CN109208590A - 高压旋喷桩机及利用该桩机施工高压旋喷桩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压旋喷桩机及其施工方法，桩机包括动力头、钻杆、第一注浆管和第二注浆管，钻杆可转动安装在动力头的安装腔室内，钻杆的钻头上设第一喷浆口，第一注浆管包括位于动力头内的第一固定段和位于钻杆内的第一转动段，第一转动段与第一喷浆口连通；安装腔室与钻杆之间设有上环形腔和下环形腔，第一固定段和第一转动段经上环形腔连通；第二注浆管包括位于动力头内的第二固定段和位于钻杆内的第二转动段，第二固定段和第二转动段经下环形腔连通，第二转动段与第二喷浆口连通；该方法的关键在于当钻头位于硬土层时，由两个注浆管同时喷射双倍分量的浆液。该桩机及施工方法能确保在软土层或硬土层中旋喷时浆液扩散均匀。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域中的地基处理技术，具体讲是一种高压旋喷桩机及利用该桩机施工高压旋喷桩的方法。
背景技术
现有技术常利用高压旋喷桩来进行地基加固或基坑止水等。高压旋喷桩施工过程为，先由高压旋喷桩机钻进至孔底，然后一边上拔钻杆一边旋喷水泥浆，高压旋喷出的水泥浆与土体搅拌混合形成水泥土加固体，重复上述过程直至钻杆拔出钻孔。
现有技术的高压旋喷桩机包括底盘、主桅杆、动力头、卷扬机、钻杆、注浆泵、注浆管、空压机和进气管；主桅杆固定在底盘上，动力头安装在主桅杆上，钻杆安装在动力头上并在动力头驱使下转动，而卷扬机通过收放牵引绳控制动力头升降进而控制钻杆下钻或上拔，注浆管位于钻杆内且底端与钻杆钻头处的喷嘴连通；空压机经进气管与中空的钻杆管腔连通，钻杆的管腔下部也就是钻头处设有喷气口。
现有技术的高压旋喷桩机及施工方法存在以下缺陷：首先，实际施工的地质条件复杂，土层有软有硬，这样，在软土中旋喷时，土体阻力小，浆液扩散快，桩径大，而在硬土旋喷时，土体阻力大、浆液扩散慢，桩径小，所以，导致浆液在不同硬度的土体中扩散不均匀，最后成桩的桩径大小不一致，成桩质量不够理想；虽然注浆泵能一定程度上增大喷浆压力，但实际操作中发现，面对较硬土体时，增压效果有限，无法从根本解决浆液在硬土中扩散慢、桩径小的问题；其次，即便具备一定的调节喷浆压力的能力，但实际施工中，需要根据岩土勘察报告中土层硬度和厚度，作为调节依据，提高或降低喷浆压力，但岩土勘察报告只是针对勘察位置精确有效，但实际钻进的位置与勘察位置客观存在空间上的偏差，所以钻进位置的土层往往存在一些变化，勘察点的数据不能真实反映钻进土体的软硬及软土层或硬土层的厚度，故依据勘察报告进行压力调节的方式繁琐费力，不精确且存在一定滞后性。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能有效调节喷浆量和喷浆压力，确保在软土层或硬土层中旋喷时浆液扩散均匀的高压旋喷桩机。
本发明的一个技术解决方案是，提供一种高压旋喷桩机，它包括动力头、钻杆和第一注浆管，动力头内设有安装腔室，钻杆可转动安装在动力头的安装腔室内，钻杆下部设钻头，钻头上设第一喷浆口，第一注浆管包括位于动力头内的第一固定段和位于钻杆内的第一转动段，第一转动段与第一喷浆口连通；安装腔室的内壁与钻杆顶部之间设有上环形腔和下环形腔，第一固定段和第一转动段经上环形腔连通；该桩机还包括第二注浆管和位于钻头处的第二喷浆口，第二注浆管包括位于动力头内的第二固定段和位于钻杆内的第二转动段，第二固定段和第二转动段经下环形腔连通，第二转动段与第二喷浆口连通。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能有效调节喷浆量和喷浆压力，确保在软土层或硬土层中旋喷时浆液扩散均匀的利用高压旋喷桩机施工高压旋喷桩的方法。
本发明的另一个技术解决方案是，提供一种利用高压旋喷桩机施工高压旋喷桩的方法，其步骤包括：
