CN111021348A - 提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置 - Google Patents

提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置，涉及土建施工。施工装置包括：制浆设备、搅拌桩机和控制主机。搅拌桩机包括动力头、钻杆、搅拌叶片和自动切换装置。钻杆的上部和底部位置对应设有钻杆喷浆口，钻杆中设有水泥浆液通道，水泥浆液通道与钻杆喷浆口相连通。自动切换装置设置在上部的钻杆喷浆口处，配置成实现下钻和上提过程喷浆的自动转换。本申请通过自动切换装置实现了下钻和上提过程转换喷浆自动，使得施工中的下钻和上提均为有效搅拌，从而保证水泥浆和土体充分搅拌，使得桩身强度一致，极大地提高了水泥搅拌桩的施工功效，实现了单次往复搅拌施工即可满足搅拌均匀性，大大缩短了施工周期和节约了成本。

Description

提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置
技术领域
本申请涉及土建施工，特别是涉及一种应用于民用及其工业基础设施建设中的基坑围护、防渗与地基加固场合的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置。
背景技术
水泥土搅拌桩是一种适用于饱和软黏土的地基加固方法。它利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土加固成具有整体性、水稳定性和一定强度的人工改良地基。
现有搅拌桩施工设备通常为单一的下沉喷浆或上提喷浆。
大量工程实践表明，在水泥土搅拌桩的成桩过程中，沿桩长方向，桩身质量分布不均匀，通常桩身上部质量要高于下部质量。因而水泥土搅拌桩的成桩质量控制一直是工程界关注的热点问题。现有水泥土搅拌桩施工方法的弊端已严重影响了其施工质量控制，进而影响了施工进度。
发明内容
发明人在发现，造成桩身上部质量要高于下部质量的原因在于：是由现有搅拌桩施工设备与工艺造成的。现有搅拌桩施工设备通常为单一的下沉喷浆或上提喷浆，如不进行复搅，固化剂和软土在深度方向搅拌不充分。深部土体围压较大，极易造成浆液进入土体较少，使得深层土体的搅拌均匀性和桩身强度无法保证。发明人发现，如果在成桩过程中通过改变喷浆方式，则会改善上述状况。基于此，本申请提供了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置。
根据本申请的一个方面，提供了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置，包括：
制浆设备，用于制备水泥浆，其具有输浆管；
搅拌桩机，用于提供搅拌动力，其包括：
动力头，用于提供动力，以带动钻杆旋转；
钻杆，与所述动力头相连，并通过所述动力头驱动，所述钻杆的内部中空，所述钻杆的外表面固定有多个搅拌叶片并形成搅拌叶片段，所述钻杆中在搅拌叶片段所处的上部和底部位置对应设有钻杆喷浆口，所述钻杆的中空部至少设置一个水泥浆液通道，所述水泥浆液通道与所述钻杆喷浆口相连通；
自动切换装置，设置在所述钻杆的上部的钻杆喷浆口处，配置成在向下钻进时，所述自动切换装置关闭上部的钻杆喷浆口，实现底部的钻杆喷浆口喷浆，在向上提升时，所述自动切换装置打开上部的钻杆喷浆口，实现上部的钻杆喷浆口，以实现下钻和上提过程喷浆的自动转换；和
控制主机，与所述制浆设备及所述搅拌桩机的动力头相连，配置成控制所述制浆设备的出浆量及控制所述动力头的运转。
可选地，所述自动切换装置包括：
底座，为弧形，固定在所述钻杆上部的钻杆喷浆口处，所述底座中沿其轴线设有贯通两侧部的孔洞，以形成滑动空间，所述底座的前端处具有贯通孔洞的窗口，用于露出部分滑块；
滑块，安装在所述孔洞内，并可在所述滑动空间内滑动，以打开或关闭所述钻杆上部的钻杆喷浆口；和
拨块，固定在所述滑块的前端处，并由所述窗口向外伸出。
可选地，在所述钻杆最底部的搅拌叶片处设有串珠状的叶片喷浆口，串珠状的叶片喷浆口与所述水泥浆液通道相连通，以实现水泥浆液在桩身径向方向的均匀分布。
可选地，所述串珠状的叶片喷浆口配置为若干不同直径的线性分布的叶片喷浆口，并且距离所述钻杆的中心轴越远，叶片喷浆口的直径越大。
可选地，所述控制主机配置成自动控制注浆量，还配置成实时钻杆钻进速度、叶片转速、钻进深度及每点段浆量的自动匹配，以保证水泥浆液沿桩长均匀分布。
根据本申请的另一个方面，提供了一种使用上述施工装置的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法，按照如下步骤进行操作:
