CN110374096A - 可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备与施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口，搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷浆管下端设置有上喷浆口，上喷浆口的喷浆方向为横向，上喷浆口位于搅拌叶片的上方，上喷浆口设置有单向阀；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷浆管相对抱箍固定不转动。本设备可以转换高低喷浆口的工作时间，使喷浆后水泥土得到充分搅拌。具有施工高效，形成的水泥土搅拌均匀、强度高、止水效果好等特点。

Description

可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备与施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，进一步涉及交通市政路基与地基工程技 术领域，具体的来说涉及软弱土体加固处理的技术领域。

背景技术

随着城镇化建设的飞速发展，对交通、市政及地下空间建设涉及的地基 基础施工技术要求越来越高，水泥土搅拌桩技术，作为一种软弱地基加固处 理与形成止水帷幕的绿色技术，达到了大力推广应用。为此对其施工质量和 施工效率提出了较高的要求。然而，现行的单轴和多轴水泥土搅拌桩施工质 量和施工工效已越来越不能满足当今地基工程发展需求，在影响工程质量和 工期的同时，出现了大量的工程事故，造成了巨大的经济损失。

现行的单轴和多轴搅拌桩机施工过程主要存在以下几个问题：

1)、在现行的搅拌桩机中，其喷浆口要么位于钻头的底部位置(即搅拌 叶片下部)，要么位于搅拌叶片的上部位置，当下钻过程喷浆时，岩土体没有 被搅拌松动，喷射的浆液扩散间隙很小，其扩散的半径很小；当提钻喷浆时， 浆液沿着钻杆的扩散阻力比向四周的扩散阻力小，出现大量返浆现象，浆液 外液损失量较大；

2)、现有的水泥土搅拌方法为了达到浆液的充分扩散要求，通过增加水 灰比来增加喷浆量，从而使水泥土的含水量增大，强度降低；

3)、现行搅拌桩机的喷浆口分布不均，使浆液在搅拌桩体中不能均匀扩 散，导到浆液与岩土体中的混合十分不均匀，搅拌桩体的强度分布也严重不 均；现行三轴搅拌桩每幅之间的套打法连接，更进一步加剧了这种强度分布 的不均匀性。

4)、现行的二轴或三轴水泥土搅拌机中，喷浆与搅拌不能同时进行，使 得喷射的浆液不能及时搅拌，而出现大量返浆现象，浪费了大量加固材料；

5)、单轴和双轴搅拌桩的搅拌桩机功率小，穿钻土层的能力低，搅拌加 固的深度较浅，不能满足深厚软土加固的要求；

6)、现行的搅拌桩机的搅拌叶仅分布在钻头以上一米高的范围且转速较 低，搅拌叶片与土体的接触机率少，不能将固化水泥浆与土体充分搅拌和切 削，往往呈大的完整土块内没有一点浆液，形成的搅拌墙均匀性和密实性较 差。对止水帷幕的质量有较大的影响，不适合用于砂性土体中形成的止水帷 幕。对于喷浆口位于搅拌叶片上部的双轴搅拌桩，会在搅拌桩的底部形成一 个天窗，不适合用作止水或地基加固。

7)、成桩效率低。无论是单轴、双轴还是三轴，成桩效率均比较低。单 轴搅拌桩机每次成桩有效宽度只有400～700mm，双轴搅拌桩每次成桩的有效 宽度仅为1.0m(以双轴搅拌桩为例)；三轴搅拌桩每次成桩有效 宽度也仅为1.2m。且由于成桩宽度有限，造成设备频繁移机，大大降低作业 效率。

8)、机械化水平低。现行的单轴或双轴搅拌桩设备多为走管式，设备移 动慢易倾覆，移机的劳动量大；桩机垂直度、钻杆下钻和提升速度慢，扭矩 小，钻头的切削能力小，完全依赖于人工控制速度，误差较大，影响成桩质 量；

9)、水灰比、外加剂掺入量、浆液流量等关键指标的控制主要依赖人工， 存在较大误差，影响成桩质量；

10)、现行的单轴和双轴搅拌桩的每幅桩桩间搭接质量难以保证，易造成 基坑渗漏。现行单轴水泥土搅拌桩施工设备如图1所示，从图中可以看出， 一次施工一根桩，通过桩间搭接形成连续桩墙，由于钻杆的直径较小，其刚 度小，易发生变形，加之定位误差和垂直度误差，将会使设计的搭接量变成 负数，表现为搅拌桩在下部沿轴线方向或沿垂直于轴线方向的开口。由单轴 搅拌桩形成连续墙，由于搭接缝多，则出现开口缝的机率较高。

