CN111549761A - 高压喷射注浆加切削扩径装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压喷射注浆加切削扩径装置，包括有相连通的容置腔和高压水通道的主干、有一对刀柄和多刀头的切削扩径刀、刀柄张合机构，借助于通过高压水通道输入的高压水的水压切换，一对刀柄能够在刀柄张合机构的作用下在闭合状态和张开状态之间转换，从而使得切削扩径刀处于在引孔下钻状态和切削扩径状态之间转换。本发明刀柄处于闭合状态时，切削扩径刀可对土体的切削功能自行引孔下钻，无需专用引孔设备、无需更换喷浆钻具，从而节省成本和施工时间；刀柄处于张开状态时，切削扩径刀可切削目标桩径内喷射流未剥落的土体并对水泥浆液与剥落土体进行搅拌混合，确保成桩直径和混合均匀，确保施工质量及进度。

Description

高压喷射注浆加切削扩径装置

技术领域

本发明涉及钻具领域，具体地说涉及一种高压喷射注浆加切削扩径装置。

背景技术

高压喷射注浆法，在我国简称高喷法或旋喷法，是用高压水泥浆通过钻杆由喷嘴喷出、形成喷射流、以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固的地基处理方法。具体过程为：利用钻机将旋喷钻杆及旋喷钻头钻入岩土预定深度，水泥浆液通过高压注浆泵由旋喷钻头的喷嘴中高速喷射出来，以形成高能量喷射流并直接破坏土体。当喷射流所产生的压强大于土层结构强度时，土层剥落。少部分剥落的土粒随浆液冒出地面，其余土粒在喷射流作用下，与浆液搅拌混合，并按一定比例和质量有规律地重新混合。浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。

然而，由于地质情况多变，在不同区域、不同深度的土层地质软硬程度不同，在同一根旋喷桩中，在不同的深度，喷射浆液所剥落的土体直径会有很大的差异，或有局部区域未能切割剥落，不能形成有效圆柱状的固结体，致使难以达到良好的地质改良效果。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种既能有效地喷射切割的土体、又能切削喷射后未剥落的土体并对水泥浆液与剥落土体进行搅拌混合、使成桩桩径均匀且无加固盲区的高压喷射注浆加切削扩径装置将是有利的。

为实现上述目的，本发明提供一种高压喷射注浆加切削扩径装置，其特点在于包括:

用于连接至钻杆的主杆，该主杆具有位于其前端的容置腔、位于其后端并与容置腔轴向连通的高压水通道、围绕高压水通道设置的注浆通道、围绕注浆通道设置的压缩气通道、与注浆通道导通并沿主杆周向均匀布置的至少两个喷浆喷嘴、与高压水通道和压缩气通道分别导通并沿主杆周向均匀布置的至少两个气水同轴喷嘴；

切削扩径刀，其包括左右对称地布置在主杆前端外侧的一对刀柄,每个刀柄上设置有多个刀头；

刀柄张合机构，其包括位于容置腔的前端处的复位弹簧、位于复位弹簧后侧的刀柄活塞、与刀柄活塞固定连接并与一对刀柄活动连接的连杆组件、对应一对刀柄设置于主杆侧壁上的一对轴向开口，刀柄活塞和容置腔的后端面之间形成水压腔室，连杆组件能够沿着该一对轴向开口进行轴向移动；

其中，借助于通过高压水通道输入的高压水从第一水压切换至第二水压，一对刀柄能够从闭合状态切换至张开状态，当具有第一水压的高压水经由高压水通道进入水压腔室而顶抵刀柄活塞时，该第一水压不足以推动刀柄活塞来压缩复位弹簧，复位弹簧处于复位状态，连杆组件处于第一位置，一对刀柄处于闭合状态，从而使得切削扩径刀处于引孔下钻状态；当具有第二水压的高压水经由高压水通道进入水压腔室而顶抵刀柄活塞时，该第二水压足以推动刀柄活塞来挤压复位弹簧使其从复位状态进入压缩状态，同时刀柄活塞带动连杆组件轴向移动使其从第一位置进入第二位置以驱动一对刀柄从闭合状态打开进入张开状态，从而使得切削扩径刀从引孔下钻状态进入切削扩径状态。

