CN117404016A - 一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，在含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体中设置钻头组件，钻轴竖向上还设置有上层叶片；翼片底端标高与钻轴底端齐平设置。本发明通过翼片的设置，利于分担钻轴底端部的受力，二者共同钻进利于在坚硬土体施工中保证钻轴不断裂，提高钻进速度；本发明通过线筒的设置，一方面利于监测传输线的穿接，另一面便于注浆的进行；通过第一附片和第二附片的设置，不仅利于水平向切削土体，更利于保护出浆孔和监测装置组件；通过第一应变传感器和第二应变传感器的设置，可以通过叶片变形和磨损两种维度对施工状态下叶片进行监控，保证施工质量和安全。
Description
技术领域
本发明属于水泥搅拌桩施工技术领域，特别涉及一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法。
背景技术
水泥土搅拌桩施工钻头由四个叶片，分为两层，两片一组，与钻头中心对称、垂直，叶片与钻轴水平方向呈一定角度，呈“十”字形分布。传统的水泥搅拌桩施工，钻头下沉旋转时，底层钻头切削面采用全断面、一次性完成土体切削，将土体搅拌松散。切削土体的接触面积为整个叶片的投影面积，面积较大，阻力较大。在含水量较小，抗剪强度较大的地层施工中，出现钻头切削土体困难，经常造成钻杆断裂、钻机传动轴断裂、钻头叶片弯曲的现象发生。为了改变传统钻头叶片搅拌时工作状态，避免出现钻杆开裂、钻机传动轴断裂、钻头叶片弯曲、磨损快且不易察觉等不利施工情况的发生，需要对钻头和钻进工艺进行针对性设计。
发明内容
本发明提供了一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，用以解决避免钻杆开裂、钻机传动轴断裂、钻头叶片弯曲以及实时监测等技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，在含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体中设置钻头组件，其中钻头组件包含钻轴、连接于钻轴顶部的钻杆、连接于钻轴两侧的第一底层叶片和第二底层叶片、间隔连接于第一底层叶片和第二底层叶片底面的翼片、连接于第二底层叶片顶部的监测装置组件、穿接于钻轴和钻杆内的线筒以及内连于线筒内的传输线；钻轴竖向上还设置有上层叶片；
翼片底端标高与钻轴底端齐平设置；
所述第一底层叶片包含第一主片、设置于第一主片顶面的出浆管、设置于出浆管上的出浆孔、以及设置于第一主片顶面且位出浆管上方的第一附片；
所述第二底层叶片包含第二主片和于连接第二底层叶片侧面的第二附片；
监测装置组件包含连接于第二主片顶部的传感器保护罩、连接第二主片顶面且位于传感器保护罩内部的第一应变传感器、第二应变传感器和隔板，其中第一应变传感器靠近转轴设置，第二应变传感器远离转轴设置；
应用于多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、钻头钻进时，钻轴底部设置有尖端破土且同时翼片分担破土，进入待钻进土体中第一底层叶片和第二底层叶片进一步破土搅拌；
步骤二、随着进入待钻进土体深度加大，上层叶片也加入破碎切削中；
步骤三、在钻进过程中第一附片和第二附片，加入切削土体且分别保护出浆管和监测装置组件；
步骤四、待钻头下沉至水泥搅拌桩的设计深度，通过钻杆顶部的注浆口进行灌浆；浆液在钻杆与线筒之间的缝隙里向下灌入，而后通过出浆管的出浆孔喷射而出；
步骤五、搅拌注浆过程中，通过监测装置组件实时收集变形数据进行预警，预警分为两类，第一类是第一应变传感器预警，第二类是第二应变传感器预警；
步骤六、第一应变传感器预警，当变形超过预警值时进行报警，操作人员采取降低钻速或更换钻头等处理，保证了成桩质量；
