CN105239566A - 多头搅拌式现浇大直径管桩装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多头搅拌式现浇大直径管桩装置，包括主机、卷扬机、组合钻杆、定位架、动力装置、和后台混凝土处理系统，所述的主机和卷扬机依次设置于底座之上，所述组合钻杆固定在定位架顶部，一次钻进时所有钻杆同时工作，通过施工过程中环形形状的多根钻杆的同时沉桩，且通过转动钻杆角度，形成首尾相接的封闭多头搅拌式现浇大直径管桩。利用本发明的装置，不仅拓展了水泥土搅拌桩的应用范围，而且多头搅拌式现浇大直径管桩外壁为波浪纹状，大大增加桩.土接触面面积，可提高其侧摩阻力。本发明施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低。

Description

多头搅拌式现浇大直径管桩装置及其应用

技术领域

本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种多头搅拌式现浇大直径管桩装置及其应用。

背景技术

管桩包括预制的预应力管桩和现浇的管桩两类；预制预应力管桩具有强度高、长度规格易预制、工厂生产质量好等优点，但也存在现场施工中挤土效应大，运输不便等缺点；现浇管桩(如PCC桩等)，由于其桩径大、承载力高而在工程中得到了广泛应用，但是当管壁较厚、或桩径过大时也会造成现场沉管施工的难度增大、挤土效应增大。水泥土搅拌桩是一种利用搅拌机械将水泥浆或水泥粉喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，从而提高地基强度的软基处理方法；常规水泥土搅拌桩单桩直径小，整体承载力低，属于柔性桩技术范畴。将水泥土搅拌桩打成排桩形式以形成地下连续墙，可以用于基坑防渗等工程应用。目前基坑止水防护和地基加固多采用SMW工法桩、双轴搅拌桩和三轴搅拌桩等。

在本发明之前，中国发明专利(专利号：ZL201210014492.0、ZL201210445578.9和ZL201210445884.2)分别公开了一种五轴、六轴水泥土搅拌桩装置及施工方法，该装置包括卷扬机、导杆、钢丝绳、进浆口、动力头、变速箱、减速机、钻杆、中间支撑架、钻杆组、抱箍、喷浆口、后台水泥浆搅拌系统等；一次同时沉桩可以完成五根或者六根直线型咬合水泥土搅拌桩的施工。该技术方案减少了原单轴或二轴水泥土搅拌桩形成的多道接缝，大大提高了水泥土搅拌桩作为地下连续墙构建物时的施工效率、缩短工期；不过，该施工装置仅适用于水泥土搅拌桩作为地下连续墙应用时的情况，且相邻水泥土搅拌桩同时施工。

因此，针对现浇大直径管桩施工中增大管桩壁厚而导致沉管施工难度增大、挤土效应增大的技术问题，非常有必要结合水泥土搅拌桩的技术优点，开发现浇大直径管桩的新型技术方法和施工工艺。

发明内容

发明目的：为解决现浇大直径管桩中壁厚较大时沉管施工难度大、挤土效应显著等技术问题，本发明提供一种多头搅拌式现浇大直径管桩装置及其施工方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的多头搅拌式现浇大直径管桩装置，包括主机、卷扬机、组合钻杆、定位架、动力装置、和后台混凝土处理系统，所述的主机和卷扬机依次设置于底座之上，其特征在于，所述组合钻杆由2～6根钻杆用抱箍相连接构成环形形状的组合钻杆，所述组合钻杆固定在定位架顶部，一次钻进时所有钻杆同时工作；所述定位架与动力装置箱相连；所述卷扬机通过动力装置箱与所述环形组合钻杆相连；所述后台混凝土处理系统通过输浆软管与位于钻杆顶部的注浆口相连，每根钻杆端部的钻头处设置有喷浆口。

优选地，所述的抱箍为双层贴片，所述抱箍在钻杆位置分开并加紧钻杆，所述抱箍设置于钻杆的中部和下部，所述抱箍的厚度为2～5mm，直径根据设计现浇大直径管桩直径确定。

本发明进一步提出了上述装置在多头搅拌式现浇大直径管桩施工中的应用，包括如下步骤：

(1)施工放样：确定现浇大直径管桩中心位置、钻头直径以及每次钻进时每根钻杆的位置；

(2)多头搅拌式现浇大直径管桩装置就位及水泥浆液制配：检查钻杆长度以及钻头直径，连接好输送管路，将多头搅拌式现浇大直径管桩装置移到指定桩基设计位置，使组合钻杆的环形中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；按照设计配合比配置水泥浆液，并通过管路连接至注浆口；

