CN115874601B - 一种高效防凝固的注浆装置及注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程地基处理技术领域，尤其涉及一种高效防凝固的注浆装置及注浆方法。其技术方案包括：钻孔管以及设置在钻孔管外周侧上呈圆环形的收窄部一，收窄部一的内周侧固定有半封闭件，半封闭件与收窄部一之间所形成的内腔内滑动设置有环活塞，环活塞与半封闭件所形成空腔的内顶部之间固定有弹簧一，半封闭件的内部插接有注浆导管一，注浆导管一的下端部固定套设有滑动设置在钻孔管内的活塞一。本发明能够降低或防止注浆液的外泄，保证了注浆压力稳定；同时具备方便清理钻头粘附土壤等物质的效果，具备防止在注浆时避免浆液外溅的目的，并且可起到观察注浆压力，可辅助判断设备工作的压力是否正常的目的。

Description

一种高效防凝固的注浆装置及注浆方法

技术领域

本发明涉及岩土工程地基处理技术领域，尤其涉及一种高效防凝固的注浆装置及注浆方法。

背景技术

高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

在高压喷射注浆中的施工步骤通常需要预先进行定位钻孔，然后将转孔的钻头取下后然后在安装喷浆管进行喷浆工作，操作较为繁琐；而一般所采用的浆液是以水泥为主，化学材料为辅。在开始注浆操作时，由于设定的参数不能一定完全适合当前施工方案，需要进行参数的调整，而在调整的操作前，难免会存在浆液溅射的现象，溅射的浆液会溅射在操作设备进行调试的人员身上，导致衣物污染并具有一定的危险性，同时也造成了浆液的浪费，并且喷浆时，小部分浆液会沿着管壁冒出地面外，也造成了浆液的浪费以及造成注浆压力的减少。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能够简化施工步骤，实现钻探、注浆一体化，同时能够降低浆液外漏、防止溅射的高效防凝固的注浆装置及注浆方法。

本发明的技术方案：一种高效防凝固的注浆装置，包括钻孔管以及设置在钻孔管外周侧上呈圆环形的收窄部一，所述收窄部一的内周侧固定有半封闭件，所述半封闭件与收窄部一之间所形成的内腔内滑动设置有环活塞，所述环活塞与半封闭件所形成空腔的内顶部之间固定有弹簧一，所述半封闭件的内部插接有注浆导管一，所述注浆导管一的下端部固定套设有滑动设置在钻孔管内的活塞一，所述活塞一的上侧通过连接柱与环活塞固定连接，所述收窄部一上套设有通过连通管与半封闭件和收窄部一所形成内腔相通的封闭气囊环柱；

所述活塞一的下侧设置有钻探机构，所述钻探机构包括设置于钻孔管内侧的控制阀件以及设置于钻孔管下侧与控制阀件固定的钻头组件，所述控制阀件包括贯穿钻孔管底部且与钻孔管滑动连接的棱杆，所述棱杆的上端固定有圆杆，所述圆杆上活动套设有活塞三，所述活塞三的下侧与钻孔管内底部之间固定有弹簧二，所述棱杆的下端固定有钻头组件，所述钻头组件包括固定在棱杆下端的固定盘，所述固定盘的下侧固定有钻探锥，所述钻探锥的外侧壁上均通过短轴转动连接有砖头刃，所述固定盘的下侧固定有用于限制砖头刃转动范围的限制块，所述活塞三的上侧设置有用于驱动圆杆转动的控制件；

所述注浆导管一的上端固定连通有加粗注浆导管，所述钻孔管的顶部贯穿固定有与外部供料设备连接的注浆导管二，所述注浆导管二的下端部固定套设有滑动设置在加粗注浆导管内的活塞二。

优选的，所述控制件包括通过连接板固定在活塞三上侧且滑动设置在钻孔管内的活塞四，所述活塞四的内圆周面上固定有限流管，所述限流管的内侧设置有与圆杆上端固定的动力转换件。

优选的，所述动力转换件包括固定在圆杆上端的锥形柱，所述锥形柱的外周侧固定有多个呈螺旋状的叶片。

优选的，所述钻孔管的外周侧开设有两个用于喷浆的喷射孔，所述喷射孔的直径小于活塞三的厚度。

优选的，所述钻孔管的上端部外周侧设置有收窄部二，所述收窄部二的内顶部固定有多个方板，每个所述方板上均通过转轴转动连接有U形摆臂，每个所述U形摆臂的中部均通过转轴转动连接有支撑臂，多个所述支撑臂的下端通过转轴共同转动连接有活动套设在注浆导管二上的滑套，多个所述U形摆臂的外周侧共同固定有展开呈环形状的防护挡件。

