CN106948341B - 一种复合式旋喷桩机和复合式旋喷桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式旋喷桩机，该桩机包括支架(5)、外套管(4)、内芯杆(3)、连接装置(2)、高压管道(1)及钻头(14)；其中，所述高压管道(1)通过所述连接装置(2)与所述内芯杆(3)紧密连接；所述内芯杆(3)同轴套设于所述外套管(4)内，所述外套管(4)固定连接在所述支架(5)上；所述钻头(14)与所述内芯杆(3)的底端连接，包括搅拌钻叶和高压喷嘴(15)，所述高压喷嘴(15)可拆卸的安装于所述钻头(14)侧壁的圆筒内。本发明还公开了一种复合式旋喷桩施工方法。本发明还公开了一种复合式旋喷桩。本发明的复合式旋喷桩机，一次性成桩，稳定性高，且适用于软质、硬质等土体，自动化程度高，节省材料。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，更具体地，涉及一种复合式旋喷桩机、一种复合式旋喷桩及其施工方法。
背景技术
目前在建筑工程领域的地基处理工程中，水泥加固法是被广泛采用的一种处理方法，并且演变和派生出了很多种方法、工艺和设备。其中，水泥搅拌桩是一种常规的施工方法，但这种方法对土质要求较高，极易因搅拌不均匀造成桩身强度差异从而影响承载力。
为了解决水泥搅拌桩的上述缺陷，高压旋喷桩应运而生，在建设工程桩基施工过程中，针对黏土层，填土层，淤泥层，沙层，高压旋喷最常用的为小型锚杆机。这种小型锚杆机的钻杆高度一般为2m，一边旋转，一边高压注浆，通过人工接钻孔，来实现钻孔深度。但这种小型锚杆机存在如下问题：
(1)由于传统小型锚杆机每根钻孔2米，通过人工接钻孔，人干干扰过多，喷压不稳定，钻杆之间通过麻丝连接密封，麻丝密封容易造成喷射注浆压力不稳定，注浆压力不够，下钻力不够，碰到硬土层，有碎渣的填土层，无法钻进，而且由于水泥加固后的桩体本身强度不高，因此这两种方法的整体承载力有较大局限，因此比较适用于对承载力要求不高的复合地基；
(2)传统小型锚杆机施工过程中，高压流翻浆严重，浪费材料，污染环境，地下土质过硬导致无法成桩，桩径达不到设计要求，地下土体约束力不法准确量化，喷浆量喷浆压力无法准确控制，垂直度难以控制，特别是高压旋喷法更难控制桩身直径的大小并做到上下一致；
(3)传统小型锚杆机自动化程度低，不仅造成了原材料的浪费，也极易造成桩身缺陷，施工功效低，人工效率低等问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种复合式旋喷桩机、一种复合式旋喷桩及其施工方法，对传统的高压旋转桩机的钻杆进行改进，将钻杆分为内外两层，外层为外套管，内层为内芯杆，且钻杆的长度可根据实际需求确定，一方面可以通过钻杆自身的高度提高水泥浆的压力，另一方面，双层钻杆可以承受更大的水泥浆压力，一次性成桩到底，其有效地避免了小型锚杆机在成孔过程中的人为干扰所导致的施工稳定性差的问题。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种复合式旋喷桩机，该桩机包括支架、外套管、内芯杆、连接装置、高压管道及钻头；
其中，所述高压管道的一端与水泥浆搅拌车连接，另一端通过所述连接装置与所述内芯杆紧密连接；
所述连接装置包括法兰、O形圈和弯管接头，所述弯管接头一端通过所述法兰与所述高压管道密封连接，另一端通过法兰与所述内芯杆密封连接，所述O形圈设于所述法兰与高压管道、法兰与内芯杆之间，用于实现所述法兰与高压管道、法兰与内芯杆的密封连接，用于实现高压水泥浆顺利转弯并输送到所述内芯杆中；
所述内芯杆为无缝钢管，同轴套设于所述外套管内，所述外套管固定连接在所述支架上；
所述钻头与所述内芯杆的底端连接，包含搅拌钻叶和高压喷嘴，所述高压喷嘴可拆卸的安装于所述钻头底部的圆筒内，用于喷射所述高压水泥浆，切割土体，形成桩基。
进一步地，所述高压喷嘴的数量为2个或4个，且对称设于所述钻头侧壁的圆筒内。
