CN110821398A - 隧道内浆固碎石桩施工机械及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了隧道内浆固碎石桩施工机械及施工方法，隧道内浆固碎石桩施工机械包括钻孔系统、注浆系统、行走控制室和履带系统。所述钻孔系统包括卷扬机、主机、施工机架、钻杆和电机系统，卷扬机与施工机架连接，施工机架上连接有钻杆，钻杆的外表面设置有薄壁钢套管。所述注浆系统包括注浆压力系统、输送软管和浆液存储系统。施工机械的操作方法包括：施工定位、钻孔施工、连接施工、投放碎石、注浆施工和移动机械。本发明将钻孔施工机械与注浆机械一体化，克服了隧道内限高和空间不足的困难，解决了现有技术中一次性钻孔及成桩困难的问题，同时避免了倾斜向成桩过程中易塌孔的问题，进一步提高了浆固碎石桩的抗剪能力。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑工程领域，具体涉及隧道内浆固碎石桩施工机械及施工方法。
背景技术
在桥梁、隧道及道路等工程中，桩基得到广泛应用。目前砂桩、碎石桩等散体材料桩为最常见的桩基形式之一。由于其竖向承载能力相对较低，有很多方式可以提高其刚度，其中对碎石桩进行注浆固化处理为一种有效的措施，固化后的桩体为浆固碎石桩。
隧道中进行浆固碎石桩的施工往往受到隧道本身高度的限制。现有的常规钻孔机架钻孔一般为一次性钻进，对机架本身所占的高度就有高度要求。且隧道中浆固碎石桩若为倾斜向的桩基，还需考虑护壁及连接的施工工艺问题。故需要结合施工机械对隧道内浆固碎石桩的施工方法提出进一步的优化与改进。
浆固碎石桩的施工往往需要先进行钻孔施工，后进行骨料投放，最后为注浆程序。而隧道中由于受到空间限制，要进行多种机械的反复进场施工，对施工空间提出较大要求且工作量较大。因此，结合隧道工程建设实际情况，改进技术合理、经济高效的浆固碎石桩施工机械及施工工艺为迫切的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道内浆固碎石桩施工机械及其施工方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，隧道内浆固碎石桩施工机械，包括钻孔系统、注浆系统、行走控制室和履带系统。
所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室均设置在履带系统上。
所述钻孔系统包括卷扬机、主机、施工机架、钻杆和电机系统。所述卷扬机与施工机架连接，施工机架上连接有钻杆。所述钻杆的外表面设置有薄壁钢套管。
所述注浆系统包括注浆压力系统、输送软管和浆液存储系统。所述浆液存储系统与注浆压力系统连接。所述注浆压力系统连接有输送软管。
进一步，所述施工机架包括呈倾斜状的滑动槽，滑动槽的上端连接有液压马达，液压马达的输出端和滑动槽的下端之间缠绕有传动链条。所述传动链条上设有滑动块，滑动块安装在滑动槽内。所述卷扬机安装在滑动块上，卷扬机的输出端连接钻杆，所述钻杆与滑动槽平行。
进一步，所述钻杆为分段式钻杆，分段式钻杆通过公母卡扣进行分段连接。每段所述钻杆的长度为1.5～2m。
进一步，所述履带系统包括履带和底盘。所述底盘的上表面连接有回转装置。所述回转装置的上表面连接有矩形底板。所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室均安装在矩形底板的上表面。
进一步，所述矩形底板下表面的四个边角处均连接有具有收缩和打开功能的角支撑。
进一步，所述薄壁钢套管的外径为300～600mm，厚度为1～5mm，每段薄壁钢套管的长度为1.5～2m。
基于上述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，包括以下步骤：
1)施工定位：施工机械前进至设计的位置，将每个所述角支撑打开，支撑到地面，在设计位置进行放样，并予以复核、定位。
2)钻孔施工：复核无误后，使用所述钻杆进行机械钻孔。钻孔时慢档钻进，保证钻孔倾斜角不变，最大偏差不超过1％。
3)连接施工：第N段钻杆施工结束时，用公母卡扣将第N+1段所述钻杆与第N段钻杆连接，并将第N+1段薄壁套管与第N段薄壁套管焊接成一个整体,所述N为自然数。焊接完成后，继续钻进施工，直至钻孔深度达到设计要求。
4)投放碎石：将所述钻杆提出来并进行拆解，所述薄壁套管留在孔中，形成套管护壁，防止塌孔。将注浆管正对钻孔中央，并下放到钻孔内部。下方过程中，将若干注浆管焊接在一起形成分段式注浆管。所述注浆管到达钻孔底部后，使用碎石填满注浆管和薄壁套管之间的空隙。
