CN106120775B - 大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器 - Google Patents
大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器 Download PDFInfo
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Abstract
一种大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，包括注浆主干管，在注浆主干管的中部和下部分别设有上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀，二者的水平投影呈十字形；在注浆主管的上部与上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀之间分别设有斜向叉管，斜向叉管与设在上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀背面的横向叉管，注浆主管、斜向叉管和横向叉管相互贯通。本发明的技术效果：采用该搅拌器施工，钻杆往返一次替代设计要求的往返三次可制成水泥土桩，减轻了现场管理人员质量监督管理工作的难度，大大加快了施工进度，提高了工作效率，保证了成桩质量，快捷方便，实现了大直径速成匀质水泥土帷幕桩的理想目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥土桩深层均匀搅拌设备，具体一种大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器。采用本发明生产出来的水泥土桩成本低廉，可广泛应用于软土地基处理、水工建筑物的堤防、水库大坝防渗、煤矿港道防渗、市政工程的地下公共管廊、地下电力管廊、地下热力管廊、地下通信管廊、地下供排水管廊和超深深基坑支护及止水帷幕等领域。
背景技术
《建筑桩基技术规范》中规定，直径大于800mm的桩体称为大直径桩。
目前，国内外常用双轴或单轴施工机械生产水泥土桩，相互咬合搭接成排帷幕，形成咬合搭接止水帷幕。为了保证基坑的顺利施工及周边建筑物的安全，通常在基坑外围设置止水帷幕以阻止基坑外的地下水流入基坑内。止水帷幕由水泥浆与土壤拌搅形成的水泥土搅拌桩连接而成。目前，国内、外较先进的Φ700双轴头施工机械进行水泥土搅拌桩施工水泥土搅拌机，其施工形成的两个水泥土桩组成一个柱状固结体，为防止基坑内的水流入基坑内，两个水泥土拌搅桩之间不仅有200mm咬合重叠搭接，而且二个柱状水泥土之间也有200mm咬合重叠搭接。但在工程实践中，由于双轴水泥土搅拌机定位误差、地层、施工振动等因素影响，常在地下-5m以下二个柱状体之间会出现开叉的现象，随着地下桩长长度的增加，在地下-10m以下二个柱状体之间会开叉更大，无论是单轴还是双轴水泥土搅拌机施工机械进行水泥土搅拌桩施工，在砂层，特别是在高敏感性富水厚砂层中，开叉的到处可见，造成止水帷幕防渗功能降低，导致基坑止水帷幕止水失效、出现涌水翻砂等事故，危及深基坑安全，重者出现深基坑塌坑事件，不仅中断深基坑工程的施工，而且影响深基坑周边建筑物的安全。无论是单轴还是双轴的现有机械施工，其直径均小于700mm,在保证掺入水泥浆比例的前提之下，要想水泥浆与土壤充分均匀拌搅，按其施工工艺均采用多次重复上下拌搅的办法来实现，无法做到往返一次不用多次重复搅拌，即不增加重复上下拌搅次数同样可以确保快速生产优质高效的水泥土帷幕桩,生产直径大于800mm的水泥土帷幕桩这样的施工机械截至目前还没有。
按传统工艺施工，工人操作时为了偷工减料早点完工，实际上用往返一次替代设计要求的往返三次进行深层搅拌，开挖后取岩芯意外地发现桩周边缘圆周外包一层3~6mm厚度的水泥皮，桩芯土体与水泥浆拌搅几乎还是极不均匀的岩土，用水钻取不出来岩芯。为此再次做试验桩，严格按设计人员的要求往返深层搅拌3次，开挖后取岩芯发现桩芯土体与水泥浆拌搅仍搅拌不均几乎还是极不均匀的岩土。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题和技术难题，本发明提供一种大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器。
