CN107100166A - 多轴高压喷射桩 - Google Patents

Abstract

多轴高压喷射桩包括大扭矩多轴动力头、钻杆、护筒、限位装置、进气管、进浆管、空压机、配电柜、卷扬机、高压注浆泵以及搅拌后台，其中，多轴动力头连接配电柜通过配电柜对其输出电能，每轴钻杆为中空设置，分别连通注浆泵和空压机，该注浆泵连接搅拌后台，由搅拌后台提供浆液，并且通过高压双管导流器，使注浆液体具有较好的密封性，从而提高施工效率、缩短施工工期，此种多轴喷射桩机大大提到了传统喷射桩机工作的效率。是传统喷射桩机效率的5～10倍。

Description

多轴高压喷射桩

技术领域

本发明涉及建筑基础地基处理的领域，特别涉及多轴高压喷射桩。

背景技术

随着国家经济建设的快速发展，尤其是房屋建筑及市政建设的广泛兴起，水泥搅拌桩的施工技术也在不断的发展应用，水泥搅拌桩多应用于地基加固或在基坑支护体系中作支护结构和止水帷幕。

传统的水泥搅拌桩机包括桩架、多轴动力头、搅拌轴、输浆管、低压注浆泵和浆液搅拌机，多轴动力头安装在桩架上，搅拌轴安装在多轴动力头上，搅拌轴下方固定设置有带有螺旋叶片的搅拌头，搅拌头上固定有一个喷浆嘴，每个喷浆嘴通过上述输浆管连通输注浆泵。

现有技术的水泥搅拌桩的橙装过程为：桩机就位使得搅拌轴的搅拌头位于设计桩位上，开启多轴动力头驱动搅拌轴下钻入土体，同步喷射水泥浆并不断搅拌水泥土，直至搅拌轴的搅拌头下钻到桩低设计标高；然后向上提拔搅拌轴，使得搅拌轴一边旋转上升一遍灌入水泥浆，且同步搅拌水泥土，直至搅拌轴的搅拌头提升到桩顶设计标高；当然，在某些应用场合，为了强度的需要，还会利用履带吊机和振动锤向某些桩位插入型钢，形成型钢水泥土搅拌墙。

介于此，现有技术中存在几个缺陷，首先，水泥浆在土体中的流动性差，难以均匀扩散，从而导致水泥桩的成桩质量差；其次，搅拌的桩径受到钻具直径的制约，即钻具直径多大，成桩的直径就只有多大。随着土层的深度增大，土体硬度变大，浆液更难以均匀扩散，故在深度较大的土体内，更难以成桩。

因此授权公告号为CN 105937237A的一片中国发明专利公开了多轴压气旋喷式搅拌桩及利用该桩机成桩的方法，其包括桩架、多轴动力头、多根平行的搅拌轴、输浆管、输气管以及钻头等，而搅拌轴在转动的时候由于喷浆嘴会随之旋转，而输浆管与喷浆嘴连通，所以输浆管也会随之转动，但是该对比文件中并没有公开输浆管与喷嘴如何连接密封以及如何实现输浆管如何转动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轴高压喷射桩，具有密封性好，从而提高施工效率、缩短施工工期。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

多轴高压喷射桩，包括桩架、设置在桩架上的多轴动力头、连接多轴动力头的若干中空的钻杆、空压机以及注浆泵，还包括固定设置于钻杆上方的双管导流器，所述双管导流器包括连通空压机的进气管和连通注浆泵的进浆管、与所述进浆管转动连接的输浆管、设置在进浆管和输浆管连接位置的密封件、以及设置在输浆管外且与进浆管固定连接的壳体，所述壳体与所述输浆管形成一气腔，所述气腔与所述进气管连通，所述输浆管通过穿设于钻杆的第一管道连通至钻杆的底部，所述气腔通过第二管道连通至钻杆的底部，所述钻杆的底部设置有分浆器，所述分浆器包括连通第一管道的出浆通道和连通第二管道的出气通道，所述出气通道的出气口包覆在出浆通道的出浆口。

