CN113187399A - 地下注浆成桩多用钻头及指定桩径喷射系统工法 - Google Patents

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Abstract

本发明体涉及岩土施工机械设备技术领域的一种地下注浆成桩多用钻头及指定桩径喷射系统工法，在现有RJP与MJS两种施工工艺的基础上，采用新型的具有RJP与MJS工艺共用的地下注浆成桩多用钻头，通过指定桩径喷射系统工法控制双主浆喷嘴(或多主浆喷嘴)的喷嘴间距、喷射角度可调的喷射方式实现指定桩径成桩功能。本发明具有适用大流量、大桩径工法、桩径大小可调控和成桩效果好等优点。

Description

地下注浆成桩多用钻头及指定桩径喷射系统工法
技术领域
本发明涉及岩土施工机械设备技术领域的一种地下注浆成桩多用钻头及指定桩径喷射系统工法。
背景技术
随着岩土施工领域的高压旋喷施工工艺的发展，旋喷成桩工艺向大直径大深度方向发展，RJP工艺(Rodin Jet Pile)和MJS工艺(Metro Jet Syetem)的基本原理均以超高压喷射流体为动能，将土层的组织结构破环，被破坏的土粒与浆液混合搅拌，凝固后便在地层中形成固结体。现有技术中RJP与MJS根据其工艺特性，分别使用各自独立的钻头和钻具，这不但增加了设备的成本，也在施工工艺切换时增加了更换的工作量，影响施工进度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，采用可供地下注浆成桩多用钻头而形成的新型工法，主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径，从而实现定桩径喷射系统工法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种地下注浆成桩多用钻头，通过地下注浆成桩多用钻头实现RJP与MJS两种施工工艺的成桩操作方法，其特征在于：所述地下注浆成桩多用钻头包括倒吸气段、上切削水段、回浆段、过渡段、出浆段和下切削水段，通过螺栓依次连接成地下注浆成桩多用钻头，地下注浆成桩多用钻头倒吸气段的端面设有主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔，主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔分别与钻头内对应的工艺管道相贯通；上切削水段上设有上切削水出口，上切削水出口通过切削水输送管道与上切削水孔连通；回浆段上设有回浆口，回浆口通过回浆管道与回浆孔连通；过渡段内设有地内压传感器，地内压传感器的数据线通过监测数据线孔道连接至控制台；出浆段上设有2个或2个以上主浆喷嘴，主浆喷嘴通过主浆管道与主浆孔连通，主浆气通过管道与主浆气孔连通；下切削水段设有横切削喷嘴，横切削喷嘴通过下切削水管道与下切削水孔连通，2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过调整喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径；对上述技术方案做进一步的说明：所述地下注浆成桩多用钻头为MJS和RJP共用双用钻头，回浆段的回浆口上设有封板，用于MJS施工工艺时封板为带开孔倒吸泥口封板，用于RJP施工工艺时封板为全密封倒吸泥口封板；对上述技术方案做进一步的说明：所述下切削水段带有横切削喷嘴和轴向切削喷嘴，且端部设有引钻段固定螺栓口，引钻段由螺栓固定在钻头上；对上述技术方案做进一步的说明：所述出浆段上设有2个或2个以上主浆喷嘴，每个主浆喷嘴带主气；对上述技术方案做进一步的说明：所述2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径，达到指定桩径喷射的目的。
一种通过地下注浆成桩多用钻头实现RJP与MJS两种施工工艺的指定桩径喷射系统工法，
