CN115059050A - 一种地基加固设备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于地基处理相关技术领域，并公开了一种地基加固设备，其包括机械平台和钻杆，其中机械平台上设置有竖向支架，并可执行卷扬操作；钻杆设置于竖向支架上，它的顶部和底部分别设置有气泵和钻头；气泵用于将高压气流分别输送给钻头内部配备的气动锤和气流喷射孔，并且该气流喷射孔在钻杆下沉时用于喷射高压气流以切割破碎土体，该气动锤在钻杆提升时用于锤击加固土体。本发明还公开了上述设备在湿陷性黄土加固的应用。通过本发明，能够以结构紧凑、便于操控及更高效率的方式执行地基加固，同时可获得更高的下部土体密实度，有效提高加固效果，因而尤其适用于湿陷性黄土之类的地基加固应用场合。

Description

一种地基加固设备及其应用

技术领域

本发明属于地基处理相关技术领域，更具体地，涉及一种地基加固设备及其应用。

背景技术

在各类建筑工程施工中，通常需要实行地基处理。例如，对于湿陷性黄土地基之类的应用对象而言，目前的主要处理方法包括换填法、强夯法、挤密桩法及CFG桩法等。随着行业的发展，提出了一种振杆密实法来执行湿陷性黄土地基处理。该振杆密实法施工时无需额外的填料，且施工简便，为环境友好型的地基处理方法。然而，由于湿陷性黄土地基具有低含水率、压缩性较小、强度较高的特性，往往振动杆无法沉杆；对于可实施地段，由于黄土地基土体结构破坏困难，因此施工过程中沉杆速度慢、能量扩散差，导致施工效率低下，加固效果差。

专利检索发现，CN202010470675.8公开了一种湿陷性黄土地基加固方法，该方法通过振动杆按照预设振动频率进行振动，同时开启高压气流注入使高压气流切割土体，破坏土体结构，提高沉杆效率；在振动杆下沉到达预设深度后，关闭高压气流注入，并保持振动杆的振动以密实加固黄土地基。该方案与振杆密实法相比，在一定程度上可解决执行湿陷性黄土地基加固时沉杆困难、施工中效率低等问题。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足：这类技术方案在加固土体的过程中是依靠土体的自重和振动杆的振动加固土体，即在振动杆到达预设深度后，关闭气体辅助，保持振动杆振动以加固土体。实施，由于该类技术方案未考虑施加上部荷载，加固效果有限，对于压实要求较高的场地，难以达到相应的密实度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种地基加固设备及其应用，其中通过对整个设备的构造组成重新进行设计，同时围绕一些关键模块的具体结构和设置方式进行针对性改进，相应能够以结构紧凑、便于操控及更高效率的方式执行地基加固，同时可获得更高的下部土体密实度，有效提高加固效果，因而尤其适用于湿陷性黄土之类的地基加固应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种地基加固设备，其特征在于，该地基加固设备包括机械平台和钻杆，其中：

所述机械平台上设置有竖向支架，并可执行卷扬操作；

所述钻杆设置于所述竖向支架上，该钻杆的顶部搭载气泵，其底部安装钻头；

所述气泵经由所述钻杆内部的气流管道将高压气流输送给所述钻头处；

所述钻头内部配备有气动锤和气流喷射孔，其中该气流喷射孔在钻杆下沉时用于喷射高压气流以切割破碎土体，该气动锤在钻杆提升时用于锤击加固土体。

作为进一步优选地，所述机械平台具有动力装置，其搭载于所述机械平台上用于为整个地基加固设备提供行走动力。

作为进一步优选地，所述机械平台与所述竖向支架之间优选设置有横向连杆和卷扬单元。

作为进一步优选地，所述钻杆为中空结构，并优选通过钻杆支持结构设置于所述竖向支架上。

作为进一步优选地，所述钻杆的中上部设置有配重。

作为进一步优选地，所述气泵优选为电动气泵，并经由所述钻杆内部的气动锤气流管将高压气流输送至所述气动锤，同时经由所述钻杆内部的喷射孔气流管将高压气流输送至所述气流喷射孔。

作为进一步优选地，所述钻头为中空结构，且优选分为上下两个格室；其中上格室内安装所述气动锤，下格室的底板均匀布设多个所述气流喷射孔。

作为进一步优选地，所述上格室与所述下格室之间、所述下格室的底板上均优选设置有加筋肋板。

作为进一步优选地，所述钻头优选呈圆柱体形状，所述气流喷射孔优选呈方形，所述下格室的底板优选呈圆形平面形状。

作为进一步优选地，所述气流喷射孔优选配备有开合挡板，其中当喷射高压气流时该开合挡板被吹开，而当停止喷射高压气流时该开合挡板复位闭合。

按照本发明的另一方面，还提供了上述设备在湿陷性黄土加固的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：