通过采用上述技术方案，双管导流器的设置起到使连接双管导流器的进浆管和进气管不转动，而输浆管、输气管以及第一管道和第二管道能够随着钻杆的转动一起转动，使浆液和高压气体的流通更为顺畅，再通过分浆器中的出气口包覆在出浆口的外侧，实现“气包浆”，从而实现切割土体，同时第一管道和第二管道均连通至钻头位置，从而保证气体不泄露，保证气压，在一定程度上节省了能源。

进一步的，所述多轴动力头包括两个电机和并排设置的三个钻杆驱动装置，每一电机下方设置有变速器和设置在变速器下方的主动齿轮，所述钻杆驱动装置用于连接钻杆且包括被动齿轮，位于两侧的被动齿轮分别于主动齿轮啮合，位于中间的被动齿轮同时与两侧的被动齿轮啮合。

通过采用上述技术方案，以三排钻杆举例，通过两个主动齿轮与位于两侧带动钻杆转动的被动齿轮啮合，在通过两侧的被动齿轮与中间的被动齿轮啮合，使每一齿轮分摊到的电机的力均为三分之二，具有分配均匀合理的特点。

进一步的，所述钻杆包括与多轴动力头连接的光杆、连接光杆的多扇形钻杆以及连接多扇形钻杆的钻头。

通过采用上述技术方案，多扇形钻杆上的等间距设置有多扇形钻杆，螺旋的杆的设置一方面具有加速钻杆的旋进速度的效果，另一方面还具有一定的搅拌效果，使浆泥混合的更为均匀，并且由于多扇形钻杆上的叶片等间距间隔设置，从而还有有效的防止泥土被带出。

进一步的，所述光杆与所述多轴动力头通过法兰固定连接，所述光杆的另一端的开口设置为多边形，所述多扇形钻杆的一端也设置为多边形并与光杆插接，所述光杆与所述多扇形钻杆均设置有适配的销孔，所述多扇形钻杆的另一端与所述钻头法兰连接。

进一步的，所述气腔的出气口包覆所述输浆管的出浆口，所述第一管道设置在所述第二管道内。

通过采用上述技术方案，第二管道的设置具有保障气体压力的效果，并且将第一管道设置在第二管道内，由于需要浆液切割土体，所以浆液的冲击力要很大，而管道再长期使用时，可能会存在泄漏的情况发生，而将第一管道设置在第二管道内，一方面管道的占用面积小，并且彼此不会干涉，另一方面第二管道起到包括作用，即使第一管道出现破裂泄漏情况发生，浆液也不会喷射到钻杆内。

进一步的，所述钻头内中空设置形成密闭的空腔，所述空腔包括与第二管道连通的连通孔，所述分浆器固定设置与空腔内，所述分浆器的出浆口穿设于空腔。

通过采用上述技术方案，在钻头内形成密闭的空腔，第二管道连通空腔，使浆液和高压空气均送至空腔中的分浆器中，在通过分浆器将浆液和空气推送出去。

进一步的，所述分浆器与所述空腔密封连接其包括进浆口、连通进浆口的出浆通道、与出浆通道连接的喷浆嘴、若干进气口、连通进气口的出气通道以及喷气嘴，所述喷气嘴与所述喷浆嘴通心，所述喷气嘴设置在喷浆嘴外侧。

通过采用上述技术方案，这么设置从而形成气包浆结构。

进一步的，所述钻头的端部设置有若干爪牙。

通过采用上述技术方案，爪牙的设置增加钻头的切割力从而增加旋进速度与效率。

进一步的，所述钻头周圈设置有螺旋叶片。

通过采用上述技术方案，进一步增加旋进速度，并且具有一定的搅拌作用。

进一步的，所述螺旋叶片的外侧设置有若干凸起。

通过采用上述技术方案，凸起的设置减少螺旋叶片与土体的接触面积，从而增大压强，使切割效果更佳。

综上所述，本发明具有以下有益效果：双管导流器的设置起到使连接双管导流器的进浆管和进气管不转动，而输浆管、输气管以及第一管道和第二管道能够随着钻杆的转动一起转动，使浆液和高压气体的流通更为顺畅，再通过分浆器中的出气口包覆在出浆口的外侧，实现“气包浆”，从而实现切割土体，同时第一管道和第二管道均连通至钻头位置，从而保证气体不泄露，保证气压，在一定程度上节省了能源。