进一步地，所述圆筒内沿周向设有风口，用于吹动所述高压水泥浆向四周喷射，使所述高压水泥浆喷射更加均匀。
进一步地，所述弯管接头的弯曲角度为30～45°，壁厚为5～10mm。
进一步地，该桩机还包括底座，所述底座上表面设有滑轨，下表面设有滚轮，所述滚轮用于实现所述底座沿第一方向移动。
进一步地，该桩机还包括平台，其上表面与所述支架固定连接，下表面与所述滑轨接触。
进一步地，所述平台上设有液压机构，用于驱动所述平台沿第二方向移动。
进一步地，所述平台的四角均设有支腿，用于支撑所述平台。
进一步地，所述平台上设有第一液压支撑杆和第二液压支撑杆，所述第一液压支撑杆和第二液压支撑杆的另一端分别于所述支架连接，用于支撑所述支架、外套管、内芯杆及连接装置。
按照本发明的另一个方面，提供一种复合式旋喷桩施工方法，采用所述的复合式旋喷桩机，包括如下步骤：
S1：桩位放样；
S2：下放所述支腿，推动底座沿第一方向移动到预定位置；收起所述支腿，所述平台落到所述滑轨上，通过液压机构驱动所述平台沿第二方向移动到预定位置，实现精准定位；
S3：检查所有部件连接情况，设定参数；
S4：正循环所述钻头，钻进至设计深度；
S5：反循环提升钻头，并通过高压喷嘴喷射所述水泥浆，直至桩基成型。
按照本发明的另一个方面，提供一种复合式旋喷桩，采用所述的复合式旋喷桩施工方法制备得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的复合式旋喷桩机，对传统的高压旋转桩机的钻杆进行改进，将钻杆分为内外两层，外层为外套管，内层为内芯杆，且钻杆的长度可根据实际需求确定，一方面可以通过钻杆自身的高度提高水泥浆的压力，另一方面，双层钻杆可以承受更大的水泥浆压力，一次性成桩到底，其有效地避免了小型锚杆机在成孔过程中的人为干扰所导致的施工稳定性差的问题，既可适应于软质土体，也可以适用于硬质土体，大大提高了旋喷桩机的适用范围。
(2)本发明的复合式旋喷桩机，对传统的水泥搅拌桩机的钻头进行改进，所述钻头包含搅拌钻叶和高压喷嘴，将旋喷切割土体的成型工艺和搅拌土体的工艺结合，通过高压喷嘴喷射高压水泥浆切割土体，同时高压水泥浆封住底层水泥浆，使得水泥浆及土体更好成型；同时，通过所述搅拌钻叶搅拌土体成桩，成型效果好。
(3)本发明的复合式旋喷桩机的连接装置通过法兰、O形圈与高压管道、内芯杆密封连接，实现高压水泥浆的顺利输送，解决传统连接装置密封不严，漏浆问题。
(4)本发明的复合式旋喷桩机，支腿固定时，底座可沿第一方向移动到预定位置，底座上表面设有滑轨，平台可在液压机构的作用下，沿所述滑轨沿第二方向移动到预定位置，实现精准定位。
(5)本发明的复合式旋喷桩基施工方法，结合旋喷桩高压流切割土体和搅拌桩搅拌土体的优势，有效节省材料，提高功效，使桩体结构性，均匀性，成桩型更好，更为有效地提高土体地基承载力。
附图说明
图1是本发明实施例的一种复合式旋喷桩机结构示意图。
图1中，同一个附图标记表示相同的结构与零件，其中：1-高压管道、 2-连接装置、3-内心杆、4-外套管、5-支架、6-第一液压支撑杆、7-第二液压支撑杆、8-液压机构、9-支腿、10-平台、11-滑轨、12-底座、13-滚轮、14-钻头、15-高压喷嘴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例的一种复合式旋喷桩机结构示意图。如图1所示，高压管道1、连接装置2、内心杆3、外套管4、支架5、第一液压支撑杆6、第二液压支撑杆7、液压机构8、支腿9、平台10、滑轨11、底座12、滚轮13、钻头14、高压喷嘴15。
如图1所示，高压管道1通过连接装置2与所述内心杆3密封连接，所述内芯杆3为无缝钢管，所述连接装置2包括法兰、O形圈和弯管接头，所述弯管接头一端通过法兰、O形圈与所述高压管道1密封连接，另一端通过法兰、O形圈与所述内芯杆3密封连接。
在本发明的优选实施例中，所述弯管接头壁厚作加厚处理，壁厚为5～ 10mm，所述弯管接头的弯曲角度为30～45°。