放样，根据施工图放出实样；
开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
将搅拌桩机移动到待施工位置；
启动制浆设备，按设计要求的水灰比制作水泥浆；
开启控制主机，输入施工参数，控制主机自动控制预先设置的数据；
开启搅拌桩机的动力头驱动钻头，边搅拌边喷水泥浆，其中，下沉钻进时，底部的钻杆喷浆口喷浆、或叶片喷浆口和底部的钻杆喷浆口喷浆，上部的钻杆喷浆口关闭，钻进到设计桩底标高；
反转提升动力头，自动切换装置启动，上部的钻杆喷浆口开始喷浆，边搅拌边喷水泥浆，提钻至桩顶标高，一次成桩；
一组结束，移至第二组继续施工，直至所有桩成桩完毕。
可选地，控制主机自动控制预先设置的数据包括：钻进速度、每米喷浆量、总浆量分配及桩端设计标高。
本申请提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置，通过在钻杆上部的钻杆喷浆口位置设置自动切换装置，实现了下钻和上提过程转换喷浆自动，使得施工中的下钻和上提均为有效搅拌，从而保证水泥浆和土体充分搅拌。由此解决了水泥土搅拌桩施工过程中浆液和土体搅拌不均导致的桩身强度差异问题，极大地提高了水泥搅拌桩的施工功效，实现了单次往复搅拌施工即可满足搅拌均匀性，大大缩短了施工周期和节约了成本。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的示意性结构图；
图2是图1所示钻杆的上部的钻杆喷浆口和自动切换装置的示意性结构图；
图3是图1所示A部的钻杆的底部处的示意性结构图；
图4是图1所示钻杆的示意性立体图；
图5是图4中沿B-B剖切的截面图；
图6是图4中钻杆的主剖视图。
图中各符号表示含义如下：
100施工装置，
10制浆设备，11输浆管，
20控制主机，
30搅拌桩机，
31动力头，32钻杆，33搅拌叶片，34钻杆喷浆口，35水泥浆液通道，36 自动切换装置，361底座，362孔洞，363窗口，364滑块，365拨块，37叶片喷浆口，371第一叶片喷浆口，372第二叶片喷浆口。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的示意性结构图。图2是图1所示钻杆的上部的钻杆喷浆口和自动切换装置的示意性结构图。图3是图1所示A部的钻杆的底部处的示意性结构图。图4是图1 所示钻杆的示意性立体图。图5是图4中沿B-B剖切的截面图。图6是图4中钻杆的主剖视图。
如图1所示，还可参见图2-图6，本实施例提供了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置100，一般性可以包括：制浆设备10、搅拌桩机30和控制主机20。制浆设备10用于制备水泥浆，制浆设备10具有输浆管11。搅拌桩机 30用于提供搅拌动力。搅拌桩机30包括：动力头31、钻杆32、搅拌叶片33 和自动切换装置36。动力头31用于提供动力，以带动钻杆32旋转。钻杆32 与所述动力头31相连，并通过所述动力头31驱动。所述钻杆32的内部中空，所述钻杆32的外表面固定有多个搅拌叶片33并形成搅拌叶片段。所述钻杆32 中在搅拌叶片段所处的上部和底部位置对应设有钻杆喷浆口34。更具体地，如图1所示，上部的钻杆喷浆口34位于最上部的搅拌叶片33对应的钻杆32处。如图3、图5所示，底部的钻杆喷浆口34位于钻杆32的底端处。如图2、图4、图6所示，所述钻杆32的中空部至少设置一个水泥浆液通道35，所述水泥浆液通道35与所述钻杆喷浆口34相连通。如图1所示，自动切换装置36设置在所述钻杆32的上部的钻杆喷浆口34处。自动切换装置36配置成在向下钻进时，所述自动切换装置36关闭上部的钻杆喷浆口34，实现底部的钻杆喷浆口34喷浆。自动切换装置36配置成在向上提升时，所述自动切换装置36打开上部的钻杆喷浆口34，实现上部的钻杆喷浆口34。从而实现下钻和上提过程喷浆的自动转换。控制主机20与所述制浆设备10及所述搅拌桩机30的动力头31相连，配置成控制所述制浆设备10的出浆量及控制所述动力头31的运转。
本申请提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置100，通过在钻杆32上部的钻杆喷浆口34位置设置自动切换装置36，实现了下钻和上提过程转换喷浆自动，使得施工中的下钻和上提均为有效搅拌，从而保证水泥浆和土体充分搅拌。由此解决了水泥土搅拌桩施工过程中浆液和土体搅拌不均导致的桩身强度差异问题。本申请自身实现了单次往复搅拌施工即可满足搅拌均匀性，由此极大地提高了水泥搅拌桩的施工功效，大大缩短了施工周期和节约了成本。
