CN106320321A - 一种深层水泥搅拌处理机 - Google Patents

Abstract

一种深层水泥搅拌处理机，包括含动力头、呈矩形布置的中空钻杆和中空搅拌钻具、中部喷浆管、中部保持架、抱桩器及保持架的多头钻机，提升机构，桩架，护筒，注浆系统，搅拌桩船和操纵系统；中空钻杆连接中空搅拌钻具后固装在动力头下端；中空搅拌钻具至上而下设有搅拌叶片和上、下切削翼；中部喷浆管位于四个中空钻杆的几何中心、且固定在抱桩器的左右臂架之间；中部保持架套装于四个中空钻杆上；保持架套装于二个中空搅拌钻具上；桩架固装于搅拌桩船前端；注浆系统搅拌向中部注浆管和每个中空钻杆输送水泥浆液；操纵系统实现施工参数监控、储存和打印。本发明具有钻掘能力大、搅拌均匀、施工精度高、无排放污染、施工参数监控和作业效率高等特点。

Description

一种深层水泥搅拌处理机

技术领域

本发明属于一种处理机，特别涉及一种用于海域软土地基改良加固的深层水泥搅拌处理机。

背景技术

深层水泥搅拌工法是将水泥浆作为固化剂，通过特制的多头深层搅拌钻机与地基土原位强制搅拌混合进行地基加固的一种新型技术。深层水泥搅拌工法利用固化剂和土体之间所产生的一系列物理和化学反应，从而获得具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体，能有效提高地基强度和变型模量，达到原地加固地基的目的。深层水泥搅拌工法主要优点包括：1）提高地基承载力；2）减小地基沉降位移变形；3）减小主动土压力、增大被动土压力，提高结构的整体稳定性；4）防止砂性土液化，提高结构的抗震性能；5）提高土体的抗渗能力；6）良好基坑护壁、护底；7）建筑物安全防护等。深层水泥搅拌工法，可运用到软弱粘土、砂土、有机土等几乎所有的土质，在日本、韩国等国家也在开发此项技术，在某些土质下施工，已取得很好的工程效果，经济效益和社会效益。近年来，随着填海造地，海底超深、超厚软弱土层的改良加固和废弃场地重新利用等项目的进一步发展，深层水泥搅拌工法将得到进一步的运用和推广。在现有技术中，随着浅海岛屿、沙滩和岛礁的不断开发和利用，以及水上建筑物深水化和大型化是水运行业的发展趋势，将必然导致基础处理的深度和厚度不断增大，对钻进和搅拌的质量要求也不断提高，超深软弱土层的处理项目将会越来越多。当使用搅拌钻机在进行深层地基项目处理时，搅拌钻机在施工过程中其钻杆、钻具旋转过程、钻进和搅拌时承受了来自地层更大的钻掘和搅拌阻力，使钻杆、搅拌叶片及钻具产生较大的晃动、偏心，土层中坚硬的砂砾石和杂物容易造成钻具的切削刀头磨损严重、叶片磨损严重的问题，同时不利于原土层的充分搅拌，大大降低作业效率，增加了设备维护成本，严重影响改良加固体的整体强度和防渗性能。特别在海底加固改良施工中，深层水泥搅拌处理机的搅拌钻具、钻杆直接从海面下钻到海底淤泥、砂层进行地层加固改良处理施工的，钻杆和钻具下钻、搅拌过程中的泥浆、污水等与周围环境中水体直接接触，对海洋区域造成极大的环境污染，不利于低碳排放和节能环保。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有软土处理设备存在的缺点，提供一种钻掘能力大，搅拌均匀充分，施工精度高，稳定可靠，实现施工参数监控、输出和打印，无振动，无环境污染物排放和适用于海域地层加固处理的深层水泥搅拌处理机，有效提高施工作业效率，有利于地基改良加固，符合低碳排放和节能环保的现代桩基施工的要求。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种深层水泥搅拌处理机，包括：

多头钻机，包括多个变频双速异步电动机、多个行星减速机、齿轮箱、提升滑轮组、回转接头、输出法兰、机架、机架背面安装的不锈钢导向板和倾斜传感器的动力头，呈矩形布置的中空钻杆和端部具有喷浆口的中空搅拌钻具，设置于中空钻杆和中空搅拌钻具横向截面几何中心的中部喷浆管，包括中心导向架和四个外侧导向架的中部保持架，包括对称设置的左右臂架、连接梁和导向架的抱桩器以及保持架；

提升机构，包括卷扬机和钢丝绳；

桩架，包括设置于其正面的导轨，顶部滑轮架，限位开关和载荷传感器；

护筒，包括垂直布置于其内壁的多组喷水管，潜水泵和导向槽；

注浆系统，包括制浆机构，水泥仓、供浆管、注浆泵、第二水泵、加水管和水泥输送机；

搅拌桩船，包括蓄水箱和海水沉淀箱；

操纵系统，包括操纵台和远程基站；

其特征在于：

所述多头钻机的动力头通过不锈钢导向板的槽口置于桩架的导轨上，所述提升机构的卷扬机上引出的钢丝绳穿过所述桩架的顶部滑轮架和动力头的提升滑轮组，以在多头钻机施工时带动动力头在导轨下移和上行；所述倾斜传感器安装于机架的侧面，通过信号线连接到操纵系统的操纵台或远程基站（82）；所述齿轮箱设有四个在其横截面上呈矩形布置并垂直穿过其箱体的中空钻杆轴，每个中空钻杆轴的上端均安装回转接头后与所述泥浆系统的供浆管连接，每个中空钻杆轴的下端均安装输出法兰后固装每个中空钻杆，每个中空钻杆轴下端均接中空搅拌钻具；所述中空搅拌钻具由钻具管体构成，其下端部设有注浆阀；所述齿轮箱设有位于四个呈矩形布置的中空钻杆轴几何中心、并垂直穿过其箱体的中间注浆管，其上端与所述泥浆系统的供浆管连接，其下端通过对接法兰与中部喷浆管固装；所述中部喷浆管包括中空杆和位于其内的送浆管，且它通过中空杆与垂直穿过齿轮箱的箱体的中间注浆管对接的方式设置，其下端布置成处于呈矩形布置的四根中空钻杆的几何中心；

