还包括流量仪、入土深度传感仪和垂直度监控装置17，所述的流量仪安装在进浆口5处，所述的入土深度传感仪安装在导杆3的滑轨上，所述的垂直度实时监测仪17安装在中间支承架10上，所述的流量仪、入土深度传感仪和垂直度实时监测仪17分别与主机1连接，显示每米下降深度、每米喷浆量、总喷浆量和总搅拌时间，每根桩施工结束后计算机能分析出每根桩的沉桩质量情况。所述的垂直度实时监测仪17为一圆柱形金属管，金属管内设有垂直度监测元件，该垂直度监测元件通过外接导线18或无线数据发射装置与主机1连接。

所述的钻杆设有六根，相邻钻杆的旋转方向相反，各钻杆为可拆卸钻杆，以满足不同的施工要求，可分别用于二轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩的成桩，相邻钻杆的旋转方向相反。相邻钻杆中至少有一根钻杆上设置有螺旋搅拌页片，通过不同钻杆的组合来适应不同的土层情况，带螺旋搅拌页片的钻杆在沉桩过程中正转具有提土效果。

六根钻杆同时工作可形成六轴搅拌桩，如图2所示；拆除钻杆9-1、9-6两根成四轴搅拌桩，如图3所示；拆除钻杆9-1、9-2、9-5、9-6四根成两轴搅拌桩，如图4所示；拆除钻杆9-1、9-3、9-4、9-5四根成两轴搅拌桩，如图5所示，该两轴搅拌桩可配合施做一种新型咬合桩。

相邻钻杆中其中一根钻杆上设有铁片19，该铁片错位设置，所述的铁片19下方焊接有两个与水平面成30°～60°的金属块20，该铁片与金属块使搅拌桩具有主动纠偏功能。

所述的多功能钻头通过插销与带翼钻杆连接，多功能钻头包括螺旋钻头、两片耙式钻头或三片耙式钻头，如图6所示，可根据需要进行选择。

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，减速机同时带动多根搅拌轴同时转动，最终输出转速0～60转/分，旋转方向为正反交错。

所述的带翼钻杆12有钻杆本体和多个搅拌叶片组成，所述的搅拌叶片以5度～45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，钻杆9正转抬高土体，为浆液提供上升的通道，从而减少桩内土体的膨胀。

使用上述可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，可一次成桩六根或四根或两根，成桩直径为900～1200mm，钻距为700～800mm，搭接为200～400mm，一次成桩多根。如图7所示，具体包括以下步骤：

1）平整施工场地，根据施工图放出实样；

2）根据施工图要求开沟槽；

3）装置复位，将可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置移动到待施工位置，设置钻杆的数量和带有螺旋搅拌页片的钻杆的数量；

4）开启主机进行监控，控制预先设置的数据：每米下降深度、每米喷浆量、设计桩底标高、设计桩顶标高、总喷浆量和总搅拌时间；

5）启动水泥浆搅拌系统，将水泥浆通过浆泵对钻杆进行供浆，同时通过流量仪实时监测供浆量；

6）启动动力组件，动力组件驱动钻杆旋转，钻杆带动钻头边下沉边喷浆边搅拌，并使钻头下沉到设计桩底标高，且主机通过垂直度实时监测仪实时监测钻杆的垂直度；

7）动力组件提升钻杆在带冀钻杆高度范围内复搅，再次下沉到设计桩底标高；

8）动力组件提升钻杆，将钻杆提升至设计桩顶标高，一次成桩，形成一组搅拌桩，所述的每组搅拌桩的形式包括两轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩；

9）移至第二组继续施工。

所述的喷浆包括单点喷浆、多点喷浆、向下钻进时下口喷浆向上提升时上口喷浆，根据均匀性要求进行选择。所述的每根钻杆的喷浆方式有两种：一、钻杆下沉时喷100%的水泥浆，提升时不喷浆；二、钻杆下沉时喷50%～80%的水泥浆，提升时喷50%～20%的水泥浆。