步骤七、第二应变传感器预警，预警值按照叶片尺寸设计磨损最短的部位设置，当叶片磨损至该部位时，出现两种情况，一种情况是传感器保护罩破坏，传感器表面没有泥浆时，传感器监测值出现突然增大，达到了预警值；另一种情况是传感器表面出现大量泥浆时，应变片会突然失效，达到预警值；当变形超过预警值时进行报警，采取降低钻速或更换钻头进行处置；
步骤八、根据以上实时监测和多重破土搅拌，进行含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体中水泥搅拌桩的施工。
进一步的，所述钻杆包含钻主杆和设置于钻杆顶部的注浆口，所述钻杆为中空杆且与转轴贯通设置。
进一步的，所述第一主片和第二主片均为侧边带有斜切面的矩形板且与水平向呈70度设置；第一附片为矩形板且垂直于第一主片的顶侧面，第一附片在第一主片长向间隔设置，对应的在相邻第一附片缝隙处设置出浆管的出浆孔。
进一步的，所述第二附片为矩形板且垂直于第二主片的顶侧面，第二附片在第二主片长向间隔设置且设置于监测装置组件下方。
进一步的，所述翼片为矩形钢板，翼片分别在第一主片和第二主片设置有三个；第一个翼片焊接在钻头外边缘，第二个翼片位置在距离叶片边缘1/5叶片长度处，第三个翼片在叶片中间位置。
进一步的，对于步骤五中的第一应变传感器预警和第二应变传感器预警均是第一应变传感器和第二应变传感器通过传输线与地面的报警装置连接。
进一步的，，所述隔板隔离第一应变传感器和第二应变传感器，且隔板将传感器保护罩分隔成两个独立空间，两个独立空间内的传感器独立运行。
进一步的，所述上层叶片投影与第一底层叶片和第二底层叶片呈十字形或X形设置，且与水平方向夹角呈锐角设置。
进一步的，所述线筒呈L形，竖部穿接钻杆和钻轴且可拼接连接，线筒横部伸入第二主片内且外周与第二主片密封连接。
进一步的，所述传输线对应第一应变传感器和第二应变传感器独立设置，传输线在地面与操作平台连接并与报警装置连接。
本发明的有益效果体现在：
1）本发明通过翼片的设置，利于分担钻轴底端部的受力，二者共同钻进利于在坚硬土体施工中保证钻轴不断裂，提高钻进速度；
2）本发明通过线筒的设置，一方面利于监测传输线的穿接，另一面便于注浆的进行；
3）本发明通过第一附片和第二附片的设置，不仅利于水平向切削土体，更利于保护出浆孔和监测装置组件；
4）本发明通过第一应变传感器和第二应变传感器的设置，可以通过叶片变形和磨损两种维度对施工状态下叶片进行监控，保证施工质量和安全；
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1是多重水泥土搅拌桩钻进装置施工示意图；
图2是钻头组件及其连接结构示意图；
图3是第一底层叶片、第二底层叶片及其连接结构示意图；
图4是线筒、传输线及其连接结构示意图。
附图标记：1-待钻进土体、2-土体持力层、3-钻头组件、31-钻轴、32-钻杆、321-钻主杆、322-注浆口、33-第一底层叶片、331-第一主片、332-出浆管、333-出浆孔、334-第一附片、34-第二底层叶片、341-第二主片、342-第二附片、35-翼片、36-监测装置组件、361-传感器保护罩、362-第一应变传感器、363-第二应变传感器、364-隔板、37-上层叶片、38-线筒、39-传输线、4-水泥土搅拌桩。
具体实施方式
以华北某河治理工程为例，场地地下水埋深为10.4~17.0m，主要为第四系全新统冲洪积层，岩性为人工填土、砂壤土、壤土等；在设计水泥搅拌桩范围内土体抗剪强度大。由此通过多重水泥土搅拌桩钻进装置进行施工。
本实施例中，钻头组件3包含钻轴31、连接于钻轴31顶部的钻杆32、连接于钻轴31两侧的第一底层叶片33和第二底层叶片34、间隔连接于第一底层叶片33和第二底层叶片34底面的翼片35、连接于第二底层叶片34顶部的监测装置组件36、穿接于钻轴31和钻杆32内的线筒38以及内连于线筒38内的传输线39；钻轴31竖向上还设置有上层叶片37；翼片35底端标高与钻轴31底端齐平设置。
本实施例中，钻杆32包含钻主杆321和设置于钻杆32顶部的注浆口322，钻杆32为中空杆且与转轴贯通设置。