所述多个行星减速机共有四个，它们在齿轮箱横截面上对称布置、且位于左右各二个中空钻杆轴的外侧，每个行星减速机均通过其输出轴上的小齿轮分别与每个中空钻杆轴上的大齿轮啮合；所述齿轮箱设有分别位于一侧的中空钻杆轴和行星减速机的输出轴之间以及位于另一侧的中空钻杆轴和行星减速机的输出轴之间共四个过渡轴，其中，二个位于一侧的过渡轴上的过渡齿轮互相啮合后分别与二个中空钻杆轴上的大齿轮啮合，所述二个位于另一侧的二个右过渡轴上的过渡齿轮互相啮合后分别与二个中空钻杆轴上的大齿轮啮合；所述四个中空钻杆轴中二个对角方向布置的二个中空钻杆轴旋转方向相同；所述每一根中空钻杆的上端借助公接头均分别连接到齿轮箱箱体外下端面的每一个输出法兰上，其下端借助母接头分别连接中空搅拌钻具上端的雄接头；所述每个行星减速机的上方固装变频双速异步电动机；

所述中空搅拌钻具包括钻具管体、自上而下设有多组搅拌叶片、由装有上切削刀体的上切削翼和由含有下切削刀体的下切削翼，所述多组搅拌叶片在钻具管体上下间隔设置，并且相对两组在径向方向形成90°夹角；所述上切削翼和下切削翼均为双头形式，它们的上翼片和下翼片分别以放射状围绕钻具管体的方式布置在其外壁上，它们的翼面在钻具管体的径向方向形成一定角度的夹角；所述上切削翼的双头上翼片之每一头上翼片的第一下边上各安装一排上切削刀体，其中，一头上翼片的第一下边上的上切削刀体的位置与另一头上翼片的第一下边上的上切削刀体的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述下切削翼的双头下翼片之每一头下翼片的第二下边上各安装一排下切削刀体，其中，一头下翼片的第二下边上的下切削刀体的位置与另一头下翼片的第二下边上的下切削刀体的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；

所述中空搅拌钻具为四个，其中相邻的前后及左右二个中空搅拌钻具的钻具管体上的搅拌叶片、上切削翼和下切削翼之间分别在钻具管体的轴向方向上错位布置；所述四个中空搅拌钻具的每一个中空搅拌钻具的钻具管体上的搅拌叶片、上切削翼和下切削翼的最大旋转轨迹在径向方向上均是互相重叠的；

所述中部喷浆管的送浆管在中空杆内腔中以轴向直线布置、且在径向方向对称均分，该送浆管的上端均固装第二注浆接头后与供浆管连接；所述中部喷浆管的中空杆外壁下端设有上下等距离间隔设置、且在径向方向上对称均分的多个喷浆口；

所述中部保持架的中心导向架和四个外侧导向架分别套装于中部喷浆管和四根中空钻杆上，对中部喷浆管和中空钻杆进行导向和支承；所述中部保持架是由四个外侧导向架和一个位于其几何中心导向架连接而成的结构体，所述中心导向架外壁具有四个凸出的外端并各外端顶部为矩形板部，中间为一个筒体部；所述外侧导向架包括第一半筒体部和第二半筒体部，其中第二半筒体部的一端外壁设有一凸出的矩形板，第一半筒体部和第二半筒体部对接形成外侧导向管；所述中心导向架通过筒体部套装于中部喷浆管上，所述四个外侧导向架通过外侧导向管则分别套装于相邻的前后或左右共四根中空钻杆上；当中部保持架设置两个或两个以上时，它们在中部喷浆管和中空钻杆上是上下间隔设置；所述中部保持架的筒体部和四个外侧导向管的内孔均设有耐磨衬套，该耐磨衬套由两个对称的半圆形内衬套组成；

所述抱桩器通过固装于连接梁背面的导向架置于桩架正面的导轨上，并在其上滑动；所述抱桩器通过铁链穿过位于连接梁上端部的二个吊耳后连接在动力头的机架的下端部；所述二个左右臂架均为直角箱型构件，它们在连接梁上相对布置，二个左右臂架一端的长形板分别固装于连接梁正面的安装位置，另一端的长面板均分别安装滑板后处于相向位置，而使所述中部喷浆管位于二个滑板之间；

所述保持架套装于前后及左右两个中空搅拌钻具的钻具管体上，对中空搅拌钻具进行导向和支承；所述保持架是由中部杆架和二个第一半环体部连接而成的结构体，所述中部杆架的二端各为一个第二半环体部，所述二个第一半环体部与中部架二端的第二半环体部对接形成二个导向环，它们分别套装于前后或左右二个中空搅拌钻具的钻具管体上；所述保持架的导向管内设有耐磨套，该耐磨衬套由两个对称的半圆形衬套组成；

所述护筒为一圆筒形构体，它的内壁设有沿其径向方向对称布置的多组喷水管，每一根喷水管外壁设有上下间隔布置的喷头，可对中空钻杆和中空搅拌钻具进行喷水清洗，每一根喷水管的上端与软管连接后并联到分流块上依次连接水阀和高压水泵后，最后连接到搅拌桩船的蓄水箱；所述护筒的内腔底端设置潜水泵，其出口处通过抽水管连接到搅拌桩船的海水沉淀箱；所述护筒的外壁一侧设有相对布置的导向槽，它置于所述桩架正面的导轨上，并在其上滑动；