本发明采用如下技术方案：一种大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，包括注浆主干管，在其顶端设有用于与长螺旋钻机空心钻杆下端的法兰盘对应连接的法兰盘，在该法兰盘上设有沿圆周均布的通孔，其特征在于，在所述注浆主干管上部管壁上设有四个沿圆周均布的叉管泄浆孔，在该注浆主干管中部和下部的管壁上分别设有两个沿圆周均布的叉管泄浆孔，其中位于中部的两个叉管泄浆孔的位置与上部的两个相对的叉管泄浆孔相对应，下部的两个叉管泄浆孔的位置与上部的另外两个相对的叉管泄浆孔相对应；在该注浆主干管中部和下部的叉管泄浆孔处分别径向连接一根上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的近端，上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀在以注浆主干管为轴心向下的水平投影为十字形；该上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的平面与水平面倾斜设置，倾斜方向相同；在该注浆主干管的底部焊接有堵头对中针；在所述上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的背面中线上焊接有水平横向叉管，每一水平横向叉管的近端与所对应的叉管泄浆孔连接；设在上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的长度大于上层横向扁刺刀的一半；设在下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的长度与下层横向扁刺刀相等；在所述注浆主干管上部的四个叉管泄浆孔各与一根斜向叉管的上端连接，其中相对设置的一对斜向叉管的下端与所对应的上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端连接，另一对斜向叉管的下端与所对应的下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的一个节点连接，该节点距该注浆主干管的距离小于上层横向扁刺刀的一半；在每一所述斜向叉管的两侧对称焊接有二块带齿的厚钢板气割制作而成的斜向扁刺刀，该斜向扁刺刀的下端与该上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的上面焊接；在所述的斜向叉管的中下部、该上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端、下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的节点和远端分别焊接有微孔喷浆嘴。
所述的下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的节点距该注浆主干管轴线的距离为下层横向扁刺刀长度的1/3；上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端距该注浆主干管轴线的距离为上层横向扁刺刀长度的2/3。
所述的叉管泄浆孔为螺孔，管连接头的近端外表面套设有外丝扣旋入带内丝的泄浆孔内，通过螺纹连接，该管连接头的远端分别与各个所述的斜向叉管或水平横向叉管的近端焊接连接。
设在上层横向扁刺刀上的斜向叉管的微孔喷浆嘴的方向向内；设在下层横向扁刺刀上的斜向叉管的微孔喷浆嘴的方向向外。
在所述横向叉管的外侧设有护套，该护套采用角钢，其两边焊接在上层横向扁刺刀或下层横向扁刺刀的背面，将横向叉管包在角钢内。
所述的上层横向扁刺刀或下层横向扁刺刀与水平面的倾斜角度为0°-55°。
所述的微孔喷浆嘴的孔径为2~3mm。
采用该搅拌器，将常压注浆改为高压注浆；在保证不减少喷浆出浆孔出浆总流量和出浆口孔口面积之总和的基础之上，采用等截面互换的办法将原常压25mm大孔径孔口喷浆嘴改为微孔群喷浆嘴均匀喷浆。
本发明的技术效果：采用该搅拌器施工，钻杆往返一次替代设计要求的往返三次可制成水泥土桩，即制造一根桩所用搅拌时间相当于制造三根桩所用的时间，缩短2/3的成桩时间，根治了原生产工艺的工人为了争产量故意用往返一次替代设计要求的往返三次生产不合格质量的帷幕桩。减轻了现场管理人员质量监督管理工作的难度，大大加快了施工进度，提高高(删除多余高字)了工作效率，保证了成桩质量，快捷方便，实现了大直径（>0.8mm）速成匀质水泥土帷幕桩的理想目标。
附图说明
图1是本发明实施例的总体结构示意图；
图2是图1的C-C剖视图；
图3是图1中的B-B剖视图；
图4是图1中A处的放大图（斜向注浆叉管和斜向扁刺刀组合结构的局部）；
图5是图4的D-D剖视图。