钻杆钻进至孔底设计标高后，上拔钻杆且同步旋喷水泥浆，直至将钻杆拔出钻孔；
在旋喷过程中，当钻头位于软土层时，由第一注浆管从第一喷浆口喷射一股浆液，当钻头位于硬土层时，由第一注浆管和第二注浆管同时从两个喷浆口喷射双倍分量的浆液。
本发明高压旋喷桩机及利用该高压旋喷桩机施工施工高压旋喷桩的方法与现有技术相比，具有以下优点和效果。
首先，上述技术方案能根据钻头所处的土层的软硬度及阻力的大小，针对性的选择单股喷浆或双股喷浆，确保在不同土体阻力下，浆液扩散速度均匀，进而确保最后成桩的桩径一致，成桩质量高；而且，本申请是重新增加了一根独立的注浆管，专门用于喷浆，换句话说，每一股浆液都由独立的一根注浆管输送，这样，两根注浆管的管径规整统一，灌浆压力均衡稳定，每根单独的注浆管增压的效果也更快更好，不容易阻塞。
作为优选，该桩机还包括用于连通空压机和钻杆管腔的进气管，钻头内设有与钻杆管腔连通的锥形收口，锥形收口下端设第一喷气管，第一转动段下端经第一弯管段与第一喷浆口连通，第一弯管段插入第一喷气管中央。这样，第一股浆液向外喷射时，浆液居中而外环为高压气流，故气流更容易裹挟浆液喷射，其增压效果更好，浆液扩散速度更快。
作为再优选，锥形收口还设有第二喷气管，第二转动段下端经第二弯管段与第二喷浆口连通，第二弯管段插入第二喷气管中央；这样，第二股浆液也会被周围的一环气流裹挟下喷射，其增压效果同样更快更好，浆液扩散速度同样加快。
作为进一步优选，第二弯管段经多根沿周向均匀分布的连接筋与第二喷气管的管内壁固定，第二喷气管的管内壁还设有限位凸环，限位凸环位于连接筋内侧，第二弯管段活动套合有环形阀芯和压簧，环形阀芯的内端与限位凸环抵靠，环形阀芯外端与压簧内端抵靠，压簧外端与连接筋抵靠；这样，当钻头附近土层较硬、阻力较大时，钻头内部的锥形收口内气压上升，克服压簧外推环形阀芯，使得第二喷气管自动向外喷气，以增大浆液的扩散速度。
作为再进一步优选，限位凸环外端设有压力传感器，第二注浆管连接有第二注浆泵，压力传感器和第二注浆泵均与高压旋喷桩机的主控制器连接；这样，当土层较硬、浆液扩散较慢导致钻头内压力增大，环形阀芯自动顶开时，压力传感器会反馈主控制器，控制第二注浆泵启动，实现第二股浆液的自动喷射。
作为又进一步优选，当钻头从软土层进入硬土层时，由于土体阻力大、浆液扩散慢，导致钻头附近压力上升，钻头内的锥形收口的气压也不断增大，气压会克服压簧阻力将环形阀芯从限位凸环推开，使得第二喷气管自动向外喷气，且环形阀芯从限位凸环推开后，限位凸环外端的压力变化被压力传感器感知，并汇报给主控制器，主控制器启动第二注浆泵，驱动第二股浆液从第二喷浆口自动喷出。
上述方案的优点为：首先，实现了喷射状态的自动切换，根据需要，驱使单股或双股浆液自动调节，达到一个动态平衡，以实现不同土层浆液扩散均衡、最后成桩桩径统一、成桩质量好的效果；而且，更关键的是，关于是否启动双股喷射的判定方式更加优越，相比现有技术依据勘测报告的结果来进行的判断，本申请利用压力的实时反馈的判断方法，显然更加精确，针对性更强，也更符合实际，如根据勘察报告显示，钻头此刻应该位于软土层内，但实际上钻头附近夹杂有较硬的土层或土块，如果按照现有技术的根据勘察报告获得的土层分布显然不精确，但根据钻头内部实时的压力变化而进行的调节就明显更精准也更灵活，消除了实际桩位土层情况与勘察报告不符合所带来的负面影响；同时上述控制过程是依靠程序完全自动控制的，相比现有技术在施工前需要对土层钻探取样并作出勘察报告，显然本申请的施工方案更加方便省力。
附图说明
图1是本发明高压旋喷桩机的动力头与钻杆连接处的剖视结构示意图。
图2是本发明高压旋喷桩机的钻杆与钻头连接处的正视结构示意图。
图3是沿图2中B-B向的剖视放大结构示意图。
图4是沿图3中A方向看的结构示意图。
图5是本发明高压旋喷桩机的第二喷浆口处的放大剖视结构示意图。