本实施例中，搅拌桩机30为单轴搅拌桩机。当然，在其他实施例中，搅拌桩机30还可以为两轴搅拌桩机以及多轴搅拌桩机。
更具体地，本实施例中，制浆设备10、搅拌桩机30均为现有技术中的现有的设备，故本实施例针对上述设备的具体结构不再赘述。例如，制浆设备10 常用型号XB-1200。搅拌桩机30常用型号SBJ-Ⅱ。具体实施时，控制主机20 可以通过控制芯片加控制电路实现，还可以通过控制电路实现。
如图2所示，还可参见图1、图4、图5，本实施例中，所述自动切换装置 36包括：底座361、滑块364和拨块365。底座361为弧形，固定在所述钻杆 32上部的钻杆喷浆口34处。所述底座361中沿其轴线设有贯通两侧部的孔洞 362，以形成滑动空间。所述底座361的前端处具有贯通孔洞362的窗口363，用于露出部分滑块364。滑块364安装在所述孔洞362内，并可在所述滑动空间内滑动，以打开或关闭所述钻杆32上部的钻杆喷浆口34。拨块365固定在所述滑块364的前端处，并由所述窗口363向外伸出，以便于拨动滑块364。
本实施例中的拨块364的自动切换的实现过程，钻杆32向下钻进，逆时针钻进，拨块364受土的压力自动闭合；钻杆32向上钻进，顺时针钻进，拨块 364受土的压力自动打开。
发明人在实现本申请的过程中，还发现现有技术中还存在如下问题：沿桩径方向，桩身质量分布不均匀，通常桩身中心质量要高于边缘质量。即现有技术中还存在，由于浆液分布不均而导致的桩身强度差异问题。
经发明人研究发现产生上述问题的原因在于：现有搅拌桩施工设备通常为钻杆32中心点喷浆，依靠喷浆压力和叶片切削土体产生缝隙，使水泥浆液在桩身径向方向分布，造成水泥土质量在径向方向分布不均匀。
为了解决上述问题，本实施例中，如图1所示，还可参见图3、图4，在所述钻杆32最底部的搅拌叶片33处设有串珠状的叶片喷浆口37，串珠状的叶片喷浆口37与所述水泥浆液通道35相连通，以实现水泥浆液在桩身径向方向的均匀分布，进一步提高成桩质量。其中，串珠状的叶片喷浆口37是指多个叶片喷浆口37呈直线间隔布置。例如，本实施例中的第一叶片喷浆口371和第二叶片喷浆口372呈直线间隔布置，类似在线绳上串珠子。
更具体地，本实施例中，如图1所示，还可参见图3、图4，所述串珠状的叶片喷浆口37配置为若干不同直径的线性分布的叶片喷浆口37，并且距离所述钻杆32的中心轴越远，叶片喷浆口37的直径越大。例如，本实施例中，第二叶片喷浆口372的直径大于第一叶片喷浆口371的直径。
发明人在实现本申请的过程中还发现，现有的水泥土搅拌桩机喷浆量按单一流量控制，由于土层软硬的变化，钻进速率不一，喷浆量无法与地层变化匹配，造成浆量沿桩身深度分布不均。
为了解决上述问题，本实施例中，如图1所示，所述控制主机20配置成自动控制注浆量，还配置成实时钻杆32钻进速度、叶片转速、钻进深度及每点段浆量的自动匹配，以保证水泥浆液沿桩长均匀分布，进一步提高成桩质量。
参见图1-图6，本实施例还，提供了一种使用上述施工装置100的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法，按照如下步骤进行操作:
放样，根据施工图放出实样；
开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
将搅拌桩机30移动到待施工位置；
启动制浆设备10，按设计要求的水灰比制作水泥浆；
开启控制主机20，输入施工参数，控制主机20自动控制预先设置的数据，其中，预先设置的数据包括：钻进速度、每米喷浆量、总浆量分配及桩端设计标高；
开启搅拌桩机30的动力头31驱动钻头，边搅拌边喷水泥浆，其中，下沉钻进时，底部的钻杆喷浆口34喷浆、或叶片喷浆口37和底部的钻杆喷浆口34 喷浆，上部的钻杆喷浆口34关闭，钻进到设计桩底标高；
反转提升动力头31，自动切换装置36启动，上部的钻杆喷浆口34开始喷浆，边搅拌边喷水泥浆，提钻至桩顶标高，一次成桩；
一组结束，移至第二组继续施工，直至所有桩成桩完毕。
本申请提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法，通过在钻杆32上部的钻杆喷浆口34位置设置自动切换装置36，实现了下钻和上提过程转换喷浆自动，使得施工中的下钻和上提均为有效搅拌，从而保证水泥浆和土体充分搅拌。由此解决了水泥土搅拌桩施工过程中浆液和土体搅拌不均导致的桩身强度差异问题。本身实现了单次往复搅拌施工即可满足搅拌均匀性，由此极大地提高了水泥搅拌桩的施工功效，大大缩短了施工周期和节约了成本。