优选的，所述收窄部二的外周侧等间距开设有多个用于支撑臂滑动的侧位通槽，多个所述支撑臂分别位于多个侧位通槽内。

优选的，所述半封闭件包括与收窄部一内周侧固定的环形部，所述环形部的下侧固定有圆管部，所述圆管部的下端部外周侧固定有防脱环部。

优选的，所述棱杆的内接圆直径与圆杆的直径相等，所述钻孔管的内底部固定有活动套设在棱杆上的加固套，所述棱杆的长度与加强环的高度相等。

一种高效防凝固的注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：

S1：将注浆装置中的钻孔管直接与外部钻孔设备安装，注浆导管二与外部增压注浆供料设备连接；

S2：确定钻孔位置后启动钻孔设备进行钻孔，且钻孔管的转动方向与钻探锥向限制块挤压方向相同，直至钻孔深度达到指定深度；

S3：调整钻孔设备转速并提升注浆装置，启动外部增压注浆供料设备并设定工作参数，观察钻孔外溢浆液量对外部增压注浆供料设备调整工作参数；

S4：注浆工作完成后，将钻孔设备以及增压注浆供料设备停机，同时对注浆装置进行清洗维护。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

通过设置的半封闭件与钻孔管上的收窄部一所形成的空腔柱，在通过高压注浆设备的增压作用下，通过压力差挤压活塞一，实现将环活塞挤压空腔柱内的空气，汇聚到封闭气囊环柱内，使得封闭气囊环柱内的压强增大，进而形成具有一定强度结构体，实现封堵钻孔，进而降低或避免在注浆工作时的浆液外泄现象，保证了注浆压力的同时，也避免了传统注浆方式中注浆管与钻孔缝隙之间浆液泄露后容易凝固而导致注浆管壁粘附凝固浆液的现象；

通过设置的钻孔机构的使用，当注浆工作进行时，由于工作的压力实现挤压活塞四，可通过限流管以及喷射孔排出，实现了浆液的高速流动，与泥土或砂石进行混合搅拌，形成混合体，由于注浆的高压，起到限流作用的限流管通过大量的浆液，进而驱动动力转换件转动，并且由于注浆过程中钻孔管需要缓慢提升，减少了钻头组件向下钻探的阻力，并且砖头刃自身的构造设计，转动过程中上侧受力更大，进而砖头刃发生转动偏转，并且通过限制块限制，可在转动的过程中对钻头组件上粘附的土壤等进行去除，降低了维护清洗时的去除难度；

由于在注浆过程中，活塞一受压上移，注浆导管一上端的加粗注浆导管也伴随上移，同时在上移的过程中，加粗注浆导管顶端与滑套抵接，进而实现推动滑套与注浆导管二滑动，并且逐步实现了展开多个U形摆臂，进而防护挡件伴随U形摆臂而开启，形成伞状遮挡，进而可挡住在调试过程中注浆设备与钻孔之间的缝隙溅射浆液，形成保护操作人员的目的，并且可直接通过目视观察直接观察到防护挡件的暂开状态体现出注浆压力，可判断注浆时的压力是否正常。

附图说明

图1给出本发明一种实施例的结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图2的A-A方向的剖视图；

图5为图4的立体图；

图6为图5的B处放大结构示意图；

图7为图5的C处放大结构示意图；

图8为图5的D处放大结构示意图；

图9为图1的钻探机构的结构示意图；

图10为图9的另一视角的结构示意图；

图11为图1的防护机构结构示意图。

附图标记：

1、钻孔管；11、收窄部一；12、收窄部二；13、喷射孔；

2、半封闭件；21、弹簧一；22、环活塞；23、连接柱；24、活塞一；25、注浆导管一；26、加粗注浆导管；27、注浆导管二；28、活塞二；

3、封闭气囊环柱；

4、棱杆；41、圆杆；42、动力转换件；43、活塞三；44、连接板；45、活塞四；46、限流管；47、弹簧二；

5、固定盘；51、钻探锥；52、砖头刃；53、限制块；

6、方板；61、U形摆臂；62、支撑臂；63、滑套；64、防护挡件。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一