通过流体分析发现，所述弯管接头的弯曲角度设计为30～45°，利于高压水泥浆顺利通过所述连接装置输入到所述内芯杆内，而且，通过O形圈密封，结合角度设计，实现了连接装置的良好密封。
如图1所示，所述内心杆3同轴套设于外套管4内，一端与所述连接装置2密封连接，另一端与所述钻头14密封连接，所述钻头14与所述内芯杆3的底端连接，包含搅拌钻叶和高压喷嘴15，所述高压喷嘴15可拆卸的安装于所述钻头14底部的圆筒内，用于喷射所述高压水泥浆，切割土体，形成桩基。
所述圆筒内沿周向设有风口，用于吹动所述高压水泥浆向四周喷射，使所述高压水泥浆喷射更加均匀。
在本发明的优选实施例中，所述高压喷嘴15的数量为2个或4个，且对称设于所述钻头14侧壁的圆筒内。
在本发明的优选实施例中，所述高压喷嘴15的材料为铜质材料。
在本发明的优选实施例中，外套管4的直径为22mm。
在本发明的优选实施例中，所述喷嘴15的直径为2.2mm。
本发明的复合式旋喷桩机，对传统的高压旋转桩机的钻杆进行改进，将钻杆分为内外两层，外层为外套管，内层为内芯杆，且钻杆的长度可根据实际需求确定，一方面可以通过钻杆自身的高度提高水泥浆的压力，另一方面，双层钻杆可以承受更大的水泥浆压力，一次性成桩到底，其有效地避免了小型锚杆机在成孔过程中的人为干扰所导致的施工稳定性差的问题，既可适应于软质土体，也可以适用于硬质土体，大大提高了旋喷桩机的适用范围。
对传统的水泥搅拌桩机的钻头进行改进，所述钻头包含搅拌钻叶和高压喷嘴，将旋喷切割土体的成型工艺和搅拌土体的工艺结合，通过高压喷嘴喷射高压水泥浆切割土体，同时高压水泥浆封住底层水泥浆，使得水泥浆及土体更好成型；同时，通过所述搅拌钻叶搅拌土体成桩，成型效果好。
本发明的复合式旋喷桩机的连接装置通过法兰、O形圈与高压管道、内芯杆密封连接，实现高压水泥浆的顺利输送，解决传统连接装置密封不严，漏浆问题。
如图1所示，所述外套管4与支架5固定连接。所述支架5的底端与所述平台10固定连接。所述第一液压支撑杆6的一端固定连接在所述平台 10上，另一端与所述支架5固定连接；所述第二液压支撑杆7的一端固定连接在所述平台10上，另一端与所述支架5固定连接。所述第一液压支撑杆6和第二液压支撑杆7用于支撑所述支架5。
如图1所示，所述平台10上设置有液压机构8，所述平台10的四角均设有支腿9，所述平台10的底部设有底座12，所述底座12的上表面设有滑轨11，下表面设有滚轮13。当支腿9下放时，所述底座可沿第一方向移动到预定位置，当支腿收起时，所述液压机构8驱动所述平台10沿滑轨11 沿第二方向移动到预定位置。
在本发明的优选实施例中，所述第一方向、第二方向垂直。
本发明的复合式旋喷桩机，支腿固定时，底座可沿第一方向移动到预定位置，底座上表面设有滑轨，平台可在液压机构的作用下，沿所述滑轨沿第二方向移动到预定位置，实现精准定位。
本发明的选优实施例一种复合式旋喷桩基施工方法，采用上述复合式旋喷桩机，包括如下步骤：
(1)桩位放样；
(2)下放所述支腿9，推动底座12沿第一方向移动到预定位置；收起所述支腿9，所述平台10落到所述滑轨11上，通过液压机构8驱动所述平台10沿第二方向移动到预定位置，实现精准定位；
(3)通过正向搅拌搅动土体桩径范围内，通过传动链条装置对钻具进行加压，边搅拌边加压行进至钻孔深度，为避免钻孔喷嘴在与土地接触中被堵住，和克服钻机过程中摩擦土力，钻具行进过程中，低压送浆，通过高压泵打出的流体压力将浆液送至钻杆顶部，在钻孔底部有孔型喷射结构，边送压，边搅拌下钻搅动土体，边喷射；
(4)钻具钻进至地下设计孔深度后，反向搅拌土体准备提升，通过传动链条装置提拔钻具，在钻具底部钻头位置设置孔型喷射结构，在孔型喷射结构上加装搅拌装置，在提升过程中，搅拌装置先行搅动土体，破坏原有土体结构，使土体松散均匀；启动高压泵，喷射高压浆体，通过浆体的高压流，经由内置而成的外套管，经孔型喷嘴高压喷射而出，去有效切割松散均匀土体，直至桩基成型。