所述桩架垂直固装于搅拌桩船的甲板前端，所述提升机构的卷扬机固装于桩架后方的甲板安装位置；所述桩架的导轨上方设有限位开关以阻止多头钻机上行时其动力头撞击顶部滑轮架；所述载荷传感器固装于顶部滑轮架上，将钢丝绳承受的载荷值通过信号线传递到操纵系统的操作台的控制面板上；

所述注浆系统是将制浆机构搅拌而成的水泥浆液通过注浆泵和供浆管输送到送浆管上方的第二注浆接头和每个中空钻杆轴上方的回转接头；所述水泥仓的水泥经过水泥输送机称量后进入制浆机构，所述第二水泵经过加水管从搅拌桩船的蓄水箱中抽取中性水经过称量后进入制浆机构，水泥和中性水充分搅拌后制成水泥浆液；

所述操纵系统的操纵台对多头钻机、注浆系统和搅拌桩船的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。

所述中空搅拌钻具中搅拌叶片的叶面朝同一方向倾斜的，与钻具管体的轴向中心线之间的夹角α=8～33°。

所述中空搅拌钻具中上切削翼的每一头上翼片的第一翼面均为和下切削翼的每一头下翼片的第二翼面均为各自朝同一方向倾斜的，其中第一翼面与钻具管体的轴向中心线之间的夹角β1=45～85°，第二翼面与钻具管体的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°。

所述多头钻机的中空钻杆及中空钻具可以在其左右方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个、或十个、或十二个，在其前后方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个，所述动力头的齿轮箱箱体内的中空钻杆轴的设置位置和数量则与之对应，所述变频双速异步电动机、行星减速机、过渡轴的设置数量做相应变化；所述中间注浆管设置在相邻的四个中空钻杆轴之间的几何中心。

所述桩架可以沿搅拌桩船的横向方向并排设置多个，所述提升机构和置于桩架的导轨上上下运动的多头钻机相应设置，例如二～八台；所述注浆系统也作相应变化。

本发明可以是，所述中空搅拌钻具中上切削翼的每一头上翼片的第一下边和下切削翼的每一头下翼片的第二下边在钻具管体的径向方向分别形成夹角γ=30～60°。

本发明还可以是，所述中空搅拌钻具中上切削翼的每一头上翼片的第一下边和下切削翼的每一头下翼片的第二下边在钻具管体的径向方向分别形成夹角γ=85～95°。

本发明还可以是，所述中空搅拌钻具还包括耐磨板，它们分别固装于搅拌叶片、上切削翼和下切削翼与钻具管体同轴心的自由端圆弧面；所述中空搅拌钻具中上切削翼的上切削刀体和下切削翼的下切削刀体采用硬质合金块制成。

附图说明

图1是本发明深层水泥搅拌处理机的结构示意图；

图2是图1中多头钻机的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是图2中B-B向剖视图；

图5是图2中A-A向剖视图；

图6是图3中C-C向剖视图；

图7是图2中中空搅拌钻具结构示意图；

图8是图7的左视图；

图9是图7的仰视图；

图10是图8的仰视图；

图11是图2中动力头除去机架后的结构示意图；

图12是图11 的俯视图；

图13是图11的仰视图；

图14是图11中D-D向剖视图；

图15是图13中E-E向剖视图；

图16是本发明中多头钻机的齿轮箱齿轮联动示意图；

图17是图1中F-F向剖视图；

图18是图17的右视图；

图19是图1中护筒的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所述实施例对本发明深层水泥搅拌处理机作进一步的说明。