其操作方法包括如下步骤：
1)钻机引孔
放样，用钻机取芯钻孔；
2)下旋外套管；
3)回推外套管；
4)下旋钻杆；
5)喷射注浆至回推套管底；
6)再次回撤外套管；
7)再次喷射注浆至回推套管底；
8)下旋全部外套管；
9)喷射注浆至预定高度。
对上述技术方案做进一步的说明：所述地下注浆指定桩径喷射系统工法，喷射初始压力为40MPa或40Mpa以上,流量为90-130L/MIN或90-130L/MIN以上,使用双喷嘴喷射，每米喷射时间为30-40min，平均提升速度2.5-3.3CM/MIN，或根据成桩要求调整，喷射流能量大，作用时间长。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、可以全方位进行高压喷射注浆施工，可以进行垂直、水平、倾斜、任意角度的施工；
2、桩径大，桩身质量好。喷射初始压力达到40MPa或更高,流量90-130L/MIN或更大,使用双喷嘴喷射，每米喷射时间30-40min(平均提升速度2.5-3.3CM/MIN)或根据成桩要求调整,喷射流能量大，作用时间长，再加上稳定的同轴高压空气的保护和对地内压的调整，使得指定桩径喷射系统工法成桩直径较大，可达2--2.8米(砂土N＜70,粘土C＜50)，由于直接使用水泥浆液进行喷射，其桩身质量好，强度指标大于1.5MPa；
3、对周边环境影响小，超深施工有保障。指定桩径喷射系统工法通过地内压监测，对地内压进行调控，可以大幅度减少施工对周围环境的扰动，并保证对超深施工的效果。
4、桩径可控和成桩效果好，2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径。
适用范围
适用于淤泥、淤泥质粘土、粘性土、粉土、黄土、沙土、人工填土等土层的地基处理。
附图说明
图1为指定桩径喷射系统工法施工流程图。
图2为指定桩径喷射系统工法(MJS工法应用)。
图3为指定桩径喷射系统工法(MJS施工流程图)。
图4为指定桩径喷射系统工法(RJP工法应用)。
图5为指定桩径喷射系统工法(RJP施工流程图)。
图6为地下注浆喷射MJS工法流程图。
图7为地下注浆喷射RJP工法流程图。
图8为指定桩径喷射系统NMJS多用钻头结构图。
图9为指定桩径喷射系统NMJS多用钻头工作原理示意图。
图10为指定桩径喷射系统NMJS多用钻头倒吸气段的端面结构图。
图11为指定桩径喷射系统NMJS多用钻头原理功能图。
图中：倒吸气段1、上切削水段2、回浆段3、过渡段4、出浆段5、下切削水段6、上切削水出口7、回浆口8、地内压传感器9、主浆喷嘴(1)10、主浆喷嘴(2)11、横切削喷嘴12、模拟浆液13、主浆气孔14、主浆孔(1)15、主浆孔(2)16、回浆孔17、上切削水孔18、倒吸气孔19、倒吸水与下切削水孔共用孔20、数据线孔21和安装孔22。
具体实施方式
下面结合附图和具体应用实施例对本发明的内容做进一步的说明：附图所示为本发明的地下注浆指定桩径喷射系统工法SJS,MJS/RJP工艺流程图与施工流程图和地下注浆成桩多用钻头结构原理图，地下注浆成桩多用钻头包括倒吸气段1、上切削水段2、回浆段3、过渡段4、出浆段5、下切削水段6、上切削水出口7、回浆口8、地内压传感器9、主浆喷嘴(1)10、主浆喷嘴(2)11、横切削喷嘴12、模拟浆液13、主浆气孔14、主浆孔(1)15、主浆孔(2)16、回浆孔17、上切削水孔18、倒吸气孔19、倒吸水与下切削水孔共用孔20、数据线孔21和安装孔22。