如图8所示，以上述施工方法施工穿成的搅拌桩作为围护挡土结构可采用以下四种方式：

方式一：拆除钻杆9-1、9-3、9-4、9-6四根钻杆形成两轴水泥土搅拌桩机械，用此搅拌桩机械同时施工两根搅拌桩，再在两根搅拌桩中间施工一根大直径的钻孔灌注桩。

方式二：拆除钻杆9-1、9-3、9-5或钻杆9-2、9-4、9-6三根桩成三轴搅拌桩机械，用此搅拌桩机械同时施工三根搅拌桩，再在相邻两根搅拌桩中间施工一根钻孔灌注桩。

方式三：采用上述搅拌桩装置套打一排六轴搅拌桩作为止水帷幕，再在六轴水泥土搅拌桩内侧施作一排钻孔灌注桩。

方式四：在特定的土质较差的软土地区，可用上述搅拌桩装置套打两排六轴水泥土搅拌桩进行地基加固，再在两排搅拌桩中间施作一排钻孔灌注桩。

Claims (10)

1.一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，该装置包括主机、导杆、动力组件、钻杆、带翼钻杆、钻头和水泥浆搅拌系统，所述的导杆固定在主机上，所述的动力组件通过钢丝绳连接导杆顶端的滑轮，钢丝绳带动动力组件在导杆的滑轨上运动，所述的动力组件连接多根钻杆，各钻杆下端均连接有带翼钻杆，所述的带翼钻杆下端连接钻头，所述的钻杆顶部设有进浆口，钻杆中部设有中间支承架，所述的水泥浆搅拌系统通过浆泵后连接进浆口，其特征在于，所述的钻杆为可拆卸钻杆，且钻杆上设置有可减少挤土效应的螺旋搅拌页片。

2.根据权利要求1所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的钻杆设置二根、四根或六根，分别用于二轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩的成桩，相邻钻杆的旋转方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的相邻钻杆中至少有一根钻杆上设置有螺旋搅拌页片。

4.根据权利要求2所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的相邻钻杆中其中一根钻杆上设有铁片，该铁片错位设置，所述的铁片下方焊接有金属块，金属块设有两个，且金属块与水平面成30°～60°。

5.根据权利要求1所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，其特征在于，该装置还包括流量仪、入土深度传感仪和垂直度实时监测仪，所述的流量仪安装在进浆口处，所述的入土深度传感仪安装在导杆的滑轨上，所述的垂直度实时监测仪安装在中间支承架上，所述的流量仪、入土深度传感仪和垂直度实时监测仪分别与主机连接。

6.根据权利要求5所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置，其特征在于，所述的垂直度实时监测仪为一圆柱形金属管，金属管内设有垂直度监测元件，该垂直度监测元件通过外接导线或无线数据发射装置与主机连接。

7.一种如权利要求1所述的可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）平整施工场地，根据施工图放出实样；

2）根据施工图要求开沟槽；

3）装置复位，将所述搅拌桩装置移动到待施工位置，设置钻杆的数量和带有螺旋搅拌页片的钻杆的数量；

4）开启主机进行监控，控制预先设置的数据：每米下降深度、每米喷浆量、设计桩底标高、设计桩顶标高、总喷浆量和总搅拌时间；

5）启动水泥浆搅拌系统，将水泥浆通过浆泵对钻杆进行供浆，同时通过流量仪实时监测供浆量；

6）启动动力组件，动力组件驱动钻杆旋转，钻杆带动钻头边下沉边喷浆边搅拌，并使钻头下沉到设计桩底标高，且主机通过垂直度实时监测仪实时监测钻杆的垂直度；

7）动力组件提升钻杆在带冀钻杆高度范围内复搅，再次下沉到设计桩底标高；

8）动力组件提升钻杆，将钻杆提升至设计桩顶标高，一次成桩，形成一组搅拌桩；

9）移至第二组继续施工。

8.根据权利要求7所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，其喷浆口的设置有如下三种：单点喷浆、多点喷浆、向下钻进时下口喷浆向上提升时上口喷浆。

9.根据权利要求8所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，其喷浆方式包括以下两种：

一、钻杆下沉时喷100%的水泥浆，提升时不喷浆；

二、钻杆下沉时喷50%～80%的水泥浆，提升时喷50%～20%的水泥浆。

10.根据权利要求7所述的一种可减少挤土性的多轴互换式水泥土搅拌桩装置的施工方法，其特征在于，所述的每组搅拌桩的形式包括两轴搅拌桩、四轴搅拌桩或六轴搅拌桩。