如图1-10所示，本发明提出的一种高效防凝固的注浆装置，包括钻孔管1以及设置在钻孔管1外周侧上呈圆环形的收窄部一11，收窄部一11的内周侧固定有半封闭件2，半封闭件2包括与收窄部一11内周侧固定的环形部，环形部的下侧固定有圆管部，圆管部的下端部外周侧固定有防脱环部；半封闭件2与收窄部一11之间所形成的内腔内滑动设置有环活塞22，环活塞22与半封闭件2所形成空腔的内顶部之间固定有弹簧一21，半封闭件2的内部插接有注浆导管一25，注浆导管一25的下端部固定套设有滑动设置在钻孔管1内的活塞一24，活塞一24的上侧通过连接柱23与环活塞22固定连接，收窄部一11上套设有通过连通管与半封闭件2和收窄部一11所形成内腔相通的封闭气囊环柱3。本实施例中，封闭气囊环柱3的高度与收窄部一11的高度相适配，在非膨胀状态下，封闭气囊环柱3的外直径与钻孔管1的外直径相等。

活塞一24的下侧设置有钻探机构，钻探机构包括设置于钻孔管1内侧的控制阀件以及设置于钻孔管1下侧与控制阀件固定的钻头组件，控制阀件包括贯穿钻孔管1底部且与钻孔管1滑动连接的棱杆4，本实施例中，棱杆4采用为方杆。钻孔管1的内底部固定有活动套设在棱杆4上的加固套，棱杆4的长度与加强环的高度相等；棱杆4的上端固定有圆杆41，棱杆4的内接圆直径与圆杆41的直径相等。圆杆41上活动套设有活塞三43，动力转换件42包括固定在圆杆41上端的锥形柱，锥形柱的外周侧固定有多个呈螺旋状的叶片；本实施例中，叶片的数量为四个。活塞三43的下侧与钻孔管1内底部之间固定有弹簧二47；钻孔管1的外周侧开设有两个用于喷浆的喷射孔13，喷射孔13的直径小于活塞三43的厚度；

棱杆4的下端固定有钻头组件，钻头组件包括固定在棱杆4下端的固定盘5，固定盘5的下侧固定有钻探锥51，钻探锥51的外侧壁上均通过短轴转动连接有砖头刃52，固定盘5的下侧固定有用于限制砖头刃52转动范围的限制块53，本实施例中，砖头刃52的转动范围为0-45°。活塞三43的上侧设置有用于驱动圆杆41转动的控制件；控制件包括通过连接板44固定在活塞三43上侧且滑动设置在钻孔管1内的活塞四45，活塞四45的内圆周面上固定有限流管46，限流管46的内侧设置有与圆杆41上端固定的动力转换件42，本实施例中，限流管46的内直径与动力转换件42所形成的外直径相适配。

注浆导管一25的上端固定连通有加粗注浆导管26，钻孔管1的顶部贯穿固定有与外部供料设备连接的注浆导管二27，注浆导管二27的下端部固定套设有滑动设置在加粗注浆导管26内的活塞二28。

本实施例中，在进行注浆工作时，先将钻孔管1与外部的钻孔设备安装，并且将注浆导管二27与外部增压注浆供料设备连接，然后启动钻孔设备确定位置进行转孔，钻探锥51与地面接触，砖头刃52的下端部与地面土壤转动，砖头刃52的下端部受力，进而通过短轴使得砖头刃52的上端部与限制块53抵接受力，进而保持砖头刃52的钻孔状态，然后持续通过钻孔设备进行钻孔，直至到达合适的钻孔深度；

然后将外部增压注浆供料设备启动，伴随着注浆导管二27注入浆液，进而将浆液通过注浆导管二27流动至加粗注浆导管26内，并且再通过注浆导管一25流动至活塞一24下侧，聚集到活塞一24与活塞四45之间，然后挤压活塞四45下移，进而动力转换件42带动活塞三43连接的活塞三43下移，进而弹簧二47受力压缩，并且圆杆41也随之通过活塞三43的下移使得棱杆4滑动至钻孔管1的下侧，解除了棱杆4对于钻孔管1的转动限制；并且活塞四45与活塞三43之间的间隙与喷射孔13对齐，进而活塞四45上侧的浆液通过限流管46流到活塞四45与活塞三43之间的间隙内，并且通过喷射孔13排出，形成告诉射流体与土壤砂石物质的混合。