(3)搅拌下沉：开启搅拌机，将钻杆垂直下沉至设计深度，下沉速度为1.0～1.2m/min；当遇到坚硬土层时，通过注浆口注入稀泥浆以增加下沉能力；

(4)喷浆搅拌提升：转动钻杆搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2～3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升钻杆，上拔喷浆速度为0.5～0.6m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.0～1.5m范围内进行复搅以增强上部强度；

(5)多头环形组合钻杆移位：将钻头提升至地面上，多头搅拌式现浇大直径管桩装置主机位置不动，转动整个定位架，环形组合钻杆即转动一定角度到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次重复步骤(3)和(4)进行施工；

(6)重复(3)、(4)和(5)步骤，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。

更优选地，在完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在水泥土搅拌形成的环形内部，静压插入钢管；或者在相邻两根水泥土搅拌桩之间，静压插入钢筋或者工字钢，形成插芯多头搅拌式现浇大直径管桩。

其中，所述的钢管的外径为700～2200mm，壁厚为5～10mm，长度为10～50m，长度可以大于、等于或者小于多头搅拌现浇大直径管桩。

所述的钢筋为螺纹钢筋，其直径为8～12mm，长度为10～50m，长度可以大于、等于或者小于多头搅拌现浇大直径管桩。

所述的工字钢，其腰高为100～160mm，腿宽为60～81mm，腰厚为5～7mm，长度为10～50m，长度可以大于、等于或者小于多头搅拌现浇大直径管桩。

利用本发明的多头搅拌式现浇大直径管桩装置制作的现浇大直径管桩，其尺寸可以根据实际需要进行设定，其桩身由各单个钻头形成的水泥土搅拌桩前后环形相连形成，桩身横截面内外壁为波浪纹状，其中单个钻头形成的水泥土搅拌桩的直径决定了现浇大直径管桩的最大壁厚；而波纹状现浇大直径管桩壁厚的最小值是相邻钻头形成的水泥土搅拌桩重叠部位形成的厚度。

多头搅拌式现浇大直径管桩的直径范围为1200～2500mm，桩身长度为20～40m，壁厚为300～500mm，桩身由各单个水泥土搅拌桩前后环形相连形成，桩身横截面内外壁为波浪纹状。通过设计单个钻头形成的水泥土搅拌桩直径范围在300～500mm，桩长与设计的现浇大直径管桩桩长一致，可以实现上述单个钻头形成的水泥土搅拌桩的施工。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)通过水泥土搅拌桩首尾环形相连形成搅拌式的现浇大直径管桩，现浇大直径管桩作为整体支撑上部荷载及水平向荷载，大大提高了桩基承载能力，拓展了水泥土搅拌桩的应用范围；

(2)现浇大直径管桩内外壁为波浪纹状，大大增加桩-土接触面面积，可提高其侧摩阻力；

(3)现浇大直径管桩可以克服由于桩厚度增加带来的挤土效应增加、施工困难等问题，现场施工挤土对周围环境影响相对较小，不存在截桩等问题，且节约造价成本；

(4)本发明施工工艺清晰，施工速度快，成桩效果好，承载力高，造价低。

附图说明

图1本发明多头搅拌式现浇大直径管桩装置示意图；

图2本发明图1中多轴钻杆排列侧面图及A-A截面俯视图；

图3本发明多头搅拌现浇大直径管桩施工过程示意图；

图4本发明多头搅拌现浇插芯大直径管桩结构示意图，其中，A为内插钢管的示意图，B为内插钢筋的示意图，C为内插工字钢的示意图；

其中：1为主机，2为底座，3为卷扬机，4为进浆口，5为动力装置，6为环形组合钻杆，7为钻头，8为喷浆口，9为抱箍，10为输送软管，11为定位架，12为后台水泥浆处理系统，13为钢管，14为钢筋，15为工字钢。

具体实施方式

如图1、2和3所示，一种多头搅拌式现浇大直径管桩装置，包括主机1、卷扬机3、钻杆、定位架11、动力装置5和后台混凝土处理系统12，其中，卷扬机3、主机1位于底座2之上，环形组合钻杆6由四根对称钻杆在中间部位用抱箍9相连接构成，卷扬机3通过动力装置5箱与环形组合钻杆6相连，后台水泥浆处理系统12通过输浆软管10与注浆口4相连，在钻杆中部、下部皆设有环形抱箍9，用于固定在施工过程中各钻杆位置。喷浆口8设在环形组合钻杆的每个钻杆端部的钻头7处，且环形组合钻杆6对称分布，其中图1中多轴钻杆排列侧面图及A-A截面俯视图如图2所示。每次施工形成对称水泥土搅拌桩单桩(即单个水泥土搅拌桩)，单根桩径300～500mm；完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在水泥土搅拌形成的环形内部，静压插入钢管13；或者在相邻两根水泥土搅拌桩之间，静压插入钢管13、钢筋14或者工字钢15，形成插芯大直径管桩，如图4所示。