(1)本发明通过对整个设备的构造组成重新进行设计，能够在桩机配合下，在钻杆下沉过程中，利用高压气体切割、破碎土体，使土体重新排列；而在钻杆提升过程中，充分利用气动锤击的方式加固重新排列的土体，将下方土体压实，不需要泥浆泵、泥浆池、泥浆搅拌设备等，并且显著提升了土体密实度；

(2)本发明还通过对一些关键组件如钻头、钻杆的具体结构以及它们的组合设置方式作出了进一步针对性改进，较多的工程实际测试表明，其能够有效解决现有设备普遍存在的缺乏上部荷载作用、密实效果一般等问题，并且仅依靠气动锤产生的机械冲击力，即可高效将下部土体密实，整个操作更为流畅便利，极大地提高了工作效率；

(3)本发明还对一些关键组件如钻头、气流喷射孔及下格室底板的具体结构特征作出了进一步针对性改进，这些具体结构形式能够更好地符合本地基加固设备在现场实际使用时对土体破碎及压实等操作的工作机理，相应可确保土体破碎和土体压实两种操作之间更好地相互配合，进而更高质量完成了整个地基加固工艺；

(4)本发明的地基加固设备整体结构紧凑、便于操控、无振动噪声污染，环境适应性强，不再需要水及水泥、石灰等结合料，是一种经济、环保和高质量的地基加固设备，因而尤其适用于湿陷性黄土之类对象的地基加固应用场合。

附图说明

图1是按照本发明的地基加固设备的整体结构剖视图；

图2是按照本发明的一个优选实施例，用于更具体地显示钻头的结构剖视图；

图3是按照本发明的一个优选实施例，用于更具体地显示钻头的结构仰视图；

图4是按照本发明的一个优选实施例，用于更具体地显示气流喷射孔的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-机械平台，2-动力装置，3-横向连杆，4-卷扬单元，5-竖向支架

6-钻杆支持结构，7-气泵，8-配重，9-钻杆，10-钻头，11-喷射孔气流管

12-气动锤气流管，13-气动锤，14-上格室，15-气动锤锤头，16-下格室

17-加筋肋板，18-气流喷射孔，19-弹簧，20-开合挡板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是按照本发明的地基加固设备的整体结构剖视图。如图1所示，该设备主要包括机械平台1、钻杆9、以及安装它们上面的其他组件，下面将逐一进行具体解释说明。

参看图1，机械平台1作为整体设备的载体，将其他组成部分直接或间接地设置其上，并可用于实现固定、行走、提供载体等功能。该机械平台1可以选用本领域现有的各种成熟平台，其形式多种多样。动力装置2譬如为电动机或燃油机，其搭载于所述机械平台上，为整个机械装置提供行走动力，同时还可以为控制钻杆9的提升和下降提供动力。

竖向支架5设置于机械平台1，并譬如可通过卷扬单元4来执行卷扬操作。机械平台1与竖向支架5之间优选可设置有横向连杆3。钻杆9可通过钻杆支持结构6继续设置于竖向支架5上，该钻杆9优选为中空结构，它的顶部搭载气泵7，其底部安装钻头10。此外，该钻杆9的中下部可设置有配重8。

气泵7经由钻杆9内部的气流管道将高压气流输送给钻头10处。相应地，钻头10内部配备有气动锤13和气流喷射孔18，其中该气流喷射孔18在钻杆下沉时用于喷射高压气流以切割破碎土体，该气动锤13在钻杆提升时用于锤击加固土体。

通过以上构思，按照本发明的加固设备能够在桩机配合下，在钻杆下沉过程中，利用高压气体切割、破碎土体，使土体重新排列；而在钻杆提升过程中，充分利用气动锤击的方式加固重新排列的土体，将下方土体压实，不需要泥浆泵、泥浆池、泥浆搅拌设备等，并且显著提升了土体密实度。

更具体地，参看图1，气泵7位于钻杆9的上部，工作时产生高压气流，通过钻杆9内部的气流管道将高压气流分别输送至钻头中的气动锤13和气流喷射孔18；钻杆9与配重8通过钻杆支持结构6附着于机械平台1，为钻杆9上下移动提供依附；配重8附着于钻杆9中上部，在钻杆9升至最高处时达到钻杆支持结构6的下方，配重8譬如可通过穿孔螺栓固定在钻杆9上。

作为本发明的关键性改进之一，可参看图2和图3，钻头10安装于钻杆9下方，譬如可通过螺栓与钻杆9连接；钻头优选呈圆柱体形状，内部中空，分为上下两个格室，两格室之间设有加筋肋板17；其中，上格室14内安装有气动锤13，气动锤13工作时，冲击力作用于可设置在上、下格室之间的加筋肋板17，产生向下的锤击力。