5)注浆施工：将所述输送软管与注浆管连接。所述注浆压力系统9将浆液存储系统11中的浆液通过输送软管与注浆管注入碎石体中。
6)移动机械：注浆完成后，将所述输送软管与注浆管断开，所述注浆管留在浆固碎石桩内作为劲芯加筋体。所述履带带动施工机械进行位置移动，进行下一根桩的施工。
进一步，所述注浆管为多孔的预应力管或多孔钢管。
进一步，步骤5)所述的浆液为水泥浆液或高聚物材料浆液。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，将钻孔施工机械与注浆机械一体化，克服了隧道内限高和空间不足的困难，解决了现有技术中一次性钻孔及成桩困难的问题，同时避免了倾斜向成桩过程中易塌孔的问题，进一步提高了浆固碎石桩的抗剪能力。
附图说明
图1为隧道内浆固碎石桩施工机械示意图；
图2为隧道内浆固碎石桩施工机械进行钻孔示意图；
图3为卷扬机、施工机架和钻杆连接示意图；
图4为隧道内浆固碎石桩施工机械施工工序图；
图5为A-A断面图。
图中：行走控制室1、履带系统2、履带201、底盘202、卷扬机3、主机4、施工机架5、滑动槽501、滑动块503、液压马达504、钻杆6、电机系统7、薄壁钢套管8、注浆压力系统9、输送软管10、浆液存储系统11、回转装置12、矩形底板13、角支撑14和注浆管15。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了隧道内浆固碎石桩施工机械，包括钻孔系统、注浆系统、行走控制室1和履带系统2。
参见图1，所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室1均设置在履带系统2上。
所述钻孔系统包括卷扬机3、主机4、施工机架5、钻杆6和电机系统7。
参见图2或3，所述卷扬机3与施工机架5连接，施工机架5上连接有钻杆6。所述施工机架5包括呈倾斜状的滑动槽501，滑动槽501的上端连接有液压马达504，液压马达504的输出端和滑动槽501的下端之间缠绕有传动链条。
所述传动链条上设有滑动块503，滑动块503安装在滑动槽501内。所述卷扬机3安装在滑动块503上，卷扬机3的输出端连接钻杆6，所述钻杆6与滑动槽501平行。
所述液压马达504启动时，带动滑动块503沿滑动槽501滑动，从而带动卷扬机3和钻杆6沿滑动槽501滑动。
当卷扬机3启动时，带动钻杆6向下钻进。
所述主机4包括控制系统和控制面板，主机4对卷扬机和电机系统进行操控。
所述钻杆6为分段式钻杆，分段式钻杆通过公母卡扣进行分段连接。每段所述钻杆6的长度为2m。
所述的电机系统7为卷扬机3供电。
参见图2，所述钻杆6的外表面设置有薄壁钢套管8。所述薄壁钢套管8的外径为500mm，厚度为3mm，每段薄壁钢套管8的长度为2m。施工时，所述薄壁钢套管8起到护壁的作用，防止塌孔。
参见图1，所述注浆系统包括注浆压力系统9、输送软管10和浆液存储系统11。所述浆液存储系统11与注浆压力系统9连接。所述注浆压力系统9连接有输送软管10。所述注浆压力系统9将浆液存储系统11中的浆体压出，并通过输送软管10灌入孔内。
参见图1，所述履带系统2包括履带201和底盘202。所述底盘202的上表面连接有回转装置12。所述回转装置12的上表面连接有矩形底板13。所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室1均安装在矩形底板13的上表面。操作人员通过所述行走控制室1操作机械进行施工。
所述矩形底板13下表面的四个边角处均连接有具有收缩和打开功能的角支撑14。所述角支撑14用于稳固机械，防止机械倾覆。
实施例2：
本实施例公开了一种基于实施例1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，参见图4，包括以下步骤：
1)施工定位：施工机械前进至设计的位置，将每个所述角支撑14打开，支撑到地面，在设计位置进行放样，并予以复核、定位。
2)钻孔施工：复核无误后，使用所述钻杆6进行机械钻孔。钻孔时慢档钻进，保证钻孔倾斜角不变，最大偏差不超过1％。
3)连接施工：第N段钻杆施工结束时，用公母卡扣将第N+1段所述钻杆6与第N段钻杆6连接，并将第N+1段薄壁套管8与第N段薄壁套管8焊接成一个整体,所述N为自然数。焊接完成后，继续钻进施工，直至钻孔深度达到设计要求。