实施例1：

一种深层水泥搅拌处理机，包括：多头钻机1，包括多个变频双速异步电动机119，119’、多个行星减速机110,110’、齿轮箱111、提升滑轮组114、回转接头115、输出法兰116、机架117、机架背面安装的不锈钢导向板113和倾斜传感器118的动力头11，呈矩形布置的中空钻杆12和端部具有喷浆口的中空搅拌钻具13，设置于中空钻杆12和中空搅拌钻具13横向截面几何中心的中部喷浆管15，包括中心导向架161和四个外侧导向架162的中部保持架16，包括对称设置的左右臂架181，181’、连接梁182和导向架183的抱桩器18以及保持架14；提升机构2，包括卷扬机21和钢丝绳22；桩架3，包括设置于其正面的导轨31，顶部滑轮架32，限位开关33和载荷传感器34；护筒4，包括垂直布置于其内壁41的多组喷水管48，潜水泵42和导向槽47；注浆系统6，包括制浆机构61，水泥仓62、供浆管63、注浆泵64、第二水泵65、加水管66和水泥输送机67；搅拌桩船7，包括蓄水箱71和海水沉淀箱72；操纵系统8，包括操纵台81和远程基站82；其中：所述多头钻机1的动力头11通过不锈钢导向板113的槽口置于桩架3的导轨31上，所述提升机构2的卷扬机21上引出的钢丝绳22穿过所述桩架3的顶部滑轮架32和动力头11的提升滑轮组114，以在多头钻机1施工时带动动力头11在导轨31下移和上行；所述倾斜传感器118安装于机架117的侧面，通过信号线连接到操纵系统8的操纵台81或远程基站82；当深层水泥搅拌处理机在钻进和搅拌过程中出现钻杆偏斜时，倾斜传感器将偏差情况及时传递到控制面板，操作者就可以调节悬挂搅拌钻机的桩架立柱上导轨来纠正偏差值，以保证动力驱动头在下移和上行过程中始终处于与桩架导轨垂直状态，保证钻杆、搅拌钻具在钻进和搅拌过程中的倾斜度控制在要求的范围内，从而有效提高软土层改良和加固的精度和质量。所述齿轮箱111设有四个在其横截面上呈矩形布置并垂直穿过其箱体的中空钻杆轴1111，1111’，每个中空钻杆轴1111，1111’的上端均安装回转接头115后与所述泥浆系统6的供浆管63连接，每个中空钻杆轴1111，1111’的下端均安装输出法兰116后固装每个中空钻杆12，每个中空钻杆轴1111，1111’下端均接中空搅拌钻具13；随着海洋地基处理深度的增加，可通过不断加接中空钻杆的方法，来满足实际施工要求。 所述中空搅拌钻具13由钻具管体130构成，其下端部设有注浆阀135；所述齿轮箱111设有位于四个呈矩形布置的中空钻杆轴1111，1111’几何中心、并垂直穿过其箱体的中间注浆管1112，其上端与所述泥浆系统6的供浆管63连接，其下端通过对接法兰11121与中部喷浆管15固装；所述中部喷浆管15包括中空杆151和位于其内的送浆管152，且它通过中空杆151与垂直穿过齿轮箱111的箱体的中间注浆管1112对接的方式设置，其下端布置成处于呈矩形布置的四根中空钻杆12的几何中心； 所述多个行星减速机110，110’共有四个，它们在齿轮箱111横截面上对称布置、且位于左右各二个中空钻杆轴1111，1111’的外侧，每个行星减速机110，110’均通过其输出轴1101上的小齿轮11011分别与每个中空钻杆轴1111，1111’上的大齿轮11111啮合；所述齿轮箱111设有分别位于一侧的中空钻杆轴1111和行星减速机110的输出轴1101之间以及位于另一侧的中空钻杆轴1111’和行星减速机110’的输出轴1101’之间共四个过渡轴1113，1113’，其中，二个位于一侧的过渡轴1113上的过渡齿轮11131互相啮合后分别与二个中空钻杆轴1111上的大齿轮11111啮合，所述二个位于另一侧的二个右过渡轴1113’上的过渡齿轮11131’互相啮合后分别与二个中空钻杆轴1111’上的大齿轮11111’啮合；所述四个中空钻杆轴中二个对角方向布置的二个中空钻杆轴1111,1111’旋转方向相同；所述每一根中空钻杆12的上端借助公接头122均分别连接到齿轮箱111箱体外下端面的每一个输出法兰116上，其下端借助母接头121分别连接中空搅拌钻具13上端的雄接头136；所述每个行星减速机1111，1111’的上方固装变频双速异步电动机119，119’；由于四个中空钻杆轴总成中左右二组钻杆轴之间均通过大齿轮和过渡齿轮相互啮合，且每个钻杆轴均由一个变频双速异步电动机和行星减速机驱动，相互啮合的传动结构可保证相邻两根中空钻杆及中空搅拌钻具的旋向相反并同步旋转，这样既能有效保持扭矩的平衡，将对悬挂桩架的影响降到最小，又能在与中空钻杆轴连接的任一中空搅拌钻具或中空钻杆遇到硬物或硬层时，由其他中空钻杆对其扭矩自动补偿。由于采用四个中空钻杆轴联动机构，在深层水泥搅拌处理机进行钻掘搅拌施工过程中遇到负荷较轻时，可关闭其中一到两台变频双速异步电动机，达到节能降耗和延长电机使用寿命的目的。甚至在极端情况下，若出现某一台变频双速异步电动机损坏，也可以坚持完成施工后再更换损坏的电机，有效保证施工进度；此外，采用双速变频电机，一方面降低深层水泥搅拌处理机启动时对电网系统的冲击，便于多头钻机平稳启动，另一方面，根据地层情况，可以调整多头钻机的钻掘和搅拌速度，便于掌握施工进度和提高质量。所述中空搅拌钻具13包括钻具管体130、自上而下设有多组搅拌叶片131、由装有上切削刀体1320的上切削翼132和由含有下切削刀体1330的下切削翼133，所述多组搅拌叶片131在钻具管体130上下间隔设置，并且相对两组在径向方向形成90°夹角；所述上切削翼132和下切削翼133均为双头形式，它们的上翼片和下翼片分别以放射状围绕钻具管体130的方式布置在其外壁上，它们的翼面在钻具管体130的径向方向形成一定角度的夹角；所述上切削翼132的双头上翼片之每一头上翼片1322，1322’的第一下边13221，13221’上各安装一排上切削刀体1320，其中，一头上翼片1322的第一下边13221上的上切削刀体1320的位置与另一头上翼片1322’的第一下边13221’上的上切削刀体1320的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述下切削翼133的双头下翼片之每一头下翼片1332，1332’的第二下边13321，13321’上各安装一排下切削刀体1330，其中，一头下翼片1332的第二下边13321上的下切削刀体1330的位置与另一头下翼片1332’的第二下边13321’上的下切削刀体1330的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；这样便于周围软土层原地搅拌均匀、充分和彻底，有效提高土层改良和加固质量，确保地基处理达到技术要求。所述中空搅拌钻具13为四个，其中相邻的前后及左右二个中空搅拌钻具13的钻具管体130上的搅拌叶片131、上切削翼132和下切削翼133之间分别在钻具管体13的轴向方向上错位布置；所述四个中空搅拌钻具的每一个中空搅拌钻具13的钻具管体130上的搅拌叶片131、上切削翼132和下切削翼133的最大旋转轨迹在径向方向上均是互相重叠的；所述中空搅拌钻具13中上切削翼132的每一头上翼片1322，1322’的第一下边13221，13221’和下切削翼133的每一头下翼片1332，1332’的第二下边13321，1332’在钻具管体130的径向方向分别形成夹角γ=30～60°；所述中空搅拌钻具13中上切削翼132的每一头上翼片1322，1322’的第一下边13221，13221’和下切削翼133的每一头下翼片1332，1332’的第二下边13321，13321’在钻具管体130的径向方向分别形成夹角γ=85～95°；所述中空搅拌钻具13中搅拌叶片131的叶面1311朝同一方向倾斜的，与钻具管体130的轴向中心线之间的夹角α=8～33°；所述中空搅拌钻具13中上切削翼132的每一头上翼片1322，1322’的第一翼面均为13222或均以13222表示和下切削翼133的每一头下翼片1332，1332’的第二翼面均为13322或均以13222表示各自朝同一方向倾斜的，其中第一翼面13222与钻具管体130的轴向中心线之间的夹角β1=45～85°，第二翼面13322与钻具管体130的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°；有效提高深层水泥搅拌处理机的中空搅拌钻具钻进强劲和搅拌均匀充分，保证海底软土地基的改良和加固质量。所述中空搅拌钻具13中上切削翼132的上切削刀体1320和下切削翼133的下切削刀体1330采用硬质合金块制成；有效提高多头钻机上中空钻具的上下切削刀体的强度和切削能力，有效延长其使用寿命。当多头钻机11在钻进和上提钻杆过程中，可通过设置在每个中空钻具的内部注浆通道和其下端的注浆阀进行喷浆。所述中空搅拌钻具13还包括耐磨板606，它们分别固装于搅拌叶片131、上切削翼132和下切削翼133与钻具管体130同轴心的自由端圆弧面；因而能够有效提高它们的强度和耐磨性能，保证搅拌和钻掘效率。 所述中部喷浆管15的送浆管152在中空杆151的内腔中以轴向直线布置、且在径向方向对称均分，该送浆管152的上端均固装第二注浆接头154后与供浆管63连接；所述中部喷浆管15的中空杆151外壁下端设有上下等距离间隔设置、且在径向方向上对称均分的多个喷浆口153；由注浆系统通过管道输送的水泥浆，经过中部喷浆管的喷浆口从不同角度向附近土层喷出，并迅速向周围土层渗透和蔓延，便于对原地土进行改良和加固，有效提高地基处理质量。 所述中部保持架16的中心导向架161和四个外侧导向架162分别套装于中部喷浆管15和四根中空钻杆12上，对中部喷浆管15和中空钻杆12进行导向和支承；所述中部保持架16是由四个外侧导向架162和一个位于其几何中心导向架161连接而成的结构体，所述中心导向架161外壁具有四个凸出的外端并各外端顶部为矩形板部1612，中间为一个筒体部1611；所述外侧导向架162包括第一半筒体部1621和第二半筒体部1622，其中第二半筒体部1622的一端外壁设有一凸出的矩形板1623，第一半筒体部1621和第二半筒体部1622对接形成外侧导向管1624；所述中心导向架161通过筒体部1611套装于中部喷浆管15上，所述四个外侧导向架162通过外侧导向管1624则分别套装于相邻的前后或左右共四根中空钻杆12上；当中部保持架16设置两个或两个以上时，它们在中部喷浆管15和中空钻杆12上是上下间隔设置；有效避免钻杆旋转过程中产生的晃动和偏心，保证软土层改良和加固的施工精度。所述中部保持架16的筒体部1611和四个外侧导向管1623的内孔均设有耐磨衬套163，该耐磨衬套163由两个对称的半圆形内衬套组成；耐磨衬套能有效保证中空钻杆旋转下行和上提正常，同时当其内壁磨损达到一定程度后，能方便地进行拆卸和更换，减少施工成本。 所述抱桩器18通过固装于连接梁182背面的导向架183置于桩架3正面的导轨31上，并在其上滑动；所述抱桩器18通过铁链186穿过位于连接梁182上端部的二个吊耳185后连接在动力头11的机架117的下端部；所述二个左右臂架181，181’均为直角箱型构件，它们在连接梁182上相对布置，二个左右臂架181，181’一端的长形板1811，1811’分别固装于连接梁182正面的安装位置，另一端的长面板1812，1812’均分别安装滑板184，184’后处于相向位置，而使所述中部喷浆管15位于二个滑板184，184’之间；在多头钻机施工过程中，抱桩器的左右臂架对中部喷浆管进行支承和固定，进一步增加多头钻机的整机工作稳定性，保证施工进度和满足技术要求。 所述保持架14套装于前后及左右两个中空搅拌钻具13的钻具管体131上，对中空搅拌钻具13进行导向和支承；所述保持架14是由中部杆架141和二个第一半环体部142连接而成的结构体，所述中部杆架141的二端各为一个第二半环体部1411，所述二个第一半环体部142与中部架141二端的第二半环体部1411对接形成二个导向环143，它们分别套装于前后或左右二个中空搅拌钻具的钻具管体130上；有效避免搅拌钻具旋转过程中产生晃动和偏心，保证软土层改良和加固的施工精度。所述保持架14的导向管143内设有耐磨套1431，该耐磨衬套1431由两个对称的半圆形衬套组成；耐磨衬套能有效保证搅拌钻具旋转钻进和上提正常，同时当其内壁磨损达到一定程度后，能方便地进行拆卸和更换，减少施工成本。 所述护筒4为一圆筒形构体，它的内壁41设有沿其径向方向对称布置的多组喷水管48，每一根喷水管48外壁设有上下间隔布置的喷头480，可对中空钻杆12和中空搅拌钻具13进行喷水清洗，每一根喷水管48的上端与软管481连接后并联到分流块482上依次连接水阀483和高压水泵484后，最后连接到搅拌桩船7的蓄水箱71；所述护筒4的内腔41底端设置潜水泵42，其出口处通过抽水管421连接到搅拌桩船7的海水沉淀箱72；所述护筒4的外壁一侧设有相对布置的导向槽47，它置于所述桩架3正面的导轨31上，并在其上滑动；施工过程中护筒可以隔离中空搅拌钻具的搅拌叶片和上下切削翼在搅拌和钻掘过程中溅起的泥浆与周围环境中水体的接触。一排搅拌桩完成改良加固施工后，可将护筒内的污水通过潜水泵抽至搅拌桩船的海水沉淀箱，提起多头钻机和护筒移动搅拌桩船进行下一排搅拌桩加固和改良施工。这样可以最大限度的减少施工过程对周围环境的影响。所述桩架3垂直固装于搅拌桩船7的甲板前端，所述提升机构2的卷扬机21固装于桩架3后方的甲板安装位置；所述桩架3的导轨31上方设有限位开关33以阻止多头钻机1上行时其动力头11撞击顶部滑轮架32；所述载荷传感器34固装于顶部滑轮架32上，将钢丝绳22承受的载荷值通过信号线传递到操纵系统8的操作台81的控制面板上；操作人员可以随时监控多头钻机的工作状况，并可通过远程基站82实施施工剁成的监控。 所述注浆系统6是将制浆机构61搅拌而成的水泥浆液通过注浆泵64和供浆管63输送到送浆管152上方的第二注浆接头154和每个中空钻杆轴1111,1111’上方的回转接头115；所述水泥仓62的水泥经过水泥输送机67称量后进入制浆机构6），所述第二水泵65经过加水管66从搅拌桩船7的蓄水箱71中抽取中性水经过称量后进入制浆机构61，水泥和中性水充分搅拌后制成水泥浆液；