附图说明

图1是高压喷射桩轴侧图；

图2是高压喷射桩正视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是高压喷射桩侧视图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是图5的E部放大图；

图7是分浆器轴侧图；

图8是分浆器的侧视图；

图9是图8的C-C剖视图；

图10是双管导流器轴测图；

图11是双管导流器侧视图；

图12是图11的D-D剖视图；

图13是图1的F部放大图；

图14是高压喷射桩系统原理图。

图中，1、多轴动力头；11、电机；12、变速器；13、双管导流器；131、进浆管；132、进气管；133、壳体；134、进气孔；135、输浆管；136、密封件；137、轴承组；138、气腔；14、主动齿轮；15、被动齿轮；16、第一管道；17、第二管道；2、钻杆；21、光杆；22、多扇形钻杆；221、叶片；222、销孔；23、钻头；231、分浆器；2311、进浆口；2312、进气口；2313、出浆口；2314、出气口；2315、出浆通道；23151、喷浆嘴；2316、出气通道；23161、喷气嘴；232、爪牙；233、螺旋叶片；2331、凸起；234、空腔；3、护筒；4、限位装置；6、法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

多轴高压喷射桩，参照图1和图14所示，包括多轴动力头1、钻杆2、护筒3、限位装置4、进气管132、进浆管131、空压机、配电柜、卷扬机、注浆泵以及搅拌后台，其中，多轴动力头1连接配电柜通过配电柜对其输出电能，每一钻杆2中空设置并分别连通注浆泵和空压机，该注浆泵为高压注浆泵，该注浆泵连接搅拌后台，由搅拌后台提供浆液，该多轴动力头1及下方的钻杆2等固定设置在一桩架上，桩架的具体结构图中未画出，本申请文件的改进之处不在于桩架，通过桩架提供提拉力和支撑力以支撑或控制多轴动力头1等工作。

参照图2和图3所示，在本实施例中以三轴为例；该动力头1包括两个电机11和三个钻杆2驱动装置，其中，电机11的输出轴连接有变速器12，该变速器12选用行星齿轮变速器12，变速器12的下方设置有主动齿轮14，三个钻杆2驱动装置并排设置，且每一钻杆2驱动装置包括被动齿轮15，参照图3，位于两侧的被动齿轮15与主动齿轮14相啮合，位于中间的被动齿轮15同时与两侧的被动齿轮15啮合，这样，可以实现相邻的两个钻杆2的转动方向相反，并且，每一齿轮所收到的转动力均为三分之二。

参照图4和图5所示，该多轴动力头1还设置有双管导流器13，该双管导流器13分别连接进浆管131和进气管132，其作用是包括连接双管导流器13下方的第一管道16和第二管道17能够随着钻杆2的转动而转动，而位于双管导流器13上的进浆管131和进气管132不转动，从而使进浆管131和进气管132不会出现绕管情况发生。该双管导流器13的具体结构参照图10、图11和图12所示，其还包括有外置的壳体133、输浆管135、密封件136、轴承组137以及气腔138，其中，输浆管135与进浆管131转动连接，并且在其连接位置处设置有密封件136，该输浆管135的开口设置有凹槽，上述的进浆管131嵌入该凹槽中，并且进浆管131嵌入的部分周圈设置有多个密封圈从而实现第一层密封，而进浆管131和输浆管135连接位置的外侧设置有环形的橡胶材质制的密封件136，实现第二次密封，气腔138设置在输浆管135的外侧，并且连通进气管132，该气腔138的外壁与输浆管135通过若干螺栓固定连接，并且于壳体133通过轴承组137转动连接，并且气腔138包覆在输浆管135的外面。