按照本发明的一个优选实施例，气泵7优选经由两条气流管道穿过钻杆9进入钻头10内部，其中一条是气动锤气流管12用于连接气动锤13，为气动锤13工作提供动力，另一条是喷射孔气流管12，它进入到下格室16；下格室16的底板(也是钻头10的底板，它优选设计为圆形平面形状)也设置加筋肋板17，下格室16的底板均匀布设若干个气流喷射孔18(一般为3到7个)，气流喷射孔18优选呈方形，喷射孔气流管11与气流喷射孔18连接，提供高压气流。

作为本发明的另一关键性改进，可参看图4，气流喷射孔18优选还设有上下开合的开合挡板21，该开合挡板20的一端自由活动，另一端譬如可通过铰接与钻头10的底板连接，当喷射高压气流时，该开合挡板20被气流吹开，高压气体从气流喷射孔18中喷出；而当利用气动锤13的气动锤锤头15锤击加固时，停止喷射气体，该开合挡板2譬如可由弹簧19拉回闭合。

相应地，通过本发明的以上改进设计，该地基加固设备与现有设备相比，不再需要水及水泥、石灰等结合料，是一种经济、环保和高质量的地基加固设备，因而尤其适用于湿陷性黄土之类的地基加固应用场合。

此外，上述设备还可以配有操控系统，操控系统主要控制整个设备行走、移动，并控制高压气泵，实现气流喷射开启、大小控制和停止等，并控制钻头中的气动锤工作，通过上述功能实现对黄土的破碎和加固。

下面将具体解释说明按照本发明的地基加固设备的工作流程。

首先桩机就位，启动钻机设备和气动设备，松开卷扬单元拉线，使钻杆在自重和配重的作用下下沉，同时高压气泵输送高压气体到钻头的喷射孔，在高压气体的作用下，钻杆持续下沉至预设深度；

在此过程中，尤其对于湿陷性黄土之类地基，它的内部结构被切割破碎，并在自重作用下重分布，便于重新压实；达到设计加固深度后，高压气泵停止向喷射供气，喷射孔挡板在弹簧收缩下自动闭合，启动气动锤，气动锤产生连续的向下的冲击力，将下方一定深度范围内的土体加固密实后，气动锤停止工作；

卷扬单元收缩拉线，将钻杆提升一定距离，再次启动气动锤，将该段范围内的土体加固密实，以此往复，直至加固至地面。

综上，按照本发明的地基加固设备整体结构紧凑、便于操控，环境适应性强，不再需要水及水泥、石灰等结合料，是一种经济、环保和高质量的地基加固设备。此外，其能够有效解决现有设备普遍存在的缺乏上部荷载作用、密实效果一般等问题，并且仅依靠气动锤产生的机械冲击力，即可高效将下部土体密实，整个操作更为流畅便利，极大地提高了工作效率。因而具备广阔的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地基加固设备，其特征在于，该地基加固设备包括机械平台(1)和钻杆(9)，其中：

所述机械平台(1)上设置有竖向支架(5)，并可执行卷扬操作；

所述钻杆(9)设置于所述竖向支架(5)上，该钻杆(9)的顶部搭载气泵(7)，其底部安装钻头(10)；

所述气泵(7)经由所述钻杆(9)内部的气流管道将高压气流输送给所述钻头(10)处；

所述钻头(10)内部配备有气动锤(13)和气流喷射孔(18)，其中该气流喷射孔(18)在钻杆下沉时用于喷射高压气流以切割破碎土体，该气动锤(13)在钻杆提升时用于锤击加固土体。

2.如权利要求1所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述机械平台(1)具有动力装置(2)，其搭载于所述机械平台(1)上用于为整个地基加固设备提供行走动力。

3.如权利要求1或2所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述钻杆(9)为中空结构，并优选通过钻杆支持结构(6)设置于所述竖向支架(5)上。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述钻杆(9)的中上部设置有配重(8)。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述气泵(7)优选为电动气泵，并经由所述钻杆(9)内部的气动锤气流管(12)将高压气流输送至所述气动锤(13)，同时经由所述钻杆(9)内部的喷射孔气流管(11)将高压气流输送至所述气流喷射孔(18)。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述钻头(10)为中空结构，且优选分为上下两个格室；其中上格室(14)内安装所述气动锤(13)，下格室(16)的底板均匀布设多个所述气流喷射孔(18)。

7.如权利要求1-6任意一项所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述上格室(14)与所述下格室(16)之间、所述下格室(16)的底板上优选均设置有加筋肋板(17)。

8.如权利要求7所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述钻头(10)呈圆柱体形状，所述气流喷射孔(18)呈方形，所述下格室(16)的底板呈圆形平面形状。

9.如权利要求1-8任意一项所述的一种地基加固设备，其特征在于，所述气流喷射孔(18)优选配备有开合挡板(20)，其中当喷射高压气流时该开合挡板(20)被吹开，而当停止喷射高压气流时该开合挡板(20)复位闭合。

10.如权利要求1-9任意一项所述的地基加固设备在湿陷性黄土加固的应用。

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