CN114607282B - 一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头及方法，包括套装在一起的内筒和外筒，且内筒下部延伸到外筒外，沿着外筒的径向方向在外筒的外壁上设有第一固定筒，在第一固定筒内设有可沿着其轴线方向伸缩的第一叶片，在第一叶片内固定有浆液管道，在第一固定筒上方的外管壁上还设有第一喷射孔；沿着内筒的径向方向在内筒的外壁上设有第二固定筒，在第二固定筒内设有可沿着其轴线方向伸缩的第二叶片，在第二叶片内固定有压缩气体管道和浆液管道，压缩气体管道和浆液管道可与第二叶片一起伸缩；在第二固定筒上方的内筒壁上方还设有第二喷射孔。

Description

一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头及方法
技术领域
本发明涉及水泥土搅拌桩地基加固设备领域，具体涉及一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头及其施工方法。
背景技术
由于路基高度大、地基相对软弱，路基工后沉降是黄泛区高速公路建设的关键技术问题之一。搅拌桩技术通过施工钻头在现场进行钻进、喷浆、搅拌从而成桩，其工程扰动小、施工迅速、造价相对较低、地基加固深度大，被大量用于黄泛区高速公路地基加固工程中。但结合近年来的黄泛区大量工程实践，现有搅拌桩技术主要存在以下问题：
目前大多搅拌桩施工使用的施工钻头只能施工单一桩型，无法满足多桩型施工；例如现有桩型包括普通的管桩、管型竹节桩、搅拌桩等，但是没有一种钻头可以同时满足这几种桩型的施工。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头及施工方法，该钻头可以同时实现多种桩型的施工。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提出了一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头，包括套装在一起的内筒和外筒，且内筒下部延伸到外筒外，沿着外筒的径向方向在外筒的外壁上设有第一固定筒，在第一固定筒内设有可沿着其轴线方向伸缩的第一叶片，在第一叶片内固定有浆液管道，在第一固定筒上方的外管壁上还设有第一喷射孔；沿着内筒的径向方向在内筒的外壁上设有第二固定筒，在第二固定筒内设有可沿着其轴线方向伸缩的第二叶片，在第二叶片内固定有压缩气体管道和浆液管道，所述的压缩气体管道和浆液管道可与第二叶片一起伸缩；在第二固定筒上方的内筒壁上方还设有第二喷射孔。
作为进一步的技术方案，所述的第一叶片由一个液压缸控制其伸缩。
作为进二步的技术方案，所述的第一叶片由一个液压缸控制其伸缩。
作为进一步的技术方案，所述的压缩气体管道绕浆液管道设置一圈。
作为进一步的技术方案，所述的第一喷射孔沿着外管壁对称设置一对。
作为进一步的技术方案，所述的第二喷射孔沿着内管壁对称设置一对。
第二方面，本发明提出了利用上述施工钻头进行施工的方法如下：
施工管桩时，在上提过程中，第一叶片收缩至钻头内，由第二喷射孔进行水泥浆喷射，同时第二叶片伸出，随钻头的转动对第二喷孔喷出的浆液进行搅拌，使得外部浆液搅拌均匀，成桩后外部强度较高，形成管桩；
施工管型竹节桩时，使得第一叶片和第二叶片伸出量一长一短，保持短叶片持续喷浆，长叶片在指定位置喷浆，即可形成管型竹节桩；
施工高效高压劈裂搅拌桩时，打开两对称布置的第二喷射孔以及两对称布置的第二喷射孔进行喷浆，采用设定的喷浆压力以及施工速度快速上提施工，可施工高效圆柱形搅拌桩；
施工大直径桩体时，打开第二叶片内的压缩气体管道和浆液管道，在压缩气体作用下可使成桩直径进一步增加，若需要三管法施工则可在此基础上开启上部的第一喷射孔喷射高压水流。
本发明优势如下：