附图标记说明：1、法兰盘；2、空心主干管；3、叉管泄浆孔；4、管连接头；5、斜向叉管；6、横向叉管；7、护套；8、斜向扁刺刀；9、堵头对中针；10、上层横向扁刺刀；11、下层横向扁刺刀；12、微孔喷浆嘴；13、（法兰盘螺栓连接）通孔。
具体实施方式
参见图1-图5，本发明将法兰盘1设置在搅拌器空心注浆主干管2顶端，法兰盘1的内径与长螺旋钻机空心钻杆内径等径，法兰盘1上设置有分布均匀的螺栓孔13。使用时通过法兰盘1上的众多螺栓孔穿螺栓将法兰盘1与长螺旋钻机空心钻杆下端设置的法兰盘连接构成一个整体。所述空心注浆主干管2除了在其顶端设置有法兰盘1外，在空心注浆主干管2管壁还分别设置带有内丝扣的叉管泄浆孔3、上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11的一端，与水平面成一定夹角（0°-55°）分别与空心注浆主干管2外壁焊接，在空间的水平投影之下，上、下二层形成十字形刀叶；在空心注浆主干管2底部焊接有堵头对中针9；所述叉管泄浆孔3是在注浆主管2管壁钻孔套有自带内丝丝扣的通孔；所述带内丝扣的叉管泄浆孔3，管连接头4是用4分镀锌管制作而成，管连接头的一端套有外丝丝扣，注浆主干管2的叉管泄浆孔3自带内螺纹，管连接头4带外螺纹旋入其中。所述上层横向扁刺刀10是用二块厚钢板气割制作而成的带齿的扁平钢板带，对称布置在注浆主干管2管壁外侧中部同一标高处，上层横向扁刺刀10的一端焊接在注浆主干管2管壁外侧中部且自带倾角（在注浆主干管2的轴向为铅直状态时，与水平面倾斜的角度），自带倾角的上层横向扁刺刀10背面焊接有水平横向叉管6以及叉管护套7；所述下层横向扁刺刀11是用二块厚钢板气割制作而成的带齿的扁平钢板带，对称布置在空心注浆主干管2管壁外侧下部同一标高处，下层横向扁刺刀11的一端焊接在注浆主干管2管壁外侧下部且自带倾角，自带倾角下层横向扁刺刀11背面焊接有横向叉管6以及叉管护套7。
在所述注浆主干管2上部的四个叉管泄浆孔3，每个叉管泄浆孔3内均攻有内丝丝扣，均将管连接头4自带外丝扣的一端旋入其中，另一端各与每根与之对应的斜向叉管5的上端焊接连接，其中相对设置的一对斜向叉管5的下端与所对应的上层横向扁刺刀10背面的水平横向叉管6的远端焊接连接，另一对斜向叉管5的下端与所对应的下层横向扁刺刀11背面的水平横向叉管6的一个节点焊接连接，该节点距该注浆主干管2的距离小于上层横向扁刺刀10的一半；在每一所述斜向叉管5的两侧对称焊接有带齿的扁平钢板组成的斜向扁刺刀8，该斜向扁刺刀8的下端与该上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11的上面焊接；在所述的斜向叉管5的中下部、该上层横向扁刺刀10背面的水平横向叉管6的远端、下层横向扁刺刀11背面的水平横向叉管6的节点和远端分别焊接有微孔喷浆嘴12。
斜向叉管5是用6分镀锌管加工而成，其上端通过管连接头4与带内丝扣的叉管泄浆孔3连接，下端分别与上层横向扁刺刀10、下层横向扁刺刀11的上表面的等分点焊节，斜向叉管5上设置有高压旋喷微孔喷浆嘴12。所述斜向叉管5用二块厚钢板气割制作而成的带齿的扁平钢板带在斜向叉管5两侧对称焊接扁刺刀8。
微孔喷浆嘴12的分布；下层横向扁刺刀11两端的边缘设置有二个微孔喷浆嘴12，朝向水平方向；下层横向扁刺刀11距空心主干管2的中心轴的1/3处设有对称的2个微孔喷浆嘴12，喷嘴向上。上层横向扁刺刀10两端的边缘均没有设置微孔喷浆嘴12，上层横向扁刺刀10距空心主干管2的中心轴的2/3处设有对称的2个微孔喷浆嘴12，喷嘴向上。上层横向扁刺刀10顶面与斜向扁刺刀8交点处距离注浆主干管2的中心轴水平长度，较下层横向扁刺刀11顶面与斜向扁刺刀8交点处距离注浆主干管2的中心轴水平长度要大很多。上层横向扁刺刀10顶面之上的斜向扁刺刀8上设有二个微孔喷浆嘴12，且微孔喷浆嘴12的方向均向外；下层横向扁刺刀11顶面之上的斜向扁刺刀8上设有二个微孔喷浆嘴12，且微孔喷浆嘴12的方向均向内。焊接在注浆主干管2上的上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11在空间的水平投影之下使上、下二层横向扁刺刀构成了十字形刀叶架。
斜向扁刺刀8由二块钢板带气割成带刺的刀，以斜向叉管5为中心对称布置并焊接成为一个整体。
所述横向叉管6分别焊接在上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11的背面，并用角钢作为护套7焊接在横向叉管6的外侧保护横向叉管6，在搅拌器高速旋转时上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11的背面的横向叉管6不被损坏。在注浆主干管2的底部设有堵头对中针9。