再参照图5和图6所示，气腔138与钻头23通过第二管道17连通，输浆管135与钻通通过第一管道16连通，并且第一管道16设置在第二管道17内，由于浆液的压力较大，当第一管道16再长期使用的过程中发生破裂，第二管道17对于第一管道16的浆液还具有一定的保护作用。

参照图5所示，钻杆2中空设置并从上至下依次包括光杆21、多扇形钻杆22以及钻头23，其中光杆21与钻杆2驱动装置通过法兰6盘固定连接，光杆21与多扇形钻杆22通过插接形式固定，其包括光杆21上设置有多边形的凹槽，多扇形钻杆22设置与其适配的多边形凸起2331，既可完成光杆21与多扇形钻杆22的插接，并且在其插接位置设置有销孔222，通过定位销将多扇形钻杆22和光杆21固定限位，每一多扇形钻杆22上都等间距设置有若干叶片221，并且相邻的两个多扇形钻杆22上的叶片221相互咬合，为了防止钻杆2在工作的过程中钻杆2受到外力弯斜，因此在光杆21上设置有护筒3，护筒3设置在预设高度处，其高度约为钻杆2下挖的深度，这样，当多扇形钻杆22在下挖的过程中护筒3会处于地表面从而起到防护作用，该护筒3的内部机构为抱箍机构，通过与护筒3内壁固定连接的抱箍将钻杆2侧向限位，而在实际施工的过程中，钻杆2会与抱箍刚性摩擦，从较少钻杆2的使用寿命，因为可以在抱箍与钻杆2之间设置有瓦片，该瓦片上设置一些凹槽，钻上设置一些凸起2331（未示出），通过凹槽与凸起2331实现钻杆2与瓦片的周向限位，瓦片起到包括钻杆2的效果。并且在多扇形钻杆22上也设置有限位装置4，其结构相当于护筒3去掉外罩，这样起到当钻杆2在旋进的过程中，防止其受到外力发生倾斜，从而提高施工精度。

参照图图5和图13所示，钻头23与多扇形钻杆22通过法兰6固定连接，钻头23包括密闭的空腔234，该钻头23的上方设置有连通孔，该连通孔与第二管道17连通，空腔234内固定设置有分浆器231，第一管道16与分浆器231连通，钻头23的外侧设置有螺旋叶片233，为了实现更好的挖掘土体，在螺旋叶片233的外壁设置有若干凸起2331，同时在螺旋叶片233的底部设置有爪牙232。

参照图7-图9所示，该分浆器231包括进浆口2311、进气孔134、出浆通道2315、喷浆嘴23151、出气通道2316、出气嘴，该进浆口2311与第一管道16连通，出浆通道2315与进浆口2311连通且该出浆通道2315的贯穿空腔234的两侧形成出浆口2313，每一出浆口2313固定设置一喷浆嘴23151，通过两个喷浆嘴23151喷浆进行切割土体，出气通道2316连通进气口2312，并且出气通道2316也贯穿空腔234的两侧形成两个出气口2314，每一出气口2314固定设置一喷气嘴23161，该喷气嘴23161与喷浆嘴23151通心设置，并且喷气嘴23161与喷浆嘴23151之间有一定的间隙，该间隙为进气导通，该喷气嘴23161朝向喷浆嘴23151的端面设置为倒锥形，这么设置能够形成气包浆结构，从而增加浆液的切割力，该喷浆嘴23151为合金喷头。