进一步，连杆组件包括中间连杆和一对翼杆，该中间连杆用于固定连接一对刀柄的后端部，每个翼杆一端枢轴连接主杆、另一端枢轴连接一个刀柄，使得当刀柄活塞在具有第二水压的高压水的顶抵下轴向移动时，该中间连杆能够沿着一对轴向开口轴向移动从而驱动一对刀柄从闭合状态进入张开状态。

再进一步，每个刀柄具有截头锥形前端部，并且一对刀柄的截头锥形前端部彼此贴接。

另进一步，刀柄活塞具有轴向杆部、位于轴向杆部两端的前固定板和后活塞板，在该后活塞板和容置腔的后端面之间形成水压腔室。

再进一步，复位弹簧一端固定在容置腔的前端面上、另一端固定在刀柄活塞的前固定板上。

还进一步，上述至少两个喷浆喷嘴为一对喷浆喷嘴，上述至少两个气水同轴喷嘴为一对气水同轴喷嘴，该一对喷浆喷嘴和一对气水同轴喷嘴轴向间隔设置，并且，一对喷浆喷嘴位于一对气水同轴喷嘴的前侧。

还又进一步，上述气水同轴喷嘴包括中心高压水孔和围绕该中心高压水孔设置的外围压缩气孔。

本发明的有益效果：

1）切削扩径刀处于闭合状态时，高压喷射注浆加切削扩径装置可以利用切削扩径刀对土体的切削功能自行引孔下钻，节省了采购专用引孔设备的成本，并且节省了引孔后重新更换喷浆钻具所占用的施工时间；

2）切削扩径刀处于张开状态时，可以切削目标桩径内喷射流未剥落的土体并对水泥浆液与剥落土体进行搅拌混合，确保成桩直径和混合均匀，确保施工质量及进度。

通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明

本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是根据本发明的一个实施方式的高压喷射注浆加切削扩径装置的结构示意图，该图中刀柄处于闭合状态从而切削扩径刀处于引孔下钻状态；

图2是类似于图1的视图，但该图中刀柄处于张开状态从而切削扩径刀处于切削扩径状态。

具体实施方式

下面将结合附图来描述本发明的具体实施方式。

应当注意到，在本文中，用于解释所揭露实施方式的各个部分的结构和/或动作的方向表示，诸如“前”、“后”、“左”、“右”等等，并不是绝对的，而是相对的。当所揭露实施方式的各个部分位于图中所示位置时，这些表示是合适的。如果所揭露实施方式的位置或参照系改变，这些表示也要根据所揭露实施方式的位置或参照系的改变而发生改变。

如图1和图2所示，本发明提供一种高压喷射注浆加切削扩径装置，其包括主杆1、切削扩径刀3、刀柄张合机构5，其中，主杆1设置成用于连接至钻杆（图未示），该主杆1具有位于其前端的容置腔10、位于其后端并与容置腔10轴向连通的高压水通道12、围绕高压水通道12设置的注浆通道14、围绕注浆通道14设置的压缩气通道16、与注浆通道14导通并沿主杆1周向均匀布置的一对喷浆喷嘴15、与高压水通道12和压缩气通道16分别导通并沿主杆1周向均匀布置的一对气水同轴喷嘴17；切削扩径刀3包括左右对称地布置在主杆1前端外侧的一对刀柄30,每个刀柄30上设置有多个刀头32；刀柄张合机构5包括对应一对刀柄30设置于主杆1侧壁上的一对轴向开口51、位于容置腔10的前端处的复位弹簧53、位于复位弹簧53后侧的刀柄活塞55、与刀柄活塞55固定连接并与一对刀柄30活动连接的连杆组件57，刀柄活塞55和容置腔10的后端面104之间形成水压腔室11，连杆组件57能够沿着该一对轴向开口51进行轴向移动。