采用本发明的搅拌器，并改常压单孔旋喷注浆为高压旋喷微孔群注浆工艺，施工的试验桩，钻杆往返一次替代设计要求的往返三次制成的试验桩，其桩芯土体与水泥浆拌搅很均匀，在水泥土试验桩上用水钻取出来的水泥土岩芯送试验室作抗压试验，其抗压强度值在5MPa左右，即取出来的水泥土岩芯合格。
试验室作抗压试验，合格，挖开后的结果发现，钻杆往返一次制成的试验桩桩芯土体与水泥浆拌搅很均匀，在水泥土试验桩上用水钻取出来的水泥土岩芯送试验室作抗压试验，其抗压强度值在5MPa左右。
呈八字形的斜向扁刺刀8与水泥土浆在前进方向遇到的阻力呈线性状，传统的斜向刀叶片与水泥土浆在旋转前进方向遇到的阻力呈面状，故八字形的斜向扁刺刀8与传统的斜向刀叶片相比在旋转时接触到的水泥土浆体的阻力很小，不会给动力设备增加过大的动力负荷。
传统的斜向刀叶片在旋转时破碎土体就是一个圆周，而八字形的斜向扁刺刀8在旋转时破碎土体却不是一个圆周，而是一个倾斜的面，其倾斜面的水平投影长度等于斜向扁刺刀8的上端起点至下端终点的水平投影长度，斜向扁刺刀8的上端起点是上部水平段与斜向扁刺刀8的上端交汇处，斜向扁刺刀8的下端终点是斜向扁刺刀8与上层横向扁刺刀10或下层横向扁刺刀11的交点处。
八字形斜向扁刺刀8与斜向叉管5对称焊接拼装在一起，增加了斜向叉管5的刚度，起到了保护斜向叉管5在旋转前进过程中克服水泥土浆液与八字形斜向扁刺刀之间的阻力，使之避免其弯曲变形。
上层横向扁刺刀10之上的斜向扁刺刀8直径（宽度和厚度）根椐权利要求2的第二款确定，其值相当于小于上层横向扁剌刀10长度的2/3（距注浆主干管）；下层横向扁刺刀11之上的斜向扁刺刀8直径根椐权利要求2的第一款确定，其值相当于小于下层横向扁剌刀11长度的1/3（距注浆主干管）；前者大于后者。
上层横向扁刺刀10与斜向扁刺刀8焊接交点处在上层横向扁刺刀10刀叶长度的2/3处（距主干管）设有微孔喷浆嘴12，且喷嘴向上；下层横向扁刺刀11与斜向扁刺刀8焊接交点处，在下层横向扁刺刀11刀叶长度的1/3处（距主干管）也设有微孔喷浆嘴12，且喷嘴向上。
上层横向扁刺刀10和下层横向扁刺刀11相当于圆的直径或半径，相当于把圆的半径分成三等分，相当于把圆的直径分成六等分，相当于在圆的直径分成六等分，每一等分点均设有微孔喷浆嘴12。
相当于把圆的半径分成三等分的结构，钻杆在旋转时这三等分点均沿圆周喷浆，由直径分成六等分的另外的三等分设置的微孔喷浆嘴12，在钻杆旋转时对前述三等分点均沿圆周再次复喷三次水泥浆。
在前述平面投影相当于把圆的直径分成六等分之后，在每一等分之间防止复喷不彻底，为此在斜向叉管5的空间上再设置有对称的微孔喷浆嘴12。
在上层横向扁刺刀10之上的斜向叉管5上的内侧设置有与斜向叉管垂直的90°夹角且向内对称布置的的二个微孔喷浆嘴12，履盖以注浆主干管2为轴心，上、下层横向扁刺刀10或11距注浆主干管2轴心1/2~1/3以内影响半径未复搅均匀的土体，使之再复搅二次；在下层横向扁刺刀11之上的斜向叉管5上设置有与斜向叉管5夹角45~75°（斜向叉管5轴向与注浆主干管2轴向的夹角）且向外对称布置的的二个微孔喷浆嘴12，履盖以注浆主干管2为轴心，上、下层横向扁刺刀10或11距主浆主干管轴心以外1/3以外（即1/3~3/3之间区域）影响半径未复搅均匀的土体，使之再复搅二次。
在上层横向扁刺刀10背面设有横向叉管6与其焊接成一个整体，横向叉管6外包三角铁作为护套7与上层横向扁刺刀10背面焊接成一体，防止横向叉管6旋转时遇摩阻力使之变形破坏，横向叉管6与斜向叉管5及空心主干管2构成一个封闭的连通器，使之循环输入高压浆液。
在下层横向扁刺刀11背面设有横向叉管6与其焊接成一个整体，横向叉管6外包三角铁作为护套7与下层横向扁刺刀11背面焊接成一体，防止横向叉管6旋转时遇摩阻力使之弯曲变形破坏，横向叉管6与斜向叉管5及注浆主干管2构成一个封闭的连通器，使之循环输入高压浆液。
下层横向扁刺刀11与上层横向扁刺刀10不同的是：上层横向扁刺刀10二端（远端）不设微孔喷浆嘴12；下层横向扁刺刀11二端（远端）各设置一个对称的微孔喷浆嘴12。
按前述更进一步的全部内容施实该方案，可使钻杆往返一次替代设计要求的往返三次制成的试验桩桩芯土体与水泥浆拌很（删除原有多余的“其”字）均匀，在水泥土试验桩上用水钻取出来的水泥土岩芯送试验室作抗压试验，其抗压强度值在5MPa左右，即取出来的水泥土岩芯合格，满足设计要求。
Claims (6)