综上，对于本实施例而言，该配电柜对多轴动力头1加载的电功率为150-180KW，从而驱动动力头的转速为20-22R；卷扬机对其施加的提拉力在80-100KN；空压机的工作功率为55-75KW；搅拌后台的工作功率为50KW；注浆泵的总功率为330KW；这样注浆泵的理论压力能达到40Mpa，正常使用的压力约为35-38Mpa，这样具体的工作参数为：当喷射直径600－1000mm时，浆压力为24-28Mpa，气压0．5－0．8MPa，上提每分钟600－800mm；当喷射直径1000－1500mm时，桨压28－32MPa，气压0．5－0．8MPa，上提每分钟400－600mm；当喷射直径为1500-2000mm时，浆压为32-36Mpa，气压0.5-0.8Mpa上提每分钟250-400mm；当喷射直径为2000－2500mm时，桨压力36－40MPa，气压0．5－0．8MPa，上提每分钟100－250mm。其工作效率得到较大的改善，缩短了工期，减少成本，并且适用的地质层种类多。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.多轴高压喷射桩，包括桩架、设置在桩架上的多轴动力头(1)、连接多轴动力头(1)的若干中空的钻杆(2)、空压机以及注浆泵，其特征在于：还包括固定设置于钻杆(2)上方的双管导流器(13)，所述双管导流器(13)包括连通空压机的进气管(132)和连通注浆泵的进浆管(131)、与所述进浆管(131)转动连接的输浆管(135)、设置在进浆管(131)和输浆管(135)连接位置的密封件(136)、以及设置在输浆管(135)外且与进浆管(131)固定连接的壳体(133)，所述壳体(133)与所述输浆管(135)形成一气腔(138)，所述气腔(138)与所述进气管(132)连通，所述输浆管(135)通过穿设于钻杆(2)的第一管道(16)连通至钻杆(2)的底部，所述气腔(138)通过第二管道(17)连通至钻杆(2)的底部，所述钻杆(2)的底部设置有分浆器(231)，所述分浆器(231)包括连通第一管道(16)的出浆通道(2315)和连通第二管道(17)的出气通道(2316)，所述出气通道(2316)的出气口(2314)包覆在出浆通道(2315)的出浆口(2313)。

2.根据权利要求1所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述多轴动力头(1)包括两个电机(11)和并排设置的三个钻杆(2)驱动装置，每一电机(11)下方设置有变速器(12)和设置在变速器(12)下方的主动齿轮(14)，所述钻杆(2)驱动装置用于连接钻杆(2)且包括被动齿轮(15)，位于两侧的被动齿轮(15)分别于主动齿轮(14)啮合，位于中间的被动齿轮(15)同时与两侧的被动齿轮(15)啮合。

3.根据权利要求1所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述钻杆(2)包括与多轴动力头(1)连接的光杆(21)、连接光杆(21)的多扇形钻杆(22)以及连接多扇形钻杆(22)的钻头(23)。

4.根据权利要求3所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述光杆(21)与所述多轴动力头(1)通过法兰(6)固定连接，所述光杆(21)的另一端的开口设置为多边形，所述多扇形钻杆(22)的一端也设置为多边形并与光杆(21)插接，所述光杆(21)与所述多扇形钻杆(22)均设置有适配的销孔(222)，所述多扇形钻杆(22)的另一端与所述钻头(23)法兰(6)连接。

5.根据权利要求4所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述气腔(138)的出气口(2314)包覆所述输浆管(135)的出浆口(2313)，所述第一管道(16)设置在所述第二管道(17)内。

6.根据权利要求5所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述钻头(23)内中空设置形成密闭的空腔(234)，所述空腔(234)包括与第二管道(17)连通的连通孔，所述分浆器(231)固定设置与空腔(234)内，所述分浆器(231)的出浆口(2313)穿设于空腔(234)。

7.根据权利要求6所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述分浆器(231)与所述空腔(234)密封连接其包括进浆口(2311)、连通进浆口(2311)的出浆通道(2315)、与出浆通道(2315)连接的喷浆嘴(23151)、若干进气口(2312)、连通进气口(2312)的出气通道(2316)以及喷气嘴(23161)，所述喷气嘴(23161)与所述喷浆嘴(23151)通心，所述喷气嘴(23161)设置在喷浆嘴(23151)外侧。

8.根据权利要求3所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述钻头(23)的端部设置有若干爪牙(232)。

9.根据权利要求3所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述钻头(23)周圈设置有螺旋叶片(233)。

10.根据权利要求9所述的多轴高压喷射桩，其特征在于：所述螺旋叶片(233)的外侧设置有若干凸起 (2331)。