本发明的复合式旋喷桩基施工方法，结合旋喷桩高压流切割土体和搅拌桩搅拌土体的优势，有效节省材料，提高功效，使桩体结构性，均匀性，成桩型更好，更为有效地提高土体地基承载力。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合式旋喷桩机，其特征在于，该桩机包括支架(5)、外套管(4)、内芯杆(3)、连接装置(2)、高压管道(1)及钻头(14)；
其中，所述高压管道(1)的一端与水泥浆搅拌车连接，另一端通过所述连接装置(2)与所述内芯杆(3)紧密连接；
所述连接装置(2)包括法兰、O形圈和弯管接头，所述弯管接头一端通过所述法兰与所述高压管道(1)密封连接，另一端通过法兰与所述内芯杆(3)密封连接，所述O形圈设于所述法兰与高压管道(1)、法兰与内芯杆(3)之间，用于实现所述法兰与高压管道(1)、法兰与内芯杆(3)的密封连接，用于实现高压水泥浆顺利转弯并输送到所述内芯杆(3)中；
所述内芯杆(3)为无缝钢管，同轴套设于所述外套管(4)内，所述外套管(4)固定连接在所述支架(5)上；
所述钻头(14)与所述内芯杆(3)的底端连接，包含搅拌钻叶和高压喷嘴(15)，所述高压喷嘴(15)可拆卸的安装于所述钻头(14)底部的圆筒内，用于喷射所述高压水泥浆，切割土体，形成桩基。
2.根据权利要求1所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，所述高压喷嘴(15)的数量为2个或4个，且对称设于所述钻头(14)侧壁的圆筒内。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，所述圆筒内沿周向设有风口，用于吹动所述高压水泥浆向四周喷射，使所述高压水泥浆喷射更加均匀。
4.根据权利要求1所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，所述弯管接头的弯曲角度为30～45°，壁厚为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，该桩机还包括底座(12)，所述底座(12)上表面设有滑轨(11)，下表面设有滚轮(13)，所述滚轮(13)用于实现所述底座(12)沿第一方向移动。
6.根据权利要求5所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，该桩机还包括平台(10)，其上表面与所述支架(5)固定连接，下表面与所述滑轨(11)接触。
7.根据权利要求6所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，所述平台(10)上设有液压机构(8)，用于驱动所述平台(10)沿第二方向移动。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的一种复合式旋喷桩机，其特征在于，所述平台(10)上设有第一液压支撑杆(6)和第二液压支撑杆(7)，所述第一液压支撑杆(6)和第二液压支撑杆(7)的另一端分别于所述支架(5)连接，用于支撑所述支架(5)、外套管(4)、内芯杆(3)及连接装置(2)。
9.一种复合式旋喷桩施工方法，采用如权利1-8中任一项所述的复合式旋喷桩机，其特征在于，包括如下步骤：
S1：桩位放样；
S2：下放所述支腿(9)，推动底座(12)沿第一方向移动到预定位置；收起所述支腿(9)，所述平台(10)落到所述滑轨(11)上，通过液压机构(8)驱动所述平台(10)沿第二方向移动到预定位置，实现精准定位；
S3：检查所有部件连接情况，设定参数；
S4：正循环所述钻头(14)，钻进至设计深度；
S5：反循环提升钻头(14)，并通过高压喷嘴(15)喷射所述水泥浆，直至桩基成型。
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- 2017-04-17 CN CN201710250039.2A patent/CN106948341B/zh active Active
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