在原来的RJP工艺(Rodin Jet Pile)和MJS工艺(Metro Jet Syetem)中所用钻头更换为一种地下注浆成桩多用钻头而实现定桩径喷射系统工法，该多用钻头由多段功能部件组合而成，通过螺栓依次连接成地下注浆成桩地下注浆成桩多用钻头，包括倒吸气段、上切削水段、回浆段、过渡段、出浆段和下切削水段，倒吸气段的端面设有主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔，主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔分别与钻头内对应的工艺管道相贯通；钻头中设有工艺管道，工艺管道包括上切削水输送孔道、倒吸空气输送孔道、下切削水输送孔道、监测数据线孔道、喷浆液输送孔道、倒吸水输送孔道、主气输送孔道和倒吸泥输送孔道，每个孔道出口位于倒吸气段的端面上；孔道的另一端与上切削水出口、回浆口、地内压传感器、主浆喷嘴(1)、主浆喷嘴(2)和横切削喷嘴贯通；上切削水段上设有上切削水出口，上切削水出口通过切削水输送管道与上切削水孔连通；回浆段上设有回浆口，回浆口通过回浆管道与回浆孔连通；过渡段内设有地内压传感器，地内压传感器的数据线通过监测数据线孔道连接控制台；出浆段上设有主浆喷嘴，主浆喷嘴通过主浆管道与主浆孔连通，主浆气通过管道与主浆气孔连通；下切削水段设有横切削喷嘴，横切削喷嘴通过下切削水管道与下切削水孔连通；为同时能适用RJP与MJS工艺要求，回浆段的回浆口上设有封板，用于MJS施工工艺时封板为带开孔倒吸泥口封板，用于RJP施工工艺时封板为全密封倒吸泥口封板，可以根据实际施工需要，进行更换封板；下切削水段带有横切削喷嘴和轴向切削喷嘴，且端部设有引钻段固定螺栓口，引钻段由螺栓固定在钻头上；出浆段上设有2个或2个以上主浆喷嘴，每个主浆喷嘴带主气，2个主浆喷嘴的间距优选550mm；2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径；NMJS多用钻头的直径为142mm，长度为2139mm。
用于MJS施工工艺时，回浆段的回浆口上的封板选用MJS工艺的带开孔封板，高压水进入上切削水输送孔道经上切削水口喷射出高压水，对需加固土体进行一次切削，同时水泥浆液进入喷浆液输送孔道经喷浆口喷嘴喷射出超高压水泥浆液，辅以从主气输送孔道经主气口环形喷嘴的同轴压缩空气进行二次切削，使水泥浆液与土体混合，在短时间内形成大直径的水泥土加固体；地内压传感器通过数据线将施工部位的地内压力数据传送至控制后台；根据监测的地内压力数据，通过倒吸空气输送孔道及倒吸气口将压缩空气输送至倒吸泥输送孔道形成压差，将喷浆范围内的部分水泥浆与土体的混合液通过倒吸泥口吸入倒吸泥输送孔道内，再排放至地表废浆收集箱，实现孔内强制排浆和地内压力控制；辅以倒吸水喷嘴喷射的高压水对吸入倒吸泥输送孔道的浆液进行稀释，更有利于废浆的倒吸、排放；根据监测的地内压力数据，通过调整倒吸空气压力形成的压力差，可调整、控制倒吸泥浆量，控制地内压力，降低地表变形的可能性，减少施工对周边环境的影响，可以通过调整2个或2个以上主浆喷嘴之间的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径，进一步保证成桩直径，实现MJS工艺钻具的指定桩径成桩功能。
用于RJP施工工艺时，将用于MJS工艺的带开孔倒吸泥口封板换成用于RJP工艺的全密封倒吸泥口封板，同时关闭倒吸空气和倒吸水；通过上切削水口喷射的高压水进行一次切削，同时利用喷浆口喷嘴喷射的超高压水泥浆液辅以主气口环形喷嘴的同轴压缩空气进行二次切削，使水泥浆液与土体混合，在较短时间内形成大直径的水泥土加固体；施工范围内多余的废浆，通过钻具与地层之间的环状空隙，自溢排出至地表，可以通过调整2个或2个以上主浆喷嘴之间的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径，实现RJP工艺的指定桩径成桩功能。
主要机具设备
1.主机，一般采用MJS-50VH和MJS-40VH型设备，其为全液压可旋转形式。
2.超高压喷射注浆泵，一般采用GF-120SV和GF-200SV型设备，GF-120SV电机功率90KW,最大输出压力40MPa,注浆流量为120L/MIN。GF-200SV型，注浆压力超过40MPa使用。
3.预成孔(削孔水和倒吸水)高压水泵，一般采用GF-75SV电机功率55KW.