1.一种大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，包括注浆主干管，在其顶端设有用于与长螺旋钻机空心钻杆下端的法兰盘对应连接的法兰盘，在该法兰盘上设有沿圆周均布的通孔，其特征在于，在所述注浆主干管上部管壁上设有四个沿圆周均布的叉管泄浆孔，在该注浆主干管中部和下部的管壁上分别设有两个沿圆周均布的叉管泄浆孔，其中位于中部的两个叉管泄浆孔的位置与上部的两个相对的叉管泄浆孔相对应，下部的两个叉管泄浆孔的位置与上部的另外两个相对的叉管泄浆孔相对应；在该注浆主干管中部和下部的叉管泄浆孔处分别径向连接一根上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的近端，上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀在以注浆主干管为轴心向下的水平投影为十字形；该上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的平面与水平面倾斜设置，倾斜方向相同；在该注浆主干管的底部焊接有堵头对中针；在所述上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的背面中线上焊接有水平横向叉管，每一水平横向叉管的近端与所对应的叉管泄浆孔连接；设在上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的长度大于上层横向扁刺刀的一半；设在下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的长度与下层横向扁刺刀相等；在所述注浆主干管上部的四个叉管泄浆孔各与一根斜向叉管的上端连接，其中相对设置的一对斜向叉管的下端与所对应的上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端连接，另一对斜向叉管的下端与所对应的下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的一个节点连接，该节点距该注浆主干管的距离小于上层横向扁刺刀的一半；在每一所述斜向叉管的两侧对称焊接有二块带齿的厚钢板气割制作而成的斜向扁刺刀，该斜向扁刺刀的下端与该上层横向扁刺刀和下层横向扁刺刀的上面焊接；在所述的斜向叉管的中下部、该上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端、下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的节点和远端分别焊接有微孔喷浆嘴；
所述的下层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的节点距该注浆主干管轴线的距离为下层横向扁刺刀长度的1/3；上层横向扁刺刀背面的水平横向叉管的远端距该注浆主干管轴线的距离为上层横向扁刺刀长度的2/3；
所述的叉管泄浆孔为螺孔，管连接头的近端外表面套设有外丝扣旋入带内丝的泄浆孔内，通过螺纹连接，该管连接头的远端分别与各个所述的斜向叉管或水平横向叉管的近端焊接连接。
2.根据权利要求1所述的大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，其特征在于，设在上层横向扁刺刀上的斜向叉管的微孔喷浆嘴的方向向内；设在下层横向扁刺刀上的斜向叉管的微孔喷浆嘴的方向向外。
3.根据权利要求1所述的大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，其特征在于，在所述横向叉管的外侧设有护套，该护套采用角钢，其两边焊接在上层横向扁刺刀或下层横向扁刺刀的背面，将横向叉管包在角钢内。
4.根据权利要求1所述的大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，其特征在于，所述的上层横向扁刺刀或下层横向扁刺刀与水平面的倾斜角度为0°-55°。
5.根据权利要求1所述的大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，其特征在于，所述的微孔喷浆嘴的孔径为2~3mm。
6.根据权利要求1所述的大直径速成匀质水泥土桩高压旋喷微孔喷浆嘴群搅拌器，其特征在于，采用该搅拌器，将常压注浆改为高压注浆；在保证不减少喷浆出浆孔出浆总流量和出浆口孔口面积之总和的基础之上，采用等截面互换的办法将原常压25mm大孔径孔口喷浆嘴改为微孔群喷浆嘴均匀喷浆。
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