图中所示1、动力头，2、钻杆，3、安装腔室，4、第一喷浆口，5、第一固定段，6、第一转动段，7、上环形腔，8、下环形腔，9、第二喷浆口，10、第二固定段，11、第二转动段，12、进气管，13、锥形收口，14、第一喷气管，15、第一弯管段，16、第二喷气管，17、第二弯管段，18、连接筋，19、限位凸环，20、环形阀芯，21、压簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明高压旋喷桩机，它包括动力头1、钻杆2、位于钻杆2下端的钻头、与第一注浆泵连通的第一注浆管、与第二注浆泵连通的第二注浆管
动力头1内设有圆筒状的安装腔室3，由于动力头1是常规现有技术，故本申请的附图中仅示出了动力头1的一部分，即动力头1中安装腔室3的侧壁部分。钻杆2上部经轴承可转动安装在动力头1的安装腔室3内。安装腔室3的内壁与钻杆2顶部之间设有上环形腔7和下环形腔8。具体的说，每个环形腔室分为两个部分，位于安装腔室3内壁的外环槽和位于钻杆2外壁的内环槽，外环槽和内环槽密封贴合成完整的环形腔，当然，钻杆2上部外还套有用于与安装腔室3内壁贴合的多道密封圈，每条环形腔的上方和下方都设有上述密封圈以实现环形腔的密封。
第一注浆管包括位于动力头1内的第一固定段5、位于钻杆2内的第一转动段6和位于钻头内的第一弯管段15，固定段是固定不转动的，而转动段和弯管段均随着钻杆2和钻头旋转，第一固定段5出口和第一转动段6入口经上环形腔7连通；第一转动段6出口和第一弯管段15入口连通，第一弯管段15出口处为第一喷浆口4。
第二注浆管包括位于动力头1内的第二固定段10、位于钻杆2内的第二转动段11和位于钻头内的第二弯管段17，第二固定段10的出口和第二转动段11的入口经下环形腔8连通；第二转动段11的出口和第二弯管段17入口连通，第二弯管段17出口为第二喷浆口9。
该桩机还包括用于连通空压机和钻杆2管腔的进气管12，钻头内设有与钻杆2管腔连通的锥形收口13，锥形收口13下端设第一喷气管14，第一注浆管的第一弯管段15插入第一喷气管14中央。锥形收口13还设有第二喷气管16，第二注浆管的第二弯管段17插入第二喷气管16中央。
第二弯管段17经多根沿周向均匀分布的连接筋18与第二喷气管16的管内壁固定，第二喷气管16的管内壁还设有限位凸环19，限位凸环19位于连接筋18内侧，第二弯管段17活动套合有环形阀芯20和压簧21，环形阀芯20的内端与限位凸环19抵靠，环形阀芯20外端与压簧21内端抵靠，压簧21外端与连接筋18抵靠。
限位凸环19外端设有压力传感器，压力传感器和第二注浆泵均与高压旋喷桩机的主控制器连接。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，利用本发明高压旋喷桩机施工高压旋喷桩的方法，其步骤如下。
钻杆2钻进至孔底设计标高后，上拔钻杆2且同步旋喷水泥浆，直至将钻杆2拔出钻孔。
在浆液旋喷的过程中，当钻头位于软土层或浆液扩散阻力较小时，仅由第一注浆管从第一喷浆口4喷射一股浆液，当钻头位于硬土层或浆液扩散阻力较大时，由第一注浆管和第二注浆管同时从两个喷浆口喷射双倍分量的浆液。
更具体的说，当钻头从软土层进入硬土层时，或是土体阻力大、浆液扩散慢时，钻头附近压力上升，钻头内的锥形收口13的气压也不断增大，气压会克服压簧21阻力将环形阀芯20从限位凸环19推开，使得第二喷气管16自动向外喷气，且环形阀芯20从限位凸环19推开后，限位凸环19外端的压力变化被压力传感器感知，并汇报给主控制器，主控制器启动第二注浆泵，驱动第二股浆液从第二喷浆口9自动喷出。
而当钻头位于软土层或是周围土体阻力小、浆液扩散快时，钻头附近的压力下降，带动钻头内锥形收口13的压力也下降，气压无法克服压簧13，故环形阀芯20被压簧13重新抵紧，关闭第二喷气管16，不再喷气，同时，限位凸环19重新被环形阀芯20抵靠，压力传感器会感知并汇报主控制器，从而关闭第二注浆泵，结束第二注浆管喷浆。
Claims (7)