在浆液的压力作用下，活塞一24随之受压，进而活塞一24受力上移，进而注浆导管一25固定的加粗注浆导管26上移，进而活塞二28与加粗注浆导管26滑动；同时活塞一24通过连接柱23带动环活塞22上移，进而挤压弹簧一21压缩，并且将收窄部一11与半封闭件2所形成的空腔内的空气压缩，聚集到封闭气囊环柱3内，实现封闭气囊环柱3的增压膨胀，进而在一定程度上封堵砖头刃52所形成的钻孔，避免了浆液通过钻孔管1与钻孔的缝隙排出；

与此同时，由于浆液通过限流管46而通过喷射孔13排出，进而流动的浆液将驱动动力转换件42转动，由于钻孔管1在注浆时处于提升状态，进而砖头刃52所接触的混合物状态较为均匀，进而由于砖头刃52自身形状结构，使得砖头刃52的上端受力变大，进而砖头刃52发生转动偏向，并且通过限制块53限制了转动的方向，实现了混合物与砖头刃52、限制块53的相对转动接触，实现了对砖头刃52表面粘附的土壤等物质进行清理，避免粘附，降低后期维护清洁的难度。

实施例二

如图1、4、5、8和图11所示，本发明提出的一种高效防凝固的注浆装置，基于实施例一，本实施例还包括：钻孔管1的上端部外周侧设置有收窄部二12，收窄部二12的内顶部固定有多个方板6，每个方板6上均通过转轴转动连接有U形摆臂61，每个U形摆臂61的中部均通过转轴转动连接有支撑臂62，多个支撑臂62的下端通过转轴共同转动连接有活动套设在注浆导管二27上的滑套63，多个U形摆臂61的外周侧共同固定有展开呈环形状的防护挡件64。本实施例中，防护挡件64采用为防水雨布材质，具有耐磨防水等特点。收窄部二12的外周侧等间距开设有多个用于支撑臂62滑动的侧位通槽，多个支撑臂62分别位于多个侧位通槽内。

本实施例中，在开始注浆时，由于参数设定不能完全适用于钻孔，在开始注浆工作时，由于钻孔管1内部空腔内的空气在注浆时的压缩作用，导致压缩空气伴随着浆液通过通过喷射孔13排出，进而通过缝隙溅射排出，溅射的浆液容易导致散播到操作人员的身上，影响施工人员的安全以及影响施工环境，在注浆时，有注浆的压力作用，伴随着加粗注浆导管26的上移，进而加粗注浆导管26逐渐与滑套63接触，进而推动滑套63上移，滑套63上转动连接的多个支撑臂62也随之推动U形摆臂61与方板6之间转动，实现多个U形摆臂61同步转动，进而实现多个U形摆臂61共同固定的防护挡件64展开，并且可通过U形摆臂61的展开状态进行判断注浆压力的大小，可辅助判断设备工作的压力是否正常。

实施例三

一种高效防凝固的注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：

S1：将注浆装置中的钻孔管1直接与外部钻孔设备安装，注浆导管二27与外部增压注浆供料设备连接；

S2：确定钻孔位置后启动钻孔设备进行钻孔，且钻孔管1的转动方向与钻探锥51向限制块53挤压方向相同，直至钻孔深度达到指定深度；

S3：调整钻孔设备转速并提升注浆装置，启动外部增压注浆供料设备并设定工作参数，观察钻孔外溢浆液量对外部增压注浆供料设备调整工作参数；

S4：注浆工作完成后，将钻孔设备以及增压注浆供料设备停机，同时对注浆装置进行清洗维护。

上述具体实施例仅仅是本发明的几种优选的实施例，基于本发明的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。

Claims (9)

1.一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：包括钻孔管（1）以及设置在钻孔管（1）外周侧上呈圆环形的收窄部一（11），所述收窄部一（11）的内周侧固定有半封闭件（2），所述半封闭件（2）与收窄部一（11）之间所形成的内腔内滑动设置有环活塞（22），所述环活塞（22）与半封闭件（2）所形成空腔的内顶部之间固定有弹簧一（21），所述半封闭件（2）的内部插接有注浆导管一（25），所述注浆导管一（25）的下端部固定套设有滑动设置在钻孔管（1）内的活塞一（24），所述活塞一（24）的上侧通过连接柱（23）与环活塞（22）固定连接，所述收窄部一（11）上套设有通过连通管与半封闭件（2）和收窄部一（11）所形成内腔相通的封闭气囊环柱（3）；