所述操纵系统8的操纵台81对多头钻机1、注浆系统6和搅拌桩船7的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。采用PLC核心技术，通过操纵台的双显示器显示多头钻机的实际施工数据，以及注浆系统运行情况，对实际施工数据做好记录、保存，打印数据表格和图形曲线，能够提供用户分析搅拌桩整个施工过程。主要使用参数包括电机转速、工作温度和旋转方向，钻杆（搅拌钻具）转速、转向和转矩，瞬时水泥浆量，总浆量，注浆泵压力，实际总浆量，总注水量，平台倾角，桩架倾角，钻杆（搅拌钻具）贯入/上拔速度，搅拌钻具位置，钻掘成孔深度，搅拌桩顶标高，以及桩架拉拔力等。所述多头钻机1的中空钻杆12及中空钻具13可以在其左右方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个、或十个、或十二个，在其前后方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个，所述动力头11的齿轮箱111箱体内的中空钻杆轴1111，1111’的设置位置和数量则与之对应，所述变频双速异步电动机119，119’、行星减速机110，110’、过渡轴1113，1113’的设置数量做相应变化；所述中间注浆管1112设置在相邻的四个中空钻杆轴1111， 1111’之间的几何中心。所述桩架3可以沿搅拌桩船7的横向方向并排设置多个，所述提升机构2和置于桩架3的导轨31上上下运动的多头钻机1相应设置，例如二～八台；所述注浆系统6也作相应变化。通过这种结构改进和拓展，能够大幅度提高深层水泥搅拌处理机的施工作业效率，特别是有效保证大型海上设施的海底地层改良加固的施工进度，并提高搅拌桩一次成墙长度和宽度，有利于保证搅拌桩成墙精度和质量。