如图1和图2所示，本实施方式的高压喷射注浆加切削扩径装置设置成：借助于通过高压水通道12输入的高压水从第一水压切换至第二水压，一对刀柄30能够从闭合状态（见图1）切换至张开状态（见图2），当具有第一水压的高压水经由高压水通道12进入水压腔室11而顶抵刀柄活塞55时，该第一水压设置成不足以推动刀柄活塞55来压缩复位弹簧53，复位弹簧53处于复位状态，连杆组件57处于第一位置，一对刀柄30处于闭合状态，从而使得切削扩径刀3处于引孔下钻状态，如图1所示；当具有第二水压的高压水经由高压水通道12进入水压腔室11而顶抵刀柄活塞55时，该第二水压设置成足以推动刀柄活塞55来挤压复位弹簧53使其从复位状态进入压缩状态，同时刀柄活塞55带动连杆组件57轴向移动使其从第一位置进入第二位置，以驱动一对刀柄30从闭合状态打开进入张开状态，从而使得切削扩径刀3从引孔下钻状态进入切削扩径状态，如图2所示。

再如图1所示，连杆组件57包括中间连杆570和一对翼杆572，该中间连杆570用于固定连接一对刀柄30的后端部，每个翼杆572一端枢轴连接主杆1、另一端枢轴连接其中一个刀柄30，使得当刀柄活塞55在具有第二水压的高压水的顶抵下轴向移动时，该中间连杆570能够沿着该一对轴向开口51轴向移动，从而驱动一对刀柄30从闭合状态进入张开状态。

如图1和图2所示，每个刀柄30具有部分截头锥形前端部301，并且一对刀柄的部分截头锥形前端部彼此贴接。需要说明的是，在本实施方式中，之所以刀柄30的前端部呈部分截头锥形，是因为刀柄30本身是片状体，而非包绕主杆1的包绕体。另外，在本实施方式中，刀柄活塞55具有轴向杆部550、位于轴向杆部550两端的前固定板553和后活塞板554，在该后活塞板554和容置腔10的后端面104之间形成水压腔室11。复位弹簧53一端固定在容置腔10的前端面13上、另一端固定在刀柄活塞55的前固定板553上。

再图1和图2所示，一对喷浆喷嘴15和一对气水同轴喷嘴17轴向间隔设置，并且，一对喷浆喷嘴15位于一对气水同轴喷嘴17的前侧。当然，应当理解的是，喷浆喷嘴15和气水同轴喷嘴17各自的数量在另外的实施方式中根据需要可以是多个，例如三个或五个，只要在主杆1的周向上均匀分布即可，均布设置的目的是为了使受力均匀，提高产品使用稳定性。另外，需要说明的是，气水同轴喷嘴17包括中心高压水孔和围绕中心高压水孔设置的外围压缩气孔，从而用于分别向外喷射压缩气体和高压水，高压水在外围压缩气体的保护下喷出。

下面介绍一下本实施方式的高压喷射注浆加切削扩径装置的工作过程：

工作时，高压水（在本实施方式中为高压的清水）经由本实施方式的高压喷射注浆加切削扩径装置的高压水通道12进入水压腔室11，此时清水具有第一水压，该第一水压对刀柄活塞55实施的推力小于复位弹簧53的弹簧力，复位弹簧53处于复位状态，刀柄张合机构5的连杆组件57处于第一位置（即连杆组件57的中间连杆570处于最靠近轴向开口51后侧的位置），切削扩径刀3的刀柄30处于闭合状态，即切削扩径刀3处于引孔下钻状态，如图1所示；

高压喷射注浆加切削扩径装置边旋转边下压，切削扩径刀3不断破坏土体，清水通过气水共轴喷嘴17喷出来用于给切削扩径刀3降温，并帮助排出切削扩径刀3切削剥落的土体；

当钻进深度达到目标深度后，提高清水的水压至第二水压，具有第二水压的清水经高压水通道12进入水压腔室11，此时该第二水压对刀柄活塞55实施的推力大于复位弹簧53的弹簧力，从而向前挤压（图中向左）复位弹簧53直到复位弹簧53处于图2所示的压缩状态，带动连杆组件57的中间连杆570向前（图中向左，实际工作中向下）轴向移动，进而带动连杆组件57的翼杆572绕其枢轴连接主杆1的那一端逆时针转动，从而使得连杆组件57进入第二位置（即连杆组件57的中间连杆570处于最靠近轴向开口51前侧的位置），打开切削扩径刀3的刀柄30使其处于张开状态，即切削扩径刀3处于切削扩径状态，如图2所示；