本发明通过控制钻头上的第一叶片、第二叶片的伸缩以及配合第一喷射孔、第二喷射孔等，可以用于成型多种桩型，包括管桩、管型竹节桩、高效高压劈裂搅拌桩、大直径桩体等，相对于现有钻头应用范围广，且本发明还提出了基于该钻头的施工方法，实现不同桩的施工，降低施工能耗及成本降低30％以上；通过该施工方法成型的管桩相比桩内部外部浆液搅拌更加均匀，外部强度高，计算承载力时使用的是整个桩的外径，较普通搅拌桩具有更大的外径，这样与普通搅拌桩比极大提高了水泥土桩竖向承载力；同时与同直径水泥土搅拌桩比又降低了水泥用量。管型竹节桩在竹节状的基础上进一步扩大外径、提升承载力的一种桩型，相比常规竹节桩其主体部分为筒桩桩型，且具有竹节桩的竹节扩径部位，满足了竹节桩提高承载力的同时降低了水泥用量。高效高压劈裂搅拌桩较普通搅拌桩比较增加了施工过程中的喷浆压力，比普通搅拌桩具有更好的成桩质量。
附图说明
图1为本发明公开的多功能施工钻头主视图；
图2为本发明公开的多形态水泥土搅拌桩施工桩头侧视图；
图3为双管法管道剖面图；
图4为双管法管道剖面图；
图5为筒桩断面示意图；
图6为竹节桩示意图；
图中：1.第一喷射孔，2.第一固定筒，3.第一叶片，4第一叶片喷口，5.外筒，6.第二喷射孔，7.第二叶片喷孔，8.第二叶片，9.第二固定筒，10.内筒11.双管法喷浆管与叶片焊点；12.浆液管道，13.压缩气体管道，14.活塞，15.推动杆，16.内部低强度区域，17.外部高强度区域。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
应当理解的，本实施例中钻头的主体结构为圆柱，那么向心侧即为内侧，离心侧即为外侧，基于该基础方位，本发明中的内外被准确限定。
如图1、图2所示，本实施例公开了一种多形态水泥土搅拌桩施工钻头，包括两层筒，分别套装在一起的内筒10和外筒5，且内筒10下部延伸到外筒5外，沿着外筒10的径向方向在外筒5的外壁上设有第一固定筒2，在第一固定筒2内设有可沿着其轴线方向伸缩的第一叶片3，在第一叶片3内固定有浆液管道，在第一固定筒2上方的外管壁上还设有第一喷射孔1；
沿着内筒10的径向方向在内筒10延伸到外筒5外那部分外壁上设有第二固定筒9，在第二固定筒9内设有可沿着其轴线方向伸缩的第二叶片8，在第二叶片8内固定有压缩气体管道13和浆液管道12，所述的压缩气体管道13和浆液管道12可与第二叶片8一起伸缩；在第二固定筒9上方的内筒壁上方还设有第二喷射孔。
进一步的，本实施例中，压缩气体管道绕浆液管道设置一圈，即内圈液体喷射孔外包裹一圈气体喷射孔。
作为进一步的技术方案，本实施例中，第一喷射孔沿着外管壁对称设置一对；作第二喷射孔沿着内管壁对称设置一对。
进一步的，第一叶片3上的浆液管道与水泥浆液泵及水泵相连，可通过喷射高压水流实现三管法施工。
其中第一、第二叶片8用于施工过程中对扰动土层及搅拌水泥浆，喷射孔用于水泥浆喷射,其中第二叶片的喷孔为双管法，钻头内的外筒用于独立带动上下两叶片转动，提高施工过程中的搅拌效率，提高成桩质量。
第一、第二叶片由液压装置控制，可在固定筒上自由伸缩，在伸缩时单管法喷口4浆液喷出不受影响，双管法喷口伸缩方式如下：
如图3、图4所示，在第二叶片8内设有压缩气体管道13和浆液管道12，同时压缩气体管道13和浆液管道12的末端焊接在对应的叶片上，因此，通过控制环形推动杆及活塞运动使得压缩气体管道13和浆液管道12可以随着叶片自由伸缩，如图3所示位于双管法喷气管内，在保证不影响压缩气体喷出的同时使双管法喷浆管与叶片连接，这样一来使得双管法内置喷浆管与叶片能够一同伸缩，保证双管法施工时叶片伸缩不影响浆液喷出。
如图5所示，管桩及管型竹节桩断面示意图。施工管桩时，在上提过程中，第一叶片收缩至钻头内，由第二喷射孔进行水泥浆喷射，同时第二叶片8伸出，随钻头的转动对第二喷孔喷出的浆液进行搅拌，使得外部浆液搅拌均匀，成桩后外部强度较高，形成管桩；这种桩型计算承载力时使用的是整个桩的外径，较普通搅拌桩具有更大的外径，这样极大提高了水泥土桩竖向承载力；同时与同直径水泥土搅拌桩比又降低了水泥用量。
如图6所示，管型竹节桩示意图。施工管型竹节桩时使得两叶片伸出量一长一短，保持短叶片持续喷浆，形成主体的筒桩桩型；长叶片在指定位置喷浆，形成竹节部位。这种桩型的明显优点是，承载力是直接根据竹节外径计算，这样极大提高了水泥土桩竖向承载力；同时与同直径常规竹节桩比又极大地降低了水泥用量。
进一步的，该装置还可以施工高效高压劈裂搅拌桩，施工高效高压劈裂搅拌桩时，打开两对称布置的第二喷射孔以及两对称布置的第二喷射孔进行喷浆，采用设定的喷浆压力以及施工速度快速上提施工，可施工高效圆柱形搅拌桩；