本发明搅拌钻机具有切削刀体强度高、螺旋片耐磨性高、钻掘能力大、搅拌均匀充分、施工精度高、低振动、低噪音、对环境无污染和施工稳定性高等特点，实现施工参数监控、输出和打印，有效提高施工作业效率，有利于改善软弱土地基的改良和确保加固强度，进而有效提高了地基处理的施工质量。

实施例2：

与实施例1不同的是，所述中空搅拌钻具13中上切削翼132的每一头上翼片1322，1322’的第一下边13221，13221’和下切削翼133的每一头下翼片1332，1332’的第二下边13321，13321’在钻具管体130的径向方向分别形成夹角γ=85～95°。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种深层水泥搅拌处理机，包括：

多头钻机（1），包括多个变频双速异步电动机（119,119’）、多个行星减速机（110，110’）、齿轮箱（111）、提升滑轮组（114）、回转接头（115）、输出法兰（116）、机架（117）、机架背面安装的不锈钢导向板（113）和倾斜传感器（118）的动力头（11），呈矩形布置的中空钻杆（12）和端部具有喷浆口的中空搅拌钻具（13），设置于中空钻杆（12）和中空搅拌钻具（13）横向截面几何中心的中部喷浆管（15），包括中心导向架（161）和四个外侧导向架（162）的中部保持架（16），包括对称设置的左右臂架（181，181’）、连接梁（182）和导向架（183）的抱桩器（18）以及保持架（14）；提升机构（2），包括卷扬机（21）和钢丝绳（22）；桩架（3），包括设置于其正面的导轨（31），顶部滑轮架（32），限位开关（33）和载荷传感器（34）；护筒（4），包括垂直布置于其内壁（41）的多组喷水管（48），潜水泵（42）和导向槽（47）；注浆系统（6），包括制浆机构（61），水泥仓（62）、供浆管（63）、注浆泵（64）、第二水泵（65）、加水管（66）和水泥输送机（67）；搅拌桩船（7），包括蓄水箱（71）和海水沉淀箱（72）；操纵系统（8），包括操纵台（81）和远程基站（82）；

其特征在于：

所述多头钻机（1）的动力头（11）通过不锈钢导向板（113）的槽口置于桩架（3）的导轨（31）上，所述提升机构（2）的卷扬机（21）上引出的钢丝绳（22）穿过所述桩架（3）的顶部滑轮架（32）和动力头（11）的提升滑轮组（114），以在多头钻机（1）施工时带动动力头（11）在导轨（31）下移和上行；所述倾斜传感器（118）安装于机架（117）的侧面，通过信号线连接到操纵系统（8）的操纵台（81）或远程基站（82）；所述齿轮箱（111）设有四个在其横截面上呈矩形布置并垂直穿过其箱体的中空钻杆轴（1111，1111’），每个中空钻杆轴（1111，1111’）的上端均安装回转接头（115）后与所述泥浆系统（6）的供浆管（63）连接，每个中空钻杆轴（1111，1111’）的下端均安装输出法兰（116）后固装每个中空钻杆（12），每个中空钻杆轴（1111，1111’）下端均接中空搅拌钻具（13）；所述中空搅拌钻具（13）由钻具管体（130）构成，其下端部设有注浆阀（135）；所述齿轮箱（111）设有位于四个呈矩形布置的中空钻杆轴（1111，1111’）几何中心、并垂直穿过其箱体的中间注浆管（1112），其上端与所述泥浆系统（6）的供浆管（63）连接，其下端通过对接法兰（11121）与中部喷浆管（15）固装；所述中部喷浆管（15）包括中空杆（151）和位于其内的送浆管（152），且它通过中空杆（151）与垂直穿过齿轮箱（111）的箱体的中间注浆管（1112）对接的方式设置，其下端布置成处于呈矩形布置的四根中空钻杆（12）的几何中心；