这时，水泥浆液经由注浆通道14，高速通过喷浆喷嘴15后喷出，以形成具有一定压力和流量的水泥浆液；

与此同时，清水和压缩气体分别经高压水通道12和压缩气通道16高速通过气水同轴喷嘴17后一同喷出，以形成有压缩气体保护的高压水喷射流，以对土体进行破坏；

在不断破坏土体的过程中，高压喷射注浆加切削扩径装置边旋转边提升，切削扩径刀3切削目标桩径内高压水喷射流未剥落的土体、并对水泥浆液与剥落土体进行搅拌混合，在土中形成一定直径的水泥土柱状固结体。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于包括:

用于连接至钻杆的主杆，该主杆具有位于其前端的容置腔、位于其后端并与容置腔轴向连通的高压水通道、围绕高压水通道设置的注浆通道、围绕注浆通道设置的压缩气通道、与注浆通道导通并沿主杆周向均匀布置的至少两个喷浆喷嘴、与高压水通道和压缩气通道分别导通并沿主杆周向均匀布置的至少两个气水同轴喷嘴；

切削扩径刀，其包括左右对称地布置在主杆前端外侧的一对刀柄,每个刀柄上设置有多个刀头；

刀柄张合机构，其包括位于容置腔的前端处的复位弹簧、位于复位弹簧后侧的刀柄活塞、与刀柄活塞固定连接并与一对刀柄活动连接的连杆组件、对应一对刀柄设置于主杆侧壁上的一对轴向开口，刀柄活塞和容置腔的后端面之间形成水压腔室，连杆组件能够沿着该一对轴向开口进行轴向移动；

其中，借助于通过高压水通道输入的高压水从第一水压切换至第二水压，一对刀柄能够从闭合状态切换至张开状态，当具有第一水压的高压水经由高压水通道进入水压腔室而顶抵刀柄活塞时，该第一水压不足以推动刀柄活塞来压缩复位弹簧，复位弹簧处于复位状态，连杆组件处于第一位置，一对刀柄处于闭合状态，从而使得切削扩径刀处于引孔下钻状态；当具有第二水压的高压水经由高压水通道进入水压腔室而顶抵刀柄活塞时，该第二水压足以推动刀柄活塞来挤压复位弹簧使其从复位状态进入压缩状态，同时刀柄活塞带动连杆组件轴向移动使其从第一位置进入第二位置以驱动一对刀柄从闭合状态打开进入张开状态，从而使得切削扩径刀从引孔下钻状态进入切削扩径状态。

2.如权利要求1所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述连杆组件包括中间连杆和一对翼杆，该中间连杆用于固定连接所述一对刀柄的后端部，每个翼杆一端枢轴连接所述主杆、另一端枢轴连接一个所述刀柄，使得当所述刀柄活塞在具有所述第二水压的所述高压水的顶抵下轴向移动时，该中间连杆能够沿着所述一对轴向开口轴向移动从而驱动所述一对刀柄从所述闭合状态进入所述张开状态。

3.如权利要求1或2所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，每个所述刀柄具有截头锥形前端部，并且所述一对所述刀柄的截头锥形前端部彼此贴接。

4.如权利要求1或2所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述刀柄活塞具有轴向杆部、位于轴向杆部两端的前固定板和后活塞板，在该后活塞板和所述容置腔的所述后端面之间形成所述水压腔室。

5.如权利要求4所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述复位弹簧一端固定在所述容置腔的前端面上、另一端固定在所述刀柄活塞的所述前固定板上。

6.如权利要求1或2所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述至少两个喷浆喷嘴为一对喷浆喷嘴，所述至少两个气水同轴喷嘴为一对气水同轴喷嘴。

7.如权利要求6所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述一对喷浆喷嘴和所述一对气水同轴喷嘴轴向间隔设置，并且，所述一对喷浆喷嘴位于所述一对气水同轴喷嘴的前侧。

8.如权利要求7所述的高压喷射注浆加切削扩径装置，其特征在于，所述气水同轴喷嘴包括中心高压水孔和围绕该中心高压水孔设置的外围压缩气孔。

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