进一步的，该装置还可以施工大直径桩体，施工大直径桩体时打开第二叶片内的压缩气体管道和浆液管道，在压缩气体作用下可使成桩直径进一步增加，若需要三管法施工则可在此基础上开启上部的第一喷射孔喷射高压水流。
上述装置施工方法，包括以下步骤：
1)桩机定位，根据现场施工要求确定桩机的位置。
2)正式施工之前在典型地层进行静力触探及现场试桩试验，根据不同土层性质及承载力要求进行施工桩型的选取；
施工管桩：在上提过程中，第一叶片收缩至钻头内，由两层搅拌叶片中间的水泥浆喷射孔(第二喷射孔)进行喷浆，同时第二叶片伸出，随钻头的转动对第二喷射孔喷出的浆液进行搅拌，使得外部浆液搅拌均匀，成桩后外部强度较高，形成管桩，同时通过控制下部叶片伸出量对管桩直径进行控制。
施工管型竹节桩：若使得两叶片(第一叶片、第二叶片)伸出量一长一短，保持短叶片持续喷浆，长叶片在指定位置喷浆，即可形成管型竹节桩。
施工高效高压劈裂搅拌桩：打开两叶片(第一叶片、第二叶片)中间钻杆处的两对称喷口(第二喷射孔)以及上部叶片以上的钻杆处两对称喷口(第一喷射孔)进行喷浆，采用15-20MPa的喷浆压力，采用1-1.1m/mi n的施工速度快速上提施工，可施工高效圆柱形搅拌桩。
根据施工要求，若需成型大直径桩体，可使用第二叶片处喷浆孔进行双管法施工，在压缩气体作用下可使成桩直径进一步增加，若需要三管法施工则可在此基础上开启第一喷射孔喷射高压水流。
最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头进行施工的方法，其特征在于，施工钻头包括套装在一起的内筒和外筒，且内筒下部延伸到外筒外，沿着外筒的径向方向在外筒的外壁上设有第一固定筒，在第一固定筒内设有沿着其轴线方向伸缩的第一叶片，在第一叶片内固定有浆液管道，在第一固定筒上方的外管壁上还设有第一喷射孔；沿着内筒的径向方向在内筒的外壁上设有第二固定筒，在第二固定筒内设有沿着其轴线方向伸缩的第二叶片，在第二叶片内固定有压缩气体管道和浆液管道，所述的压缩气体管道和浆液管道与第二叶片一起伸缩；在第二固定筒上方的内筒壁上方还设有第二喷射孔；所述的第二固定筒沿着内筒侧壁对称设置一对；所述的压缩气体管道绕浆液管道设置一圈；
压缩气体管道和浆液管道随着叶片自由伸缩；
在保证不影响压缩气体喷出的同时采用双管法喷浆管与第二叶片连接;
施工管桩时，在上提过程中，第一叶片收缩至钻头内，由第二喷射孔进行水泥浆喷射，同时第二叶片伸出，随钻头的转动对第二喷孔喷出的浆液进行搅拌，使得外部浆液搅拌均匀，成桩后外部强度较高，形成管桩；
施工管型竹节桩时，使得第一叶片和第二叶片伸出量一长一短，保持短叶片持续喷浆，长叶片在指定位置喷浆，形成管型竹节桩；
施工高效高压劈裂搅拌桩时，打开两对称布置的第二喷射孔以及两对称布置的第二喷射孔进行喷浆，采用设定的喷浆压力以及施工速度快速上提施工，施工高效圆柱形搅拌桩；
施工大直径桩体时，打开第二叶片内的压缩气体管道和浆液管道，在压缩气体作用下使成桩直径进一步增加，若需要三管法施工则在此基础上开启上部的第一喷射孔喷射高压水流。
2.如权利要求1所述的可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头进行施工的方法，其特征在于，所述的第一叶片由液压缸控制其伸缩。
3.如权利要求1所述的可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头进行施工的方法，其特征在于，所述的第一固定筒沿着外筒侧壁对称设置一对。
4.如权利要求1所述的可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头进行施工的方法，其特征在于，所述的第一喷射孔沿着外管壁对称设置一对。
5.如权利要求1所述的可施工多形态水泥土搅拌桩的施工钻头进行施工的方法，其特征在于，所述的第二喷射孔沿着内管壁对称设置一对。
6.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于， 在管桩施工时，通过控制第二叶片伸出量对管桩直径进行控制。
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