所述多个行星减速机（110，110’）共有四个，它们在齿轮箱（111）横截面上对称布置、且位于左右各二个中空钻杆轴（1111，1111’）的外侧，每个行星减速机（110，110’）均通过其输出轴（1101）上的小齿轮（11011）分别与每个中空钻杆轴（1111，1111’）上的大齿轮（11111）啮合；所述齿轮箱（111）设有分别位于一侧的中空钻杆轴（1111）和行星减速机（110）的输出轴（1101）之间以及位于另一侧的中空钻杆轴（1111’）和行星减速机（110’）的输出轴（1101’）之间共四个过渡轴（1113，1113’），其中，二个位于一侧的过渡轴（1113）上的过渡齿轮（11131）互相啮合后分别与二个中空钻杆轴（1111）上的大齿轮（11111）啮合，所述二个位于另一侧的二个右过渡轴（1113’）上的过渡齿轮（11131’）互相啮合后分别与二个中空钻杆轴（1111’）上的大齿轮（11111’）啮合；所述四个中空钻杆轴中二个对角方向布置的二个中空钻杆轴（1111,1111’）旋转方向相同；所述每一根中空钻杆（12）的上端借助公接头（122）均分别连接到齿轮箱（111）箱体外下端面的每一个输出法兰（116）上，其下端借助母接头（121）分别连接中空搅拌钻具（13）上端的雄接头（136）；所述每个行星减速机（1111，1111’）的上方固装变频双速异步电动机（119，119’）；

所述中空搅拌钻具（13）包括钻具管体（130）、自上而下设有多组搅拌叶片（131）、由装有上切削刀体（1320）的上切削翼（132）和由含有下切削刀体（1330）的下切削翼（133），所述多组搅拌叶片（131）在钻具管体（130）上下间隔设置，并且相对两组在径向方向形成90°夹角；所述上切削翼（132）和下切削翼（133）均为双头形式，它们的上翼片和下翼片分别以放射状围绕钻具管体（130）的方式布置在其外壁上，它们的翼面在钻具管体（130）的径向方向形成一定角度的夹角；所述上切削翼（132）的双头上翼片之每一头上翼片（1322，1322’）的第一下边（13221，13221’）上各安装一排上切削刀体（1320），其中，一头上翼片（1322）的第一下边（13221）上的上切削刀体（1320）的位置与另一头上翼片（1322’）的第一下边（13221’）上的上切削刀体（1320）的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；所述下切削翼（133）的双头下翼片之每一头下翼片（1332，1332’）的第二下边（13321，13321’）上各安装一排下切削刀体（1330），其中，一头下翼片（1332）的第二下边（13321）上的下切削刀体（1330）的位置与另一头下翼片（1332’）的第二下边（13321’）上的下切削刀体（1330）的位置在旋转轨迹上是间隔交叉排列的；

所述中空搅拌钻具（13）中搅拌叶片（131）的叶面（1311）朝同一方向倾斜的，与钻具管体（130）的轴向中心线之间的夹角α=8～33°；所述中空搅拌钻具（13）中上切削翼（132）的每一头上翼片（1322，1322’）的第一翼面均为（13222）和下切削翼（133）的每一头下翼片（1332，1332’）的第二翼面均为（13322）各自朝同一方向倾斜的，其中第一翼面（13222）与钻具管体（130）的轴向中心线之间的夹角β1=45～85°，第二翼面（13322）与钻具管体（130）的轴向中心线之间的夹角β2=25～55°；

所述中空搅拌钻具为四个，其中相邻的前后及左右二个中空搅拌钻具（13）的钻具管体（130）上的搅拌叶片（131）、上切削翼（132）和下切削翼（133）之间分别在钻具管体（13）的轴向方向上错位布置；所述四个中空搅拌钻具的每一个中空搅拌钻具（13）的钻具管体（130）上的搅拌叶片（131）、上切削翼（132）和下切削翼（133）的最大旋转轨迹在径向方向上均是互相重叠的；

所述中空搅拌钻具（13）还包括耐磨板（606），它们分别固装于搅拌叶片（131）、上切削翼（132）和下切削翼（133）与钻具管体（130）同轴心的自由端圆弧面；所述中空搅拌钻具（13）中上切削翼（132）的上切削刀体（1320）和下切削翼（133）的下切削刀体（1330）采用硬质合金块制成；

所述中部喷浆管（15）的送浆管（152）在中空杆（151）的内腔中以轴向直线布置、且在径向方向对称均分，该送浆管（152）的上端均固装第二注浆接头（154）后与供浆管（63）连接；所述中部喷浆管（15）的中空杆（151）外壁下端设有上下等距离间隔设置、且在径向方向上对称均分的多个喷浆口（153）；