所述活塞一（24）的下侧设置有钻探机构，所述钻探机构包括设置于钻孔管（1）内侧的控制阀件以及设置于钻孔管（1）下侧与控制阀件固定的钻头组件，所述控制阀件包括贯穿钻孔管（1）底部且与钻孔管（1）滑动连接的棱杆（4），所述棱杆（4）的上端固定有圆杆（41），所述圆杆（41）上活动套设有活塞三（43），所述活塞三（43）的下侧与钻孔管（1）内底部之间固定有弹簧二（47），所述棱杆（4）的下端固定有钻头组件，所述钻头组件包括固定在棱杆（4）下端的固定盘（5），所述固定盘（5）的下侧固定有钻探锥（51），所述钻探锥（51）的外侧壁上均通过短轴转动连接有砖头刃（52），所述固定盘（5）的下侧固定有用于限制砖头刃（52）转动范围的限制块（53），所述活塞三（43）的上侧设置有用于驱动圆杆（41）转动的控制件；

所述注浆导管一（25）的上端固定连通有加粗注浆导管（26），所述钻孔管（1）的顶部贯穿固定有与外部供料设备连接的注浆导管二（27），所述注浆导管二（27）的下端部固定套设有滑动设置在加粗注浆导管（26）内的活塞二（28）。

2.根据权利要求1所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述控制件包括通过连接板（44）固定在活塞三（43）上侧且滑动设置在钻孔管（1）内的活塞四（45），所述活塞四（45）的内圆周面上固定有限流管（46），所述限流管（46）的内侧设置有与圆杆（41）上端固定的动力转换件（42）。

3.根据权利要求2所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述动力转换件（42）包括固定在圆杆（41）上端的锥形柱，所述锥形柱的外周侧固定有多个呈螺旋状的叶片。

4.根据权利要求1所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述钻孔管（1）的外周侧开设有两个用于喷浆的喷射孔（13），所述喷射孔（13）的直径小于活塞三（43）的厚度。

5.根据权利要求1所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述钻孔管（1）的上端部外周侧设置有收窄部二（12），所述收窄部二（12）的内顶部固定有多个方板（6），每个所述方板（6）上均通过转轴转动连接有U形摆臂（61），每个所述U形摆臂（61）的中部均通过转轴转动连接有支撑臂（62），多个所述支撑臂（62）的下端通过转轴共同转动连接有活动套设在注浆导管二（27）上的滑套（63），多个所述U形摆臂（61）的外周侧共同固定有展开呈环形状的防护挡件（64）。

6.根据权利要求5所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述收窄部二（12）的外周侧等间距开设有多个用于支撑臂（62）滑动的侧位通槽，多个所述支撑臂（62）分别位于多个侧位通槽内。

7.根据权利要求1所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述半封闭件（2）包括与收窄部一（11）内周侧固定的环形部，所述环形部的下侧固定有圆管部，所述圆管部的下端部外周侧固定有防脱环部。

8.根据权利要求1所述的一种高效防凝固的注浆装置，其特征在于：所述棱杆（4）的内接圆直径与圆杆（41）的直径相等，所述钻孔管（1）的内底部固定有活动套设在棱杆（4）上的加固套，所述棱杆（4）的长度与加强环的高度相等。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的高效防凝固的注浆装置的注浆方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将注浆装置中的钻孔管（1）直接与外部钻孔设备安装，注浆导管二（27）与外部增压注浆供料设备连接；

S2：确定钻孔位置后启动钻孔设备进行钻孔，且钻孔管（1）的转动方向与钻探锥（51）向限制块（53）挤压方向相同，直至钻孔深度达到指定深度；

S3：调整钻孔设备转速并提升注浆装置，启动外部增压注浆供料设备并设定工作参数，观察钻孔外溢浆液量对外部增压注浆供料设备调整工作参数；

S4：注浆工作完成后，将钻孔设备以及增压注浆供料设备停机，同时对注浆装置进行清洗维护。