1.一种高压旋喷桩机，它包括动力头(1)、钻杆(2)和第一注浆管，动力头(1)内设有安装腔室(3)，钻杆(2)可转动安装在动力头(1)的安装腔室(3)内，钻杆(2)下部设钻头，钻头上设第一喷浆口(4)，第一注浆管包括位于动力头(1)内的第一固定段(5)和位于钻杆(2)内的第一转动段(6)，第一转动段(6)与第一喷浆口(4)连通；其特征在于：安装腔室(3)的内壁与钻杆(2)顶部之间设有上环形腔(7)和下环形腔(8)，第一固定段(5)和第一转动段(6)经上环形腔(7)连通；该桩机还包括第二注浆管和位于钻头处的第二喷浆口(9)，第二注浆管包括位于动力头(1)内的第二固定段(10)和位于钻杆(2)内的第二转动段(11)，第二固定段(10)和第二转动段(11)经下环形腔(8)连通，第二转动段(11)与第二喷浆口(9)连通。
2.根据权利要求1所述的高压旋喷桩机，其特征在于：它包括用于连通空压机和钻杆(2)管腔的进气管(12)，钻头内设有与钻杆(2)管腔连通的锥形收口(13)，锥形收口(13)下端设第一喷气管(14)，第一转动段(6)下端经第一弯管段(15)与第一喷浆口(4)连通，第一弯管段(15)插入第一喷气管(14)中央。
3.根据权利要求2所述的高压旋喷桩机，其特征在于：锥形收口(13)还设有第二喷气管(16)，第二转动段(11)下端经第二弯管段(17)与第二喷浆口(9)连通，第二弯管段(17)插入第二喷气管(16)中央。
4.根据权利要求3所述的高压旋喷桩机，其特征在于：第二弯管段(17)经多根沿周向均匀分布的连接筋(18)与第二喷气管(16)的管内壁固定，第二喷气管(16)的管内壁还设有限位凸环(19)，限位凸环(19)位于连接筋(18)内侧，第二弯管段(17)活动套合有环形阀芯(20)和压簧(21)，环形阀芯(20)的内端与限位凸环(19)抵靠，环形阀芯(20)外端与压簧(21)内端抵靠，压簧(21)外端与连接筋(18)抵靠。
5.根据权利要求4所述的高压旋喷桩机，其特征在于：限位凸环(19)外端设有压力传感器，第二注浆管连接有第二注浆泵，压力传感器和第二注浆泵均与高压旋喷桩机的主控制器连接。
6.利用权利要求1～4中任何一项所述的高压旋喷桩机施工高压旋喷桩的方法，其特征在于，其步骤包括：
钻杆(2)钻进至孔底设计标高后，上拔钻杆(2)且同步旋喷水泥浆，直至将钻杆(2)拔出钻孔；
在旋喷过程中，当钻头位于软土层时，由第一注浆管从第一喷浆口(4)喷射一股浆液，当钻头位于硬土层时，由第一注浆管和第二注浆管同时从两个喷浆口喷射双倍分量的浆液。
7.根据权利要求6所述的施工高压旋喷桩的方法，其特征在于：当钻头从软土层进入硬土层时，由于土体阻力大、浆液扩散慢，导致钻头附近压力上升，钻头内的锥形收口(13)的气压也不断增大，气压会克服压簧(21)阻力将环形阀芯(20)从限位凸环(19)推开，使得第二喷气管(16)自动向外喷气，且环形阀芯(20)从限位凸环(19)推开后，限位凸环(19)外端的压力变化被压力传感器感知，并汇报给主控制器，主控制器启动第二注浆泵，驱动第二股浆液从第二喷浆口(9)自动喷出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 315800 Xingnong building, Ningbo Free Trade Zone, Zhejiang Province Applicant after: Zhejiang Yitong Special Foundation Engineering Co.,Ltd. Address before: 315800 Xingnong building, Ningbo Free Trade Zone, Zhejiang Province Applicant before: ZHEJIANG YITONG FOUNDATION ENGINEERING Co.,Ltd. |