4)投放碎石：将所述钻杆6提出来并进行拆解，所述薄壁套管8留在孔中，形成套管护壁，防止塌孔。将注浆管15正对钻孔中央，并下放到钻孔内部。下放过程中，将若干注浆管15焊接在一起形成分段式注浆管。所述注浆管15为多孔钢管。所述注浆管15到达钻孔底部后，使用碎石填满注浆管15和薄壁套管8之间的空隙。
5)注浆施工：将所述输送软管10与注浆管15连接。所述注浆压力系统9将浆液存储系统11中的水泥浆液通过输送软管10与注浆管15注入碎石体中。参见图5，为桩孔的截面图。
6)移动机械：注浆完成后，将所述输送软管10与注浆管15断开，所述注浆管15留在浆固碎石桩内作为劲芯加筋体。所述履带201带动施工机械进行位置移动，进行下一根桩的施工。
实施例3：
本实施例公开了隧道内浆固碎石桩施工机械，包括钻孔系统、注浆系统、行走控制室1和履带系统2。
所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室1均设置在履带系统2上。
所述钻孔系统包括卷扬机3、主机4、施工机架5、钻杆6和电机系统7。所述卷扬机3与施工机架5连接，施工机架5上连接有钻杆6。参见图2，所述钻杆6的外表面设置有薄壁钢套管8。
参见图1，所述注浆系统包括注浆压力系统9、输送软管10和浆液存储系统11。所述浆液存储系统11与注浆压力系统9连接。所述注浆压力系统9连接有输送软管10。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，参见图3，所述施工机架5包括呈倾斜状的滑动槽501，滑动槽501的上端连接有液压马达504，液压马达504的输出端和滑动槽501的下端之间缠绕有传动链条。所述传动链条上设有滑动块503，滑动块503安装在滑动槽501内。所述卷扬机3安装在滑动块503上，卷扬机3的输出端连接钻杆6，所述钻杆6与滑动槽501平行。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例4，进一步，所述钻杆6为分段式钻杆，分段式钻杆通过公母卡扣进行分段连接。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例5，进一步，参见图1，所述履带系统2包括履带201和底盘202。所述底盘202的上表面连接有回转装置12。所述回转装置12的上表面连接有矩形底板13。所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室1均安装在矩形底板13的上表面。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述矩形底板13下表面的四个边角处均连接有具有收缩和打开功能的角支撑14。
实施例8：
本实施例主要结构同实施例7，进一步，所述薄壁钢套管8的外径为600mm，厚度为5mm。
实施例9：
本实施例公开了一种基于实施例3所述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，参见图4，包括以下步骤：
1)施工定位：施工机械前进至设计的位置，将每个所述角支撑14打开，支撑到地面，在设计位置进行放样，并予以复核、定位。
2)钻孔施工：复核无误后，使用所述钻杆6进行机械钻孔。钻孔时慢档钻进，保证钻孔倾斜角不变，最大偏差不超过1％。
3)连接施工：第N段钻杆施工结束时，用公母卡扣将第N+1段所述钻杆6与第N段钻杆6连接，并将第N+1段薄壁套管8与第N段薄壁套管8焊接成一个整体,所述N为自然数。焊接完成后，继续钻进施工，直至钻孔深度达到设计要求。
4)投放碎石：将所述钻杆6提出来并进行拆解，所述薄壁套管8留在孔中，形成套管护壁，防止塌孔。将注浆管15正对钻孔中央，并下放到钻孔内部。下放过程中，将若干注浆管15焊接在一起形成分段式注浆管。所述注浆管15到达钻孔底部后，使用碎石填满注浆管15和薄壁套管8之间的空隙。
5)注浆施工：将所述输送软管10与注浆管15连接。所述注浆压力系统9将浆液存储系统11中的浆液通过输送软管10与注浆管15注入碎石体中。参见图5，为桩孔的截面图。
6)移动机械：注浆完成后，将所述输送软管10与注浆管15断开，所述注浆管15留在浆固碎石桩内作为劲芯加筋体。所述履带201带动施工机械进行位置移动，进行下一根桩的施工。
实施例10：
本实施例主要步骤同实施例9，进一步，所述注浆管15为多孔的预应力管。
实施例11：
本实施例主要步骤同实施例10，进一步，步骤5)所述的浆液高聚物材料浆液。
Claims (9)