本申请中搅拌桩的单桩孔径可以是700mm。当然在其他实施例中，搅拌桩的单桩孔径还可以是400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、 700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、950mm、1000mm或1050mm等等其他尺寸的孔径，具体根据施工需要而定。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置(100)，其特征在于，包括：
制浆设备(10)，用于制备水泥浆，其具有输浆管(11)；
搅拌桩机(30)，用于提供搅拌动力，其包括：
动力头(31)，用于提供动力，以带动钻杆(32)旋转；
钻杆(32)，与所述动力头(31)相连，并通过所述动力头(31)驱动，所述钻杆(32)的内部中空，所述钻杆(32)的外表面固定有多个搅拌叶片(33)并形成搅拌叶片段，所述钻杆(32)中在搅拌叶片段所处的上部和底部位置对应设有钻杆喷浆口(34)，所述钻杆(32)的中空部至少设置一个水泥浆液通道(35)，所述水泥浆液通道(35)与所述钻杆喷浆口(34)相连通；
自动切换装置(36)，设置在所述钻杆(32)的上部的钻杆喷浆口(34)处，配置成在向下钻进时，所述自动切换装置(36)关闭上部的钻杆喷浆口(34)，实现底部的钻杆喷浆口(34)喷浆，在向上提升时，所述自动切换装置(36)打开上部的钻杆喷浆口(34)，实现上部的钻杆喷浆口(34)，以实现下钻和上提过程喷浆的自动转换；和
控制主机(20)，与所述制浆设备(10)及所述搅拌桩机(30)的动力头(31)相连，配置成控制所述制浆设备(10)的出浆量及控制所述动力头(31)的运转。
2.根据权利要求1所述的施工装置(100)，其特征在于，所述自动切换装置(36)包括：
底座(361)，为弧形，固定在所述钻杆(32)上部的钻杆喷浆口(34)处，所述底座(361)中沿其轴线设有贯通两侧部的孔洞(362)，以形成滑动空间，所述底座(361)的前端处具有贯通孔洞(362)的窗口(363)，用于露出部分滑块(364)；
滑块(364)，安装在所述孔洞(362)内，并可在所述滑动空间内滑动，以打开或关闭所述钻杆(32)上部的钻杆喷浆口(34)；和
拨块(365)，固定在所述滑块(364)的前端处，并由所述窗口(363)向外伸出。
3.根据权利要求1所述的施工装置(100)，其特征在于，在所述钻杆(32)最底部的搅拌叶片(33)处设有串珠状的叶片喷浆口(37)，串珠状的叶片喷浆口(37)与所述水泥浆液通道(35)相连通，以实现水泥浆液在桩身径向方向的均匀分布。
4.根据权利要求3所述的施工装置(100)，其特征在于，所述串珠状的叶片喷浆口(37)配置为若干不同直径的线性分布的叶片喷浆口(37)，并且距离所述钻杆(32)的中心轴越远，叶片喷浆口(37)的直径越大。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的施工装置(100)，其特征在于，所述控制主机(20)配置成自动控制注浆量，还配置成实时钻杆(32)钻进速度、叶片转速、钻进深度及每点段浆量的自动匹配，以保证水泥浆液沿桩长均匀分布。
6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的施工装置(100)的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法，其特征在于，按照如下步骤进行操作:
放样，根据施工图放出实样；
开沟槽，根据图纸要求开沟槽；
将搅拌桩机(30)移动到待施工位置；
启动制浆设备(10)，按设计要求的水灰比制作水泥浆；
开启控制主机(20)，输入施工参数，控制主机(20)自动控制预先设置的数据；
开启搅拌桩机(30)的动力头(31)驱动钻头，边搅拌边喷水泥浆，其中，下沉钻进时，底部的钻杆喷浆口(34)喷浆、或叶片喷浆口(37)和底部的钻杆喷浆口(34)喷浆，上部的钻杆喷浆口(34)关闭，钻进到设计桩底标高；
反转提升动力头(31)，自动切换装置(36)启动，上部的钻杆喷浆口(34)开始喷浆，边搅拌边喷水泥浆，提钻至桩顶标高，一次成桩；
一组结束，移至第二组继续施工，直至所有桩成桩完毕。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，控制主机(20)自动控制预先设置的数据包括：钻进速度、每米喷浆量、总浆量分配及桩端设计标高。
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