上述存在的问题概括起来主要是由施工设备和施工工艺两方面的局限性 引起的，这些问题已严重阻碍了搅拌桩技术的应用和发展。因此，对水泥土 加固施工设备和施工方法的研发与创新是非常必要的。

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 种可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，以及采用该设备进行的施工方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下 部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有 与下喷浆管连接的下喷浆口，其特征是：搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷 浆管下端设置有上喷浆口；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷 浆管相对抱箍固定不转动。

所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管通过喷浆转换阀连 接外部供浆管路。

所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管分别连接浆泵供浆， 控制每个浆泵的开关从而控制上下喷浆口的喷浆与否。

上喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，上喷浆口设置有单向阀。

上喷浆口位于搅拌叶片上方。

上喷浆口位于搅拌叶片下方。

下喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，且随搅拌轴转动；下喷浆口 设置有单向阀。

所述单向阀为只能向外开口的挡板或挡片

搅拌轴为二根，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴 一侧。

搅拌轴为二根，上喷浆管为一根，一根上喷浆管布置在两根搅拌轴的中 间位置。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成品字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆 管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向 为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆 管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向 为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为二根，二根上喷浆 管分别紧贴布置在其中二根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷 浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，上喷浆管为四根，四根上喷 浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方 向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆 管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向 为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆 管分别紧贴布置在其中三根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷 浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为五根，五根搅拌轴排成二列，一列二根一列三根布置，上喷浆 管为五根，五根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中 间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为五根，五根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆 管分别紧贴布置在其中四根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷 浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

所述搅拌轴为n根，上喷浆管的数量小于n，n为大于1的整数。

采用可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工 方法：

A)下钻

搅拌轴从桩顶标高下钻到桩底标高，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

B)往复一段高度h

搅拌轴从桩底标高向上提升h高度，此过程上喷浆口喷浆或不喷浆；然 后再搅拌轴从h高度下钻到桩底，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

H大于上下喷浆口之间的垂直距离；

C)提升

搅拌轴从桩底标高向上提升至桩顶标高，此过程上喷浆口喷浆。

B)步骤中，根据实际情况，进行重复。

搅拌轴端部位于桩底时或者搅拌轴端部提升到h高度后，搅拌轴停止升 降进行定喷，定喷过程下喷浆口喷浆。

当桩顶标高位于地面以下时，桩顶标高与地面之间的部分不喷浆。

有益效果，与现有技术相比，采用本发明的设备加固处理软土基础具有 均匀的强度，均匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低， 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为实施例1所述的一根搅拌轴示意图。

图1a为喷浆转换阀工作示意图。

图2为实施例2所述的二根搅拌轴示意图。

图2a为实施例2抱箍处搅拌轴截面示意图。

图2b为上喷浆管位于二根搅拌轴中部示意图。

图3为实施例3所述的三根搅拌轴示意图。

图3a为实施例3抱箍处搅拌轴截面示意图。

图3b为实施例3a抱箍处搅拌轴截面另一种示意图。

图3c为三根搅拌轴一字排列且二个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

图3d为三根搅拌轴品字排列且三个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

图4为实施例4所述的四根搅拌轴示意图。

图4a为实施例4抱箍处搅拌轴截面示意图。

图4b为实施例4a所述的四根搅拌轴示意图。

图4c为实施例4a抱箍处搅拌轴截面示意图。

图4d为四根搅拌轴一字排列且三个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

图4e为四根搅拌轴正方形排列且四个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

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。

实施例1，参看图1，单轴水泥土搅拌桩机，搅拌轴1下部设置有多个搅 拌叶片2，搅拌轴内部设置有下喷浆管3，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连 接的下喷浆口4，搅拌轴外侧设有上喷浆管5，在上喷浆管下端设置有上喷浆 口6，上喷浆口6的喷浆方向为横向且朝向搅拌轴方向，上喷浆口6位于搅拌 叶片2的上方，上喷浆口6设置有单向阀；上喷浆管5端部通过抱箍7与搅 拌轴1固定连接，上喷浆管5相对抱箍7固定不转动。下喷浆口4的喷浆方向为横向，且随搅拌轴转动；下喷浆口4设置有单向阀。

参看图1a，所述搅拌轴内部的下喷浆管3与搅拌轴外侧的上喷浆管5通 过喷浆转换阀8连接外部供浆管路。在喷浆转换阀8下游的下喷浆管3和上 喷浆管5分别设置气路转换阀9，用于切换喷气。