1.隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：包括所述钻孔系统、注浆系统、行走控制室(1)和履带系统(2)；
所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室(1)均设置在履带系统(2)上；
所述钻孔系统包括卷扬机(3)、主机(4)、施工机架(5)、钻杆(6)和电机系统(7)；所述卷扬机(3)与施工机架(5)连接，施工机架(5)上连接有钻杆(6)；所述钻杆(6)的外表面设置有薄壁钢套管(8)；
所述注浆系统包括注浆压力系统(9)、输送软管(10)和浆液存储系统(11)；所述浆液存储系统(11)与注浆压力系统(9)连接；所述注浆压力系统(9)连接有输送软管(10)。
2.根据权利要求1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：所述施工机架(5)包括呈倾斜状的滑动槽(501)，滑动槽(501)的上端连接有液压马达(504)，液压马达(504)的输出端和滑动槽(501)的下端之间缠绕有传动链条；所述传动链条上设有滑动块(503)，滑动块(503)安装在滑动槽(501)内；所述卷扬机(3)安装在滑动块(503)上，卷扬机(3)的输出端连接钻杆(6)，所述钻杆(6)与滑动槽(501)平行。
3.根据权利要求1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：所述钻杆(6)为分段式钻杆，分段式钻杆通过公母卡扣进行分段连接；每段所述钻杆(6)的长度为1.5～2m。
4.根据权利要求1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：所述履带系统(2)包括履带(201)和底盘(202)；所述底盘(202)的上表面连接有回转装置(12)；所述回转装置(12)的上表面连接有矩形底板(13)；所述钻孔系统、注浆系统和行走控制室(1)均安装在矩形底板(13)的上表面。
5.根据权利要求4所述的隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：所述矩形底板(13)下表面的四个边角处均连接有具有收缩和打开功能的角支撑(14)。
6.根据权利要求1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械，其特征在于：所述薄壁钢套管(8)的外径为300～600mm，厚度为1～5mm，每段薄壁钢套管(8)的长度为1.5～2m。
7.基于权利要求1所述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)施工定位：施工机械前进至设计的位置，将每个所述角支撑(14)打开，支撑到地面，在设计位置进行放样，并予以复核、定位；
2)钻孔施工：复核无误后，使用所述钻杆(6)进行机械钻孔；钻孔时慢档钻进，保证钻孔倾斜角不变，最大偏差不超过1％；
3)连接施工：第N段钻杆施工结束时，用公母卡扣将第N+1段所述钻杆(6)与第N段钻杆(6)连接，并将第N+1段薄壁套管(8)与第N段薄壁套管(8)焊接成一个整体,所述N为自然数；焊接完成后，继续钻进施工，直至钻孔深度达到设计要求；
4)投放碎石：将所述钻杆(6)提出来并进行拆解，所述薄壁套管(8)留在孔中，形成套管护壁，防止塌孔；将注浆管(15)正对钻孔中央，并下放到钻孔内部；下方过程中，将若干注浆管(15)焊接在一起形成分段式注浆管；所述注浆管(15)到达钻孔底部后，使用碎石填满注浆管(15)和薄壁套管(8)之间的空隙；
5)注浆施工：将所述输送软管(10)与注浆管(15)连接；所述注浆压力系统9将浆液存储系统11中的浆液通过输送软管(10)与注浆管(15)注入碎石体中；
6)移动机械：注浆完成后，将所述输送软管(10)与注浆管(15)断开，所述注浆管(15)留在浆固碎石桩内作为劲芯加筋体；所述履带(201)带动施工机械进行位置移动，进行下一根桩的施工。
8.根据权利要求7所述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，其特征在于：所述注浆管(15)为多孔的预应力管或多孔钢管。
9.根据权利要求7所述的隧道内浆固碎石桩施工机械的施工方法，其特征在于：步骤5)所述的浆液为水泥浆液或高聚物材料浆液。
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