CN111305761A - 一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，多轴旋喷钻具包含两根或两根以上的钻杆和旋喷钻头，每根钻杆上配置一只旋喷钻头；钻杆布置的间距大于5倍的钻杆直径，钻杆的直径不小于80mm；钻头具有中空内腔的旋转轴和切削翼；钻头上设置有喷嘴，喷嘴包括喷气口和喷浆口；所述喷气口环绕喷浆口布置；钻杆为中空钻杆，中间布置有压缩空气和高压浆液的输送管道；同步施工的多根旋喷桩横截面呈圆形或扇形。该专利具有施工质量安全可靠的社会效益，同时能降低造价和缩短工期，具有重大的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是地基加固与止水帷幕的旋喷桩施工机具与方法。
背景技术
在建筑工程中中，高压旋喷桩加固软土地基或形成连接的止水帷幕，被普遍使用。目前常用的高压旋喷桩施工机具均为单轴旋喷机具，分为单管旋喷、双管旋喷和三管旋喷。超高压旋喷主要有MJS工法，RJP工法及N-JET工法均是单轴旋喷机具。
与搅拌桩相比，旋喷桩具有施工设备轻体积小、易移动等特点，能针对具体加固位置进行定向、定位加固，可以在低矮的空间内施工，用于止水时，可以在漏水部位进行定向旋喷堵水等优点，但也存在不少缺点，如旋喷桩的施工效率低、用工量大、相互搭接的旋喷桩易开叉、多台施工设备同时施工发生相互影响等问题。
随着地下空间的开发强度加大和交通工程建设量的增加，对高压旋喷桩的应用需求越来越多。工程界亟需寻找一种能高效施工的旋喷机具及施工方法，减少人力成本，既能克服传统高压旋喷桩施工质量和效率存在的不足，又能降低造价，加快施工速度，实现文明施工的目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有高压旋喷桩施工质量和效率存在的不足，提供一种多轴旋喷机具及多根旋喷桩同时施工的方法。
为达到上述目的，本专利采用的技术方案是：
所述的多轴旋喷钻具包含两根或两根以上的钻杆和钻头，每根钻杆上配置一只钻头；钻杆布置的间距大于5倍的钻杆直径，钻杆的直径不小于80mm；所述的钻头具有中空内腔的旋转轴和切削翼；所述的钻头上设置有喷嘴，所述喷嘴包括喷气口和喷浆口；所述喷气口环绕喷浆口布置；所述的钻杆为中空钻杆，中间布置有压缩空气和高压浆液的输送管道。
所述的同步施工多根旋喷桩的横截面呈圆形或扇形。
所述的多根钻杆的驱动设备是共享的，多根钻杆在驱动位置是相联的。
所述的多轴钻杆是按一定间距排列的多根钻杆，钻杆的数量和间距均可以调整，按设计和工程要求的旋喷桩分布间距来布置钻杆。
所述的每只钻头和连接的钻杆是相互独立的，其上的喷嘴独立工作。
所述的多根钻杆的驱动设备是独立的，钻杆和钻头之间的距离能调整，同步钻进和回退。
进一步，多轴钻杆是按一定间距排列的，拆除中间的钻杆，增加了钻杆的间距，建成的旋喷桩间距也相应增加。
所述的驱动多根钻杆的钻机上共用一个可变角度的导向架，使多根钻杆和钻头按相同的方向工作，并同步钻进和回退。
所述的在喷浆嘴的上方设置有喷水嘴，喷射高压水流。
所述的钻头的回浆阀和吸浆口设置在喷嘴后方，吸浆口与喷浆口布置的轴向间距大于200mm；平面方向相差180度。
所述的多只旋喷钻头能同时钻出多个钻孔，通过喷嘴工作形成多根相互独立的或相互咬合的旋喷桩。
所述的多根旋喷桩同步施工方法是按以下步骤进行：
第一步：旋喷桩中心定位；
第二步：按照设计的旋喷桩间距，确定钻杆排列的间距，当地层较松弱时，直接用旋喷钻头钻孔；当地层较硬时，需先使用引孔钻机引孔。
第三步：多轴旋喷钻机驱动一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法到达桩底时，打开高压注浆泵和空气压缩机，通过管道将压缩空气和高压浆液输送到喷嘴处，产生气幕和浆液射流，切削和混合破碎的岩土颗粒，形成旋喷桩；进一步，如果需要快速形成较大的旋喷桩径时，应打开高压水喷嘴喷射高压水射流对地层进行预切割和破碎。
