CN110952522A - 一种双喷双向水泥搅拌桩钻头及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双喷双向水泥搅拌桩钻头及其施工方法，主钻杆包括外主钻杆和内主钻杆，在内主钻杆内部同时设置高压喷浆管和高压喷粉管，所述高压喷浆管连接电脑控制的高压浆泵和制浆设备，所述高压喷粉管连接电脑控制的高压气泵和水泥储存罐；在内主钻杆上设置有第一组叶片和第二组叶片，第一组叶片位于第二组叶片下方，第一组叶片采用螺旋式合金叶片，高压喷浆管的喷浆口以及高压喷粉管的喷粉口设置在第二组叶片的下部，在喷浆口上方的叶片外端设置竖向挡板，用于阻挡高压水泥浆液。本发明通过同时设置高压水泥浆管和高压水泥粉管，可以有效地根据不同土层选择喷射不同状态的水泥，合理提高工作效率，达到最佳地基处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基处理技术领域，更具体地说涉及一种双喷双向水泥搅拌桩钻头及其施工方法。
背景技术
水泥搅拌法是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥搅拌桩按水泥喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。
因地质成因不同，地基土往往不是单一均质土层，通过工程前期地质勘察发现，大部分工程地基均涉及多个土层。对于沿海地区，上部土层一般为软黏土，下部为粉土粉砂地层，采用传统的单一形式的水泥浆搅拌桩、旋喷桩或粉喷搅拌桩均不能全面有效的解决不同土层防渗问题。本发明改变搅拌桩机单一喷水泥浆或喷水泥粉形式，通过在钻杆内部设置高压水泥浆管、高压水泥粉管，针对不同土层喷射不同状态的水泥，以期达到最佳的水泥土处理结果。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，对于不同土层采用不同的水泥喷射状态，有针对性地解决地基处理问题，提供了一种双喷双向水泥搅拌桩钻头及其施工方法，通过同时设置高压水泥浆管和高压水泥粉管，可以有效地根据不同土层选择喷射不同状态的水泥，合理提高工作效率，达到最佳地基处理效果。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种双喷双向水泥搅拌桩钻头，主钻杆包括外主钻杆和内主钻杆，在内主钻杆内部同时设置高压喷浆管和高压喷粉管，所述高压喷浆管连接电脑控制的高压浆泵和制浆设备，所述高压喷粉管连接电脑控制的高压气泵和水泥储存罐；
在内主钻杆上设置有第一组叶片和第二组叶片，第一组叶片位于第二组叶片下方，第一组叶片采用螺旋式合金叶片，用于切割地层中出现塑料排水板或者破碎孤石，第二组叶片上设置若干个耙齿；在外主钻杆上设置有第三组叶片；
高压喷浆管的喷浆口以及高压喷粉管的喷粉口设置在第二组叶片的下部，在喷浆口上方的叶片外端设置竖向挡板，用于阻挡高压水泥浆液，使得水泥浆液喷射距离控制在桩径范围内。
在上述技术方案中，所述第二组叶片采用矩形叶片。
在上述技术方案中，第二组叶片的叶片长度为桩直径减去钻杆直径的一半，刀片厚度为1cm-1.5cm。
在上述技术方案中，在内主钻杆底端设置有钻齿。
一种双喷双向水泥搅拌桩的施工方法，包括以下步骤：
步骤1，施工前对工程区域进行勘测，确定工程所在位置土层结构及每层土的物理力学指标；
步骤2，对每层土分别进行水泥土室内配合比试验，确定每一土层合理的水泥掺量比；
步骤3，在现场进行典型试验施工，确定不同土层水泥粉喷和水泥浆喷最佳施工工艺参数；
步骤4，根据现场试桩结果得出的最佳施工工艺参数，设置浆喷和粉喷的电脑控制程序；
步骤5，在软土地基处理区域确定桩位，桩机就位；
步骤6，根据土层开启相应的喷浆管或喷粉管，若遇到淤泥质土层则开启喷粉管，若遇到粉质黏土、粉土或砂土地层则开启喷浆管，按照最佳施工工艺参数进行施工；
步骤7，在打设每一根水泥土搅拌桩时，喷浆设备和喷粉设备根据不同土层结构随时切换，并且进行无缝衔接或者有一定重合段，避免出现桩身不连续情况。
在上述技术方案中，在步骤6中，水泥浆喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的14％-20％，水灰比选用0.5-1.2，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-60r/min，钻进时喷浆压力15MPa-20MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
