CN109763482A - 一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，是由钻杆、钻头、搅拌叶片、喷浆口、气流喷口，和抽排口等组成。钻杆为双层结构，内与外层钻杆独立旋转；相邻两层搅拌叶片的旋转方向和速度不同；喷浆口位于钻头部位；喷浆口被气流喷口包围。与现有技术相比，采用上下搅拌叶片互为反向旋转的方式结合高压射流切割，将原位的土体充分破碎，使加固剂与土颗粒得到充分混合，用于加固处理软土地基，或形成劲性复合桩的柔性桩体，使其具有均匀的强度、较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，绿色环保。

Description

一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体的来说涉及一种地层的原位加固设备及其施工方法。

背景技术

在土木工程领域中，对于淤泥及粉质粘土类软弱土层，由于土体的承载力较低，需要做原位加固，才能满足工程设计的要求。常用的方法就是在软土中掺入固化剂，充分混合，使固化剂与软土颗粒充分接触，生成多晶状物质，软土被硬化，从而提高其承载力。

由于软弱土层加固时，地层的承载力较低，采用多轴搅拌桩基等设备进行原位搅拌，需要先做地基处理，或铺设较高承载力的路基，这样不仅需要花费大量时间，增加施工工期，而且处理成本较高。

为了减少施工地基的处理成本，需要降低原位加固地基的设备重量，降低施工设备对地基承载力的要求。当前常用单轴搅拌桩机或高压旋喷桩机来实现。对于单轴搅拌桩机，由于其多层搅拌叶片钻杆同向旋转，搅拌叶片之间没有相对运动，难以将地基土层给搅碎并将固化剂与之混合均匀，尤其是粘粒含量较高的土层。高压旋喷桩利用高压射流将土体切割，能使固化剂与土颗粒混合均匀，但效率较低，施工时间长，造价高。

原位加固土体中植入刚性桩，形成劲性复合桩，对提高桩基的承载力意义重大，但原位加固土体的施工设备及方法对该技术的应用推广有重大的影响，形成较高强度的原位加固土，是保证劲性复合桩质量的关键。

针对软弱土体的原位加固要求，采用轻型施工设备，满足低净空的施工条件，并具有较高的施工效率，同时能将固化剂与土颗粒混合均匀，是工程界迫切需要解决的技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种原位加固软土的施工设备和方法。具体的喷搅混合钻具的结构和特征如下：

所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具，是由钻杆、钻头、搅拌叶片、喷浆口、喷气口，和吸排浆口等组成；

所述的钻杆为双层结构，内层与外层钻杆独立反向旋转；

所述的搅拌叶片从钻头底部向上沿高度分布二层及二层以上；搅拌叶片与钻杆呈垂直方向布置；叶片呈径向分布有多个切齿；上层和下层搅拌叶片分别与内外层钻杆连接；搅拌叶片的中部有一个齿套，用于安装或拆除易损的搅拌齿；搅拌叶片的旋转速度达到30rid/min以上；在钻杆同一水平上布置2个以上搅拌叶片；

所述的搅拌叶片，相邻两层搅拌叶片的旋转方向和速度是不同的；

所述的喷浆口位于钻头部位，喷浆口被气流喷口包围；喷浆口产生的射流能切割较硬和较致密的地层，减少钻进和搅拌的阻力。通过调节喷浆的施工参数，能产生一个扩大直径的加固体。

所述的抽吸口位于搅拌叶片的上部，将搅拌过程产生的废泥浆排出并收集起来；

所述的喷气口中能喷出固化剂粉剂，使固化剂与分散的土颗粒混合。

所述的一种原位加固软土的施工方法，具体过程如下：

(1)钻头旋转、喷射水气切割钻进；搅拌叶片将原位土体重塑；

(2)提钻，喷浆口和喷气口同时喷出的浆液和气体，将土体破碎，

(3)使固化剂与土体搅拌混合。

(4)打开抽吸口，将搅拌区域的废浆吸出；

(5)上下层搅拌叶片互为反向旋转，使原位土体与固化剂充分搅拌混合。

有益效果：与现有技术相比，采用上下搅拌叶片互为反向旋转的的方式结合高压射流切割，将原位的土体充分破碎，使加固剂与土颗粒得到充分的搅拌，用于加固处理软土地基，使其具有均匀的强度、均匀的密度、较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，全自动的后台供浆系统使得施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述一种原位加固软土的搅喷混合钻具示意图。