第四步：按照设计要求的旋喷桩直径来确定的回退速度，回抽钻杆，形成连续的旋喷桩；
第五步：当邻近设施对旋喷产生的扰动较敏感时，旋喷产生的过高的地层压力，应打开回浆阀，抽排返浆，以减少旋喷过程产生的地层膨胀；
第六步：当旋喷桩达到上部位置时，关闭注浆泵和空气压缩机，拔出多轴的旋喷钻具，移动到下一个桩位。
与现有技术相比，该发明能减少人力成本，提高高压旋喷桩施工质量和效率，从而降低造价，加快施工速度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1二轴高压旋喷钻具及共用动力装置的结构。
图2三轴高压旋喷钻具及共用动力装置的结构。
图3三轴高压旋喷钻具及动力装置相互独立的结构示意图。
图4带有回吸浆阀的高压旋喷钻具示意图。
图5三根分离式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图6二根分离式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图7三根相互交接式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图8二根相互交接式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图9四根分离式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图10四根相互交接式高压桩同时施工的成桩平面示意图。
图中：1—旋喷钻头，11—削剥翼，12—喷气嘴，13—-喷浆嘴，14—喷水嘴，2—钻杆，21—液压驱动链条，22—多轴钻杆托架，23—导向滑块，24—传力连轴器，25—驱动电机，26—输浆输气管，3—吸浆阀，4—旋喷桩，5—浆液射流，6—压缩空气幕。
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。
多轴的高压旋喷钻具是由钻旋喷钻头1、钻杆2和动力装置组成。多根钻杆2放置于多轴钻杆托架22上，钻杆2被固于定位导向滑块23内。在钻杆2的顶部连接有传力连轴器24、驱动电机25、输浆输气管26和液压驱动链条21，从而使多根钻杆沿着托架22给定的倾角，在地层中旋转中钻进或旋转中后退，如图1、图2和图3所示。
在钻杆2的下端连接有钻头2，钻头2上焊接有切削翼11，安装有喷气嘴12、喷浆嘴13和喷水嘴14，如图4所示。
每个钻杆2连接一个钻头1，在多根钻杆2的驱动下，带动多只钻头1沿着确定的方向和位置向地层中钻进，到达设计的旋喷桩底位置时，打开高压注浆泵和空气压缩机，沿中空钻杆中的管道向喷嘴输送，并在喷嘴中喷出形成压缩空气幕6和浆液射流5，射流，切削和破碎地层，并与固化剂(水泥等)浆液混合，形成一定直径的旋喷桩体4，如图4所示。
当旋喷桩4周边的构筑物或建筑物对地层的扰动敏感时，依赖钻杆2与钻孔壁之间的间隙返浆难于满足要求，为此，在钻头处加一个吸浆阀4，打开吸浆阀4，即可通过钻杆2内的管道排出废浆，从而使旋喷处的地层压力处理平衡状态，消除地层膨胀引起对邻近构造物、管线和建筑物的影响，如图4所示。
实例一、同时施工多根分离式旋喷桩
为了提高施工效率，需要同时施工多根分离式旋喷旋桩4，钻杆的间距需按设计要求的旋喷桩间距确定。
采用图3所示的旋喷桩钻具，可以同时施工3根旋喷桩，成桩的平面布置如图5所示。
采用二轴旋喷桩钻具，可以同时施工2根相互独立的旋喷桩，成桩的平面布置如图6所示。
采用矩形分布的四轴搅拌桩钻具，可以可以同时施工4根旋喷桩，4根分离式旋喷桩的成桩平面布置如图9所示。
实例二、同时施工多根相互交结式旋喷桩
为了提高施工效率，需要同时施工多根相互咬合式旋喷旋桩4，桩径及搭接的间距需按设计要求确定。
采用图1所示的旋喷桩钻具，可以同时施工2根旋喷桩，成桩的平面布置如图8所示。
采用图2所示的旋喷桩钻具，可以同时施工3根旋喷桩，成桩的平面布置如图7所示。
采用矩形分布的四轴搅拌桩钻具，可以可以同时施工4根相互咬合的旋喷桩，4根旋喷桩的成桩平面布置如图10所示。