在上述技术方案中，在步骤6中，水泥粉喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的16％-20％，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-50r/min，钻进时喷水泥粉压力0.5MPa-0.7MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
本发明的有益效果为：
1.通过同时设置高压喷浆和高压喷粉系统，可以针对不同土层灵活切换喷浆或喷粉形式，可以有效提高施工质量，避免不同土层采用采用同一种处理方式造成的资源浪费或施工质量缺陷。
2.通过设置三组不同形式刀片，合金螺旋刀片可以切割塑料排水板或破碎孤石；带耙齿刀片可以增加土体切割次数，使得搅拌更均匀；刀片端部设置竖向挡板可以有效控制高压水泥浆液喷射半径，使得成桩效果更好。
3.可以有效地解决软弱夹层或软弱下卧层等问题。
附图说明
图1是双喷双向水泥搅拌桩钻头的结构示意图。
图中：1为外钻杆，2为内钻杆，3为高压喷浆管，4为高压喷粉管，5为第一组叶片，6为第二组叶片，7为第三组叶片，8为竖向挡板，9为耙齿，10为钻齿。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种双喷双向水泥搅拌桩钻头，包括：外主钻杆1、内主钻杆2、高压喷浆管3、高压喷粉管4、第一组叶片5、第二组叶片6、第三组叶片7，主钻杆由外主钻杆1和内主钻杆2组成，外主钻杆同轴套装在内主钻杆2外层，在内主钻杆2内部同时设置高压喷浆管3和高压喷粉管4，所述高压喷浆管3连接电脑控制的高压浆泵和制浆设备，所述高压喷粉管4连接电脑控制的高压气泵和水泥储存罐，喷浆和喷粉过程全部电脑控制，严格按照设定的程序进行喷浆或喷粉，施工过程标准化管理。
钻头共设置三组叶片，从下到上依次为第一组叶片5、第二组叶片6、第三组叶片7。所述第一组叶片5采用螺旋式合金叶片，设置在内主钻杆2底部，主要用于切割地层中出现塑料排水板或者破碎孤石；所述第二组叶片6采用矩形叶片，设置在内主钻杆2上，第二组叶片6上设置若干个耙齿9，耙齿9主要作用是更充分的切割土体，使搅拌更均匀，根据设计确定的搅拌桩桩径，其叶片长度为桩直径减去钻杆直径的一半，刀片厚度为1cm-1.5cm；所述第三组叶片7设置在外主钻杆1上；进一步的，在内主钻杆2底端设置有钻齿10，钻齿10采用金刚石，主要目的是遇到石头或硬土层，起到磨穿的作用。
高压喷浆管3的喷浆口3-1以及高压喷粉管4的喷粉口4-1设置在第二组叶片6的下部，在喷浆口3-1上方的叶片外端设置竖向挡板8，用于阻挡高压水泥浆液，使得水泥浆液喷射距离控制在桩径范围内。
施工方法：
步骤1，施工前对工程区域进行勘测，确定工程所在位置土层结构及每层土的物理力学指标；
步骤2，对每层土分别进行水泥土室内配合比试验，确定每一土层合理的水泥掺量比；
步骤3，在现场进行典型试验施工，确定不同土层粉喷和浆喷最佳施工工艺参数；
步骤4，根据现场试桩结果得出的最佳施工工艺参数，设置浆喷和粉喷的电脑控制程序；
步骤5，在软土地基处理区域确定桩位，桩机就位；
步骤6，根据土层开启相应的喷浆管或喷粉管，若遇到淤泥质土层则开启喷粉管，若遇到粉质黏土、粉土或砂土地层则开启喷浆管，按照最佳施工工艺参数进行施工；
水泥浆喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的14％-20％，水灰比选用0.5-1.2，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-60r/min，钻进时喷浆压力15MPa-20MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
水泥粉喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的16％-20％，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-50r/min，钻进时喷水泥粉压力0.5MPa-0.7MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