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

实施例1

本实施给出制备外径为1200mm，壁厚为300mm，深度为20m的现浇大直径管桩的方法。

首先放样，根据施工图纸放出实样；开挖沟槽，清除地面、地下杂物；然后设置导向定位线；确定现浇大直径管桩中心位置，同时确定每次钻进时环形组合钻杆6的位置。

多头搅拌式现浇大直径管桩装置就位及水泥浆液制配：检查环形组合钻杆6长度，钻头直径，连接好输送管路，将多头搅拌式现浇大直径管桩装置移到指定位置环形组合钻杆6中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；拌制水泥浆液，将管路连接至注浆口8，即在搅拌机下沉到一定深度后按照设计配合比配置水泥浆液输送至钻头。

搅拌下沉：开启搅拌机主机，环形组合钻杆6垂直下沉至设计深度，即20m，下沉速度1.2m/min；当遇到坚硬土层时，可以适当通过注浆口8注入稀泥浆以增加下沉能力。

喷浆搅拌提升：转动环形组合钻杆6搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2-3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升环形组合钻杆6，上拔喷浆速度为0.6m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.0m范围内进行复搅以增强上部强度。

多头环形组合钻杆6移位：将钻头提升至地面上，桩机主机1位置不动，转动整个定位架11，环形组合钻杆6即转动18°到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次上述步骤进行施工；并保持每次旋转角度一致，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在水泥土搅拌形成的环形内部，静压插入钢管13，形成插芯多头搅拌式现浇大直径管桩，桩身横截面内外壁为波浪纹状。

实施例2

本实施给出制备外径为1500mm，壁厚为350mm，深度为25m的现浇大直径管桩的方法。

首先放样，根据施工图纸放出实样；开挖沟槽，清除地面、地下杂物；然后设置导向定位线；确定现浇大直径管桩中心位置，同时确定每次钻进时环形组合钻杆6的位置。

桩机就位及水泥浆液制配：检查环形组合钻杆6长度，钻头直径，连接好输送管路，将桩机移到指定位置环形组合钻杆6中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；拌制水泥浆液，将管路连接至注浆口8，即在搅拌机下沉到一定深度后按照设计配合比配置水泥浆液输送至钻头。

搅拌下沉：开启搅拌机主机，环形组合钻杆6垂直下沉至设计深度，即25m，下沉速度1.2m/min；当遇到坚硬土层时，可以适当通过注浆口8注入稀泥浆以增加下沉能力。

喷浆搅拌提升：转动环形组合钻杆6搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2-3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升环形组合钻杆6，上拔喷浆速度为0.6m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.0m范围内、进行复搅以增强上部强度。

多头环形组合钻杆6移位：将钻头提升至地面上，桩机主机1位置不动，转动整个定位架11，环形组合钻杆6即转动15°到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次上述步骤进行施工；并保持每次旋转角度一致，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在相邻两根水泥土搅拌桩之间，静压插入钢筋14，形成插芯多头搅拌式现浇大直径管桩。

实施例3

本实施给出制备外径为2000mm，壁厚为400mm，深度为30m的现浇大直径管桩的方法。

首先放样，根据施工图纸放出实样；开挖沟槽，清除地面、地下杂物；然后设置导向定位线；除了确定现浇大直径管桩中心位置之外，还得确定每次钻进时环形组合钻杆6的位置。

桩机就位及水泥浆液制配：检查环形组合钻杆6长度，钻头直径，连接好输送管路，将桩机移到指定位置环形组合钻杆6中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；拌制水泥浆液，将管路连接至注浆口8，即在搅拌机下沉到一定深度后按照设计配合比配置水泥浆液输送至钻头。

搅拌下沉：开启搅拌机主机，环形组合钻杆6垂直下沉至设计深度即30m，下沉速度1.1m/min；当遇到坚硬土层时，可以适当通过注浆口8注入稀泥浆以增加下沉能力。

喷浆搅拌提升：转动环形组合钻杆6搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2～3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升环形组合钻杆6，上拔喷浆速度为0.6m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.5m范围内进行复搅以增强上部强度。

多头环形组合钻杆6移位：将钻头提升至地面上，桩机主机1位置不动，转动整个定位架11，环形组合钻杆6即转动25°到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次上述步骤进行施工；并保持每次旋转角度一致，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在相邻两根水泥土搅拌桩之间，静压插入工字钢15，形成插芯多头搅拌式现浇大直径管桩。