图2为本发明所述的一种具有抽吸排泥口的原位加固软土搅喷混合钻具示意图。

其中：11—内层钻杆轴；12—输浆管；13—输气管；14—钻头；15—外层钻杆轴；16—排浆管；17—吸入口；21—搅拌齿；22—上层搅拌叶；23—搅拌齿座；24—搅拌齿套；31—切齿；32—下层搅拌叶片；41—喷浆喷气口。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具，如图1所示。该搅喷混合钻具的钻杆为双层结构，内层钻杆11与外层钻杆15独立旋转；内层钻杆11中分布有输气管13和输浆管12。

所述的搅拌叶片从钻头4底部向上沿高度分布2层以上；上层搅拌叶片22沿外层钻杆15布置；叶片呈径向分布有多个切齿21；上层搅拌叶片22与外层钻杆15固定，下层搅拌叶片32与内层钻杆11固定；内层钻杆11与钻头14连接在一起；搅拌叶片22由齿座23和一个齿套24组成，用于安装或拆除易损的搅拌齿21；上层搅拌叶片22的旋转速度达到30rid/min以上；

所述的喷浆喷气口41位于钻头部位，喷浆口被气流喷口包围；调节喷浆施工的压力、转速及提升的速度，能形成大于搅拌叶片直径的加固体。

所述的动力头分别驱动内层钻杆11和外层钻杆15；驱动钻头14的转速可以与驱动上层搅拌叶片22的转速不同；

所述的抽吸口17位于上层搅拌叶片22的上部，将搅拌过程产生的废泥浆通过排浆管16排出并收集起来，如图2所示。

所述的一种原位加固软土的施工方法，具体过程如下：

(1)钻头14旋转、喷射流体切割钻进

(2)下层搅拌叶片32分布的切齿31以较高的速度旋转，将原位土体破碎、搅动和重塑；

(3)提拔钻杆，喷浆喷气口14同时喷出的固化浆液和气体，将土体进一步破碎并与之混合；

(4)上层搅拌叶片22和下层搅拌叶片32互为反向旋转，使破碎的土颗粒与固化剂充分搅拌混合。

(5)打开抽吸口17，将搅拌区域产生的废浆通过排浆管16集中排出。

(6)调节喷浆的施工参数,如喷浆压力、钻杆的转速及钻杆提升或下沉的速度，能形成一个大于搅拌叶片直径的加固体。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是，该钻具由钻杆、钻头、搅拌叶片、喷浆口、气流喷口和抽排口等组成；所述钻杆为双层结构，内与外层钻杆独立旋转；所述搅拌叶片分别固定在内、外层钻杆上，使上下搅拌叶片的旋转方向和速度不同；所述喷浆口位于钻头部位；所述喷浆口被气流喷口包围；所述施工方法是通过调节喷浆施工的压力、转速及钻杆提升与下沉速度，形成大于搅拌叶片直径的加固体。

2.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是下层搅拌叶片呈径向分布有多个切齿；上层搅拌叶片的中部有一个齿套，用于安装或拆除易损的搅拌齿；上层搅拌叶片的旋转速度达到30rid/min以上。

3.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是，钻杆上不设抽吸口，施工过程中产生的废泥浆由钻杆与地层之间的间隙中排出。

4.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是抽吸口位于搅拌叶片的上部，将搅拌过程产生的废泥浆排出并收集起来。

5.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是喷气口喷出固化剂粉剂，使固化剂与土颗粒混合。

6.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是，喷浆口喷出固化剂浆液；由喷气口喷出的气体在液体射流的四周形成气幕；这些射流使岩土体被切割破碎，周时使固化剂浆液与分散的土颗粒充分混合。

7.根据权利要求1所述的一种原位加固软土的搅喷混合钻具与施工方法，其特征是，施工具体过程如下：

(1)钻头旋转、喷射流体切割钻进；

(2)下层搅拌叶片分布的切齿以较高的速度旋转，将原位土体破碎、搅动和重塑；

(3)提拔钻杆，喷浆喷气口同时喷出的固化浆液和气体，将土体进一步破碎并与之混合；

(4)上层搅拌叶片和下层搅拌叶片互为反向旋转，使破碎的土颗粒与固化剂充分搅拌混合。

(5)打开抽吸口，将搅拌区域产生的废浆通过排浆管集中排出。

(6)根据设计需要，调节喷浆的压力、钻头的转速及钻杆提升与下沉的速度，形成一个大于搅拌叶片直径的加固体。