所述中部保持架（16）的中心导向架（161）和四个外侧导向架（162）分别套装于中部喷浆管（15）和四根中空钻杆（12）上，对中部喷浆管（15）和中空钻杆（12）进行导向和支承；所述中部保持架（16）是由四个外侧导向架（162）和一个位于其几何中心导向架（161）连接而成的结构体，所述中心导向架（161）外壁具有四个凸出的外端并各外端顶部为矩形板部（1612），中间为一个筒体部（1611）；所述外侧导向架（162）包括第一半筒体部（1621）和第二半筒体部（1622），其中第二半筒体部（1622）的一端外壁设有一凸出的矩形板（1623），第一半筒体部（1621）和第二半筒体部（1622）对接形成外侧导向管（1624）；所述中心导向架（161）通过筒体部（1611）套装于中部喷浆管（15）上，所述四个外侧导向架（162）通过外侧导向管（1624）则分别套装于相邻的前后或左右共四根中空钻杆（12）上；当中部保持架（16）设置两个或两个以上时，它们在中部喷浆管（15）和中空钻杆（12）上是上下间隔设置；所述中部保持架（16）的筒体部（1611）和四个外侧导向管（1623）的内孔均设有耐磨衬套（163），该耐磨衬套（163）由两个对称的半圆形内衬套组成；

所述抱桩器（18）通过固装于连接梁（182）背面的导向架（183）置于桩架（3）正面的导轨（31）上，并在其上滑动；所述抱桩器（18）通过铁链（186）穿过位于连接梁（182）上端部的二个吊耳（185）后连接在动力头（11）的机架（117）的下端部；所述二个左右臂架（181，181’）均为直角箱型构件，它们在连接梁（182）上相对布置，二个左右臂架（181，181’）一端的长形板（1811，1811’）分别固装于连接梁（182）正面的安装位置，另一端的长面板（1812，1812’）均分别安装滑板（184，184’）后处于相向位置，而使所述中部喷浆管（15）位于二个滑板（184，184’）之间；

所述保持架（14）套装于前后及左右两个中空搅拌钻具（13）的钻具管体（131）上，对中空搅拌钻具（13）进行导向和支承；所述保持架（14）是由中部杆架（141）和二个第一半环体部（142）连接而成的结构体，所述中部杆架（141）的二端各为一个第二半环体部（1411），所述二个第一半环体部（142）与中部架（141）二端的第二半环体部（1411）对接形成二个导向环（143），它们分别套装于前后或左右二个中空搅拌钻具的钻具管体（130）上；所述保持架（14）的导向管（143）内设有耐磨套（1431），该耐磨衬套（1431）由两个对称的半圆形衬套组成；

所述护筒（4）为一圆筒形构体，它的内壁（41）设有沿其径向方向对称布置的多组喷水管（48），每一根喷水管（48）外壁设有上下间隔布置的喷头（480），可对中空钻杆（12）和中空搅拌钻具（13）进行喷水清洗，每一根喷水管（48）的上端与软管（481）连接后并联到分流块（482）上依次连接水阀（483）和高压水泵（484）后，最后连接到搅拌桩船（7）的蓄水箱（71）；所述护筒（4）的内腔（41）底端设置潜水泵（42），其出口处通过抽水管（421）连接到搅拌桩船（7）的海水沉淀箱（72）；所述护筒（4）的外壁一侧设有相对布置的导向槽（47），它置于所述桩架（3）正面的导轨（31）上，并在其上滑动；

所述桩架（3）垂直固装于搅拌桩船（7）的甲板前端，所述提升机构（2）的卷扬机（21）固装于桩架（3）后方的甲板安装位置；所述桩架（3）的导轨（31）上方设有限位开关（33）以阻止多头钻机（1）上行时其动力头（11）撞击顶部滑轮架（32）；所述载荷传感器（34）固装于顶部滑轮架（32）上，将钢丝绳（22）承受的载荷值通过信号线传递到操纵系统（8）的操作台（81）的控制面板上；

所述注浆系统（6）是将制浆机构（61）搅拌而成的水泥浆液通过注浆泵（64）和供浆管（63）输送到送浆管（152）上方的第二注浆接头（154）和每个中空钻杆轴（1111,1111’）上方的回转接头（115）；所述水泥仓（62）的水泥经过水泥输送机（67）称量后进入制浆机构（61），所述第二水泵（65）经过加水管（66）从搅拌桩船（7）的蓄水箱（71）中抽取中性水经过称量后进入制浆机构（61），水泥和中性水充分搅拌后制成水泥浆液；

所述操纵系统（8）的操纵台（81）对多头钻机（1）、注浆系统（6）和搅拌桩船（7）的运行参数、技术参数和相关参数进行显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。

2.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌处理机，其特征在于：所述中空搅拌钻具（13）中上切削翼（132）的每一头上翼片（1322，1322’）的第一下边（13221，13221’）和下切削翼（133）的每一头下翼片（1332，1332’）的第二下边（13321，1332’）在钻具管体（130）的径向方向分别形成夹角γ=30～60°。

3.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌处理机，其特征在于：所述中空搅拌钻具（13）中上切削翼（132）的每一头上翼片（1322，1322’）的第一下边（13221，13221’）和下切削翼（133）的每一头下翼片（1332，1332’）的第二下边（13321，13321’）在钻具管体（130）的径向方向分别形成夹角γ=85～95°。

4.根据权利要求1-3任一所述的深层水泥搅拌处理机，其特征在于：所述多头钻机（1）的中空钻杆（12）及中空钻具（13）可以在其左右方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个、或十个、或十二个，在其前后方向设置三个、或四个、或五个、或六个、或八个，所述动力头（11）的齿轮箱（111）箱体内的中空钻杆轴（1111，1111’）的设置位置和数量则与之对应，所述变频双速异步电动机（119，119’）、行星减速机（110，110’）、过渡轴（1113，1113’）的设置数量做相应变化；所述中间注浆管（1112）设置在相邻的四个中空钻杆轴（1111，1111’）之间的几何中心；所述桩架（3）可以沿搅拌桩船（7）的横向方向并排设置多个，所述提升机构（2）和置于桩架（3）的导轨（31）上上下运动的多头钻机（1）相应设置，例如二～八台；所述注浆系统（6）也作相应变化。