实施例4

本实施给出制备外径为1500mm，壁厚为350mm，深度为40m的现浇大直径管桩的方法。

首先放样，根据施工图纸放出实样；开挖沟槽，清除地面、地下杂物；然后设置导向定位线；除了确定现浇大直径管桩中心位置之外，还得确定每次钻进时环形组合钻杆6的位置。

桩机就位及水泥浆液制配：检查环形组合钻杆6长度，钻头直径，连接好输送管路，将桩机移到指定位置环形组合钻杆6中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；拌制水泥浆液，将管路连接至注浆口8，即在搅拌机下沉到一定深度后按照设计配合比配置水泥浆液输送至钻头。

搅拌下沉：开启搅拌机主机，环形组合钻杆6垂直下沉至设计深度，即40m，下沉速度1.2m/min；当遇到坚硬土层时，可以适当通过注浆口8注入稀泥浆以增加下沉能力。

喷浆搅拌提升：转动环形组合钻杆6搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2～3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升环形组合钻杆6，上拔喷浆速度为0.5m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.5m范围内进行复搅以增强上部强度。

多头环形组合钻杆6移位：将钻头提升至地面上，桩机主机1位置不动，转动整个定位架11，环形组合钻杆6即转动15°到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次上述步骤进行施工；并保持每次旋转角度一致，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。

Claims (9)

1.一种多头搅拌式现浇大直径管桩装置，包括主机、卷扬机、组合钻杆、定位架、动力装置、和后台混凝土处理系统，所述的主机和卷扬机依次设置于底座之上，其特征在于，所述组合钻杆由2～6根钻杆用抱箍相连接构成环形形状的组合钻杆，所述组合钻杆固定在定位架顶部，一次钻进时所有钻杆同时工作；所述定位架与动力装置箱相连；所述卷扬机通过动力装置箱与所述环形组合钻杆相连；所述后台混凝土处理系统通过输浆软管与位于钻杆顶部的注浆口相连，每根钻杆端部的钻头处设置有喷浆口。

2.根据权利要求1所述的多头搅拌式现浇大直径管桩装置，其特征在于，所述的抱箍为双层贴片，所述抱箍在钻杆位置分开并加紧钻杆，所述抱箍设置于钻杆的中部和下部，所述抱箍的厚度为2～5mm，直径根据设计现浇大直径管桩直径确定。

3.权利要求1所述的装置在多头搅拌式现浇大直径管桩施工中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

(1)施工放样：确定现浇大直径管桩中心位置、钻头直径以及每次钻进时每根钻杆的位置；

(2)多头搅拌式现浇大直径管桩装置就位及水泥浆液制配：检查钻杆长度以及钻头直径，连接好输送管路，将多头搅拌式现浇大直径管桩装置移到指定桩基设计位置，使组合钻杆的环形中心对好管桩设计中心位置，各钻杆对好各搅拌点；按照设计配合比配置水泥浆液，并通过管路连接至注浆口；

(3)搅拌下沉：开启搅拌机，将钻杆垂直下沉至设计深度，下沉速度为1.0～1.2m/min；当遇到坚硬土层时，通过注浆口注入稀泥浆以增加下沉能力；

(4)喷浆搅拌提升：转动钻杆搅拌土体，喷送水泥浆液；喷浆2～3分钟后，开始边喷浆、边搅拌、边提升钻杆，上拔喷浆速度为0.5～0.6m/min，并严格控制搅拌充分、喷送量符合设计要求；距离桩顶1.0～1.5m范围内进行复搅以增强上部强度；

(5)多头环形组合钻杆移位：将钻头提升至地面上，多头搅拌式现浇大直径管桩装置主机位置不动，转动整个定位架，环形组合钻杆即转动一定角度到下一搅拌点，且对称中心点即大直径管桩中心位置不变，再次重复步骤(3)和(4)进行施工；

(6)重复(3)、(4)和(5)步骤，直至所形成的搅拌桩前后封闭，完成多头搅拌式现浇大直径管桩的施工。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，完成多头搅拌形成封闭的现浇大直径管桩后，在水泥土搅拌形成的环形内部，静压插入钢管；或者在相邻两根水泥土搅拌桩之间，静压插入钢筋或者工字钢，形成插芯多头搅拌式现浇大直径管桩。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的钢管的外径为700～2200mm，壁厚为5～10mm，长度为10～50m。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的钢筋为螺纹钢筋，其直径为8～12mm，长度为10～50m。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的工字钢，其腰高为100～160mm，腿宽为60～81mm，腰厚为5～7mm，长度为10～50m。

9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(5)中，所述环形组合钻杆每次旋转角度一致。