上喷浆口6喷浆方向和朝向可以根据需要，设置为如向左、向右或向下 喷浆。

所述下喷浆口4也可以根据需要调整设置为侧向喷浆或向下喷浆。

实施例2，参看2和2a，搅拌轴为二根，二个上喷浆管5分别紧贴布置 在搅拌轴1一侧，上喷浆口喷浆方向为横向，朝向左侧或右侧。当然二个上 喷浆管5也可以设置均在搅拌轴内侧或外侧。其余同实施例1相似。

参看图2b，搅拌轴为二根，上喷浆管5为一根，位于相邻两个搅拌轴中 间。

其余同实施例1相似。

实施例3，参看图3及图3a，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列， 三个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴1同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向 朝向远离搅拌轴的方向。

其余同实施例1相似。

实施例3a，参看图3b，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成品字排列，三个 上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相 邻的搅拌轴方向。

其余同实施例1相似。

参看图3c，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成一字排列，上喷浆管5为二 个位于相邻两个搅拌轴中间，其余同实施例1相似。

参看图3d，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成品字排列，上喷浆管5为三 个位于相邻两个搅拌轴中间，其余同实施例1相似。

实施例4，参看图4及图4a，搅拌轴为四根，四根搅拌轴1呈一字排列， 四个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝 向远离搅拌轴的方向。

其余同实施例1相似。

实施例4a，参看图4b及图4c，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排 列，四个上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向 朝向相邻的搅拌轴方向。

其余同实施例1相似。

参看图4d，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，三个上喷浆管分别 位于相邻两个搅拌轴中间。其余同实施例1相似。

参看图4e，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，四个上喷浆管分 别位于相邻两个搅拌轴中间。其余同实施例1相似。

当然，搅拌轴还可以为多根n根，n根搅拌轴1呈一字排列，n个上喷浆 管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或位于相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷 浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

采用本设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法如下：

A)下钻

搅拌轴从桩顶标高下钻到桩底标高，此过程下喷浆口喷浆；

B)往复一段高度h

搅拌轴从桩底标高向上提升h高度，此过程上喷浆口喷浆或不喷浆；然 后再搅拌轴从h高度下钻到桩底，此过程下喷浆口喷浆；

h为上下喷浆口之间的垂直距离；

C)提升

搅拌轴从桩底标高向上提升至桩顶标高，此过程上喷浆口喷浆。

B)步骤中，根据实际情况，进行重复。

搅拌轴位于桩底或者搅拌轴提升到h高度后，搅拌轴停止升降进行定喷， 定喷过程下喷浆口喷浆。

当桩顶标高位于地面以下时，桩顶标高与地面之间的部分不喷浆。

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 (23)

1.可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口，其特征是：搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷浆管下端设置有上喷浆口；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷浆管相对抱箍固定不转动。

2.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管通过喷浆转换阀连接外部供浆管路。

3.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管分别连接浆泵供浆，控制每个浆泵的开关从而控制上下喷浆口的喷浆与否。

4.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，上喷浆口设置有单向阀。

5.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口位于搅拌叶片上方。

6.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口位于搅拌叶片中间。

7.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，下喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，且随搅拌轴转动；下喷浆口设置有单向阀。

8.根据权利要求4或7所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述单向阀为只能向外开口的挡板或挡片。

9.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为二根，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴一侧。

10.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为二根，上喷浆管为一根，一根上喷浆管布置在两根搅拌轴的中间位置。

11.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成品字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

12.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

13.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在其中二根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

14.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

15.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

16.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在其中三根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

17.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为五根，五根搅拌轴排成二列，一列二根一列三根布置，上喷浆管为五根，五根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

18.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为五根，五根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在其中四根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

19.根据权利要求1所述的可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴为n根，上喷浆管的数量小于n，n为大于1的整数。

20.采用可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法：

A)下钻

搅拌轴从桩顶标高下钻到桩底标高，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

B)往复一段高度h

搅拌轴从桩底标高向上提升h高度，此过程上喷浆口喷浆或不喷浆；然后再搅拌轴从h高度下钻到桩底，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

H大于上下喷浆口之间的垂直距离；

C)提升

搅拌轴从桩底标高向上提升至桩顶标高，此过程上喷浆口喷浆。

21.根据权利要求20所述的采用可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是，B)步骤中，根据实际情况，进行重复。

22.根据权利要求20所述的采用可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是，搅拌轴端部位于桩底时或者搅拌轴端部提升到h高度后，搅拌轴停止升降进行定喷，定喷过程下喷浆口喷浆。

23.根据权利要求20所述的采用可上下喷浆的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法，其特征是，当桩顶标高位于地面以下时，桩顶标高与地面之间的部分不喷浆。