步骤7，在打设每一根水泥土搅拌桩时，根据地勘资料，在钻进过程中喷浆设备和喷粉设备根据不同土层结构随时切换，并且进行无缝衔接或者有一定重合段，避免出现桩身不连续情况。
实施例二
某工程地勘资料揭露，上部土层为0m-10m粉质黏土，10m-15m软土，15m-22m为老黏土。设计采用水泥搅拌桩进行地基处理，水泥搅拌桩桩径0.5m，桩长15m，桩间距为1.0m。深度0m-10m范围内采用水泥浆喷，水泥掺量18％，水灰比为0.55，钻进速度1.0m/min，提升速度0.5m/min，旋转速度40r/min，钻进时喷浆压力15MPa。深度10m-15m范围内采用水泥粉喷，水泥掺量18％，钻进速度1.0m/min，提升速度0.5m/min，旋转速度40r/min，钻进时喷水泥粉压力0.6MPa。深度15m-22m为老黏土，其指标比较好，不需要进行加固就可以满足设计要求。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种双喷双向水泥搅拌桩钻头，其特征在于：主钻杆包括外主钻杆和内主钻杆，在内主钻杆内部同时设置高压喷浆管和高压喷粉管，所述高压喷浆管连接电脑控制的高压浆泵和制浆设备，所述高压喷粉管连接电脑控制的高压气泵和水泥储存罐；
在内主钻杆上设置有第一组叶片和第二组叶片，第一组叶片位于第二组叶片下方，第一组叶片采用螺旋式合金叶片，用于切割地层中出现塑料排水板或者破碎孤石，第二组叶片上设置若干个耙齿；在外主钻杆上设置有第三组叶片；
高压喷浆管的喷浆口以及高压喷粉管的喷粉口设置在第二组叶片的下部，在喷浆口上方的叶片外端设置竖向挡板，用于阻挡高压水泥浆液，使得水泥浆液喷射距离控制在桩径范围内。
2.根据权利要求1所述的双喷双向水泥搅拌桩钻头，其特征在于：所述第二组叶片采用矩形叶片。
3.根据权利要求1所述的双喷双向水泥搅拌桩钻头，其特征在于：第二组叶片的叶片长度为桩直径减去钻杆直径的一半，刀片厚度为1cm-1.5cm。
4.根据权利要求1所述的双喷双向水泥搅拌桩钻头，其特征在于：在内主钻杆底端设置有钻齿。
5.根据权利要求1所述的双喷双向水泥搅拌桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，施工前对工程区域进行勘测，确定工程所在位置土层结构及每层土的物理力学指标；
步骤2，对每层土分别进行水泥土室内配合比试验，确定每一土层合理的水泥掺量比；
步骤3，在现场进行典型试验施工，确定不同土层水泥粉喷和水泥浆喷最佳施工工艺参数；
步骤4，根据现场试桩结果得出的最佳施工工艺参数，设置浆喷和粉喷的电脑控制程序；
步骤5，在软土地基处理区域确定桩位，桩机就位；
步骤6，根据土层开启相应的喷浆管或喷粉管，若遇到淤泥质土层则开启喷粉管，若遇到粉质黏土、粉土或砂土地层则开启喷浆管，按照最佳施工工艺参数进行施工；
步骤7，在打设每一根水泥土搅拌桩时，喷浆设备和喷粉设备根据不同土层结构随时切换，并且进行无缝衔接或者有一定重合段，避免出现桩身不连续情况。
6.根据权利要求5所述的双喷双向水泥搅拌桩的施工方法，其特征在于，在步骤6中，水泥浆喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的14％-20％，水灰比选用0.5-1.2，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-60r/min，钻进时喷浆压力15MPa-20MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
7.根据权利要求5所述的双喷双向水泥搅拌桩的施工方法，其特征在于，在步骤6中，水泥粉喷搅拌桩的施工工艺参数为：水泥掺入量为被加固湿土质量的16％-20％，钻进速度0.8m/min-1.2m/min，提升速度0.4m/min-0.6m/min，旋转速度30r/min-50r/min，钻进时喷水泥粉压力0.5MPa-0.7MPa，内外钻杆分别绕顺时针和逆时针转动。
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