4.前端装置NMJS多用钻头。
5.多孔管，由排泥管、高压喷射水泥浆管、备用管、倒吸空气管2路、主空气管、油压接头、压力传感器线路管、削孔喷水管和多孔管连接螺栓孔组成。多孔管单节长度一般为1.5m，外径为14cm。
6.中央控制装置，在施工过程中，采集了大量施工数据，可以在中央控制系统装置中反映，供技术人员参考，做到了信息化和可视化。
7.其他配套设备，拌浆设备、起重设备、引孔设备等。
上述为本发明的优选技术方案之一，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型，在不脱离本发明的精神和范围内的修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。

Claims (7)

1.一种地下注浆成桩多用钻头，通过地下注浆成桩多用钻头实现RJP与MJS两种施工工艺的成桩操作方法，其特征在于：所述地下注浆成桩多用钻头包括倒吸气段、上切削水段、回浆段、过渡段、出浆段和下切削水段，通过螺栓依次连接成地下注浆成桩多用钻头，地下注浆成桩多用钻头倒吸气段的端面设有主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔，主浆气孔、主浆孔、回浆孔、上切削水孔、倒吸气孔、倒吸水与下切削水孔共用孔和数据线孔分别与钻头内对应的工艺管道相贯通；上切削水段上设有上切削水出口，上切削水出口通过切削水输送管道与上切削水孔连通；回浆段上设有回浆口，回浆口通过回浆管道与回浆孔连通；过渡段内设有地内压传感器，地内压传感器的数据线通过监测数据线孔道连接至控制台；出浆段上设有2个或2个以上主浆喷嘴，主浆喷嘴通过主浆管道与主浆孔连通，主浆气通过管道与主浆气孔连通；下切削水段设有横切削喷嘴，横切削喷嘴通过下切削水管道与下切削水孔连通，2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过调整喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径。
2.一种指定桩径喷射系统工法，通过地下注浆成桩多用钻头实现RJP与MJS两种施工工艺的成桩操作方法，其特征在于：
操作方法包括如下步骤：
1)钻机引孔
放样，用钻机取芯钻孔；
2)下旋外套管；
3)回推外套管；
4)下旋钻杆；
5)喷射注浆至回推套管底；
6)再次回撤外套管；
7)再次喷射注浆至回推套管底；
8)下旋全部外套管；
9)喷射注浆至预定高度。
3.根据权利要求1所述一种地下注浆成桩多用钻头，其特征在于：所述地下注浆成桩多用钻头为MJS和RJP共用双用钻头，回浆段的回浆口上设有封板，用于MJS施工工艺时封板为带开孔倒吸泥口封板，用于RJP施工工艺时封板为全密封倒吸泥口封板。
4.根据权利要求1所述的地下注浆成桩多用钻头，其特征在于：所述下切削水段带有横切削喷嘴和轴向切削喷嘴，且端部设有引钻段固定螺栓口，引钻段由螺栓固定在钻头上。
5.根据权利要求1所述的地下注浆成桩多用钻头，其特征在于：所述出浆段上设有2个或2个以上主浆喷嘴，每个主浆喷嘴带主气。
6.根据权利要求5所述的地下注浆成桩多用钻头，其特征在于：所述2个或2个以上主浆喷嘴之间保持适当的间距，且形成平行或0-180°角度交叉，通过喷嘴之间的角度θ和间距控制成桩直径，达到指定桩径喷射的目的。
7.根据权利要求2所述的指定桩径喷射系统工法，其特征在于：所述地下注浆指定桩径喷射系统工法，喷射初始压力为40MPa或40Mpa以上,流量为90-130L/MIN或90-130L/MIN以上,使用双喷嘴喷射，每米喷射时间为30-40min，平均提升速度为2.5-3.3CM/MIN，或根据成桩要求调整。
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