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，本发明不受上述实施例的限制，上述实施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 (10)
1.一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，多轴旋喷钻具包含两根或两根以上的钻杆和旋喷钻头，每根钻杆上配置一只旋喷钻头；钻杆布置的间距大于5倍的钻杆直径，钻杆的直径不小于80mm；所述的钻头具有中空内腔的旋转轴和切削翼；所述的钻头上设置有喷嘴，所述喷嘴包括喷气口和喷浆口；所述喷气口环绕喷浆口布置；所述的钻杆为中空钻杆，中间布置有压缩空气和高压浆液的输送管道；同步施工的多根旋喷桩横截面呈圆形或扇形。
2.根据权利要求1中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，每只钻头和连接的钻杆是相互独立的，钻头上的喷嘴独立工作。
3.根据权利要求1中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，多根钻杆的驱动设备是共享的，多根钻杆在驱动位置是相联的。
4.根据权利要求4中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，多根钻杆的驱动设备是独立的，钻杆之间的距离能调整，同步钻进和回退。
5.根据权利要求3中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，驱动多根钻杆的钻机上共用一个可变角度的导向架，使多根钻杆和钻头按相同的方向工作，并同步钻进和回退。
6.根据权利要求1所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，在喷浆嘴的上方设置有喷水嘴，喷射高压水流。
7.根据权利要求1中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，在钻头的喷嘴后方设置有回浆阀和吸浆口，吸浆口与喷浆口布置的轴向间距大于200mm；平面位置相差180度。
8.根据权利要求1中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，多只旋喷钻头能同时钻出多个钻孔，通过喷嘴工作形成多根相互独立的或相互咬合的旋喷桩。
9.根据权利要求1所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征是，按以下步骤进行：
第一步：旋喷桩中心定位；
第二步：确定钻杆之间的间距，当地层较松弱时，直接使用旋喷钻头钻孔；当地层较硬时，需先使用引孔钻机引孔。
第三步：使用多轴旋喷钻机驱动多轴旋喷钻具，当钻头到达桩底时，打开高压注浆泵和空气压缩机，通过管道将压缩空气和高压浆液输送到喷嘴处，产生气幕和浆液射流，切削和混合破碎的岩土颗粒，形成旋喷桩体；
进一步，如果需要快速形成较大的旋喷桩径时，应打开高压水喷嘴喷射高压水射流对地层进行预切割和破碎。
第四步：按照设计要求的旋喷桩直径来确定钻杆的回退速度，回抽钻杆，形成连续的旋喷桩；
第五步：当邻近设施对旋喷产生的扰动较敏感时，在旋喷产生的地层压力较大时，应打开回浆阀，抽排返浆，以减少旋喷过程产生的地层膨胀；
第六步：当旋喷桩达到上部位置时，关闭注浆泵和空气压缩机，拔出多轴的旋喷钻具，移动到下一个桩位。
10.根据权利要求1中所述的一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，其特征在于，多轴钻杆是按一定间距排列的，钻杆的数量和间距均可以调整，按设计和工程要求的旋喷桩分布间距来布置钻杆。
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