本实施例中，第一底层叶片33包含第一主片331、设置于第一主片331顶面的出浆管332、设置于出浆管332上的出浆孔333、以及设置于第一主片331顶面且位出浆管332上方的第一附片334；
第二底层叶片34包含第二主片341和于连接第二底层叶片34侧面的第二附片342。
本实施例中，第一主片331和第二主片341均为侧边带有斜切面的矩形板且与水平向呈70度设置；第一附片334为矩形板且垂直于第一主片331的顶侧面，第一附片334在第一主片331长向间隔设置，对应的在相邻第一附片334缝隙处设置出浆管332的出浆孔333。第二附片342为矩形板且垂直于第二主片341的顶侧面，第二附片342在第二主片341长向间隔设置且设置于监测装置组件36下方。
本实施例中，翼片35为矩形钢板，翼片35分别在第一主片331和第二主片341设置有三个；第一个翼片35焊接在钻头外边缘，第二个翼片35位置在距离叶片边缘1/5叶片长度处，第三个翼片35在叶片中间位置。
本实施例中，隔板364隔离第一应变传感器362和第二应变传感器363，且隔板364将传感器保护罩361分隔成两个独立空间，两个独立空间内的传感器独立运行。
本实施例中，上层叶片37投影与第一底层叶片33和第二底层叶片34呈十字形或X形设置，且与水平方向夹角呈锐角设置。
本实施例中，监测装置组件36包含连接于第二主片341顶部的传感器保护罩361、连接第二主片341顶面且位于传感器保护罩361内部的第一应变传感器362、第二应变传感器363和隔板364，其中第一应变传感器362靠近转轴设置，第二应变传感器363远离转轴设置。
本实施例中，传感器保护罩361两侧为1.5cm后的钢板焊接在底层叶片的上表面，顶板为1.5cm厚的钢板，通过焊接在底层叶片上表面的6个螺栓固定连接，胶圈密封。
本实施例中，线筒38呈L形，竖部穿接钻杆32和钻轴31且可拼接连接，线筒38横部伸入第二主片341内且外周与第二主片341密封连接。传输线39对应第一应变传感器362和第二应变传感器363独立设置，传输线39在地面与操作平台连接并与报警装置连接。
结合图1至图4所示，应用于多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、钻头钻进时，钻轴31底部设置有尖端破土且同时翼片35分担破土，进入待钻进土体1中第一底层叶片33和第二底层叶片34进一步破土搅拌。
步骤二、随着进入待钻进土体1深度加大，上层叶片37也加入破碎切削中。
步骤三、在钻进过程中第一附片334和第二附片342，加入切削土体且分别保护出浆管332和监测装置组件36。
步骤四、待钻头下沉至水泥搅拌桩的设计深度到达土体持力层（2），通过钻杆32顶部的注浆口322进行灌浆；浆液在钻杆32与线筒38之间的缝隙里向下灌入，而后通过出浆管332的出浆孔333喷射而出。
步骤五、搅拌注浆过程中，通过监测装置组件36实时收集变形数据进行预警，预警分为两类，第一类是第一应变传感器362预警，第二类是第二应变传感器363预警。
对于步骤五中的第一应变传感器362预警和第二应变传感器363预警均是第一应变传感器362和第二应变传感器363通过传输线39与地面的报警装置连接。
其中，第二应变传感器363预警预警值取1.9%，当叶片与钻轴31水平夹角为70°时，单点土体颗粒的搅拌次数为21.432次，当单点土体颗粒搅拌次数为20次时，钻头夹角为71.34°，为叶片与钻轴31水平方向的临界夹角，变形角度为1.34°，变形量为1.9%。
步骤六、第一应变传感器362预警，当变形超过预警值时进行报警，操作人员采取降低钻速或更换钻头等处理，保证了成桩质量。
步骤七、第二应变传感器363预警，预警值按照叶片尺寸设计磨损最短的部位设置，当叶片磨损至该部位时，出现两种情况，一种情况是传感器保护罩361破坏，传感器表面没有泥浆时，传感器监测值出现突然增大，达到了预警值；另一种情况是传感器表面出现大量泥浆时，应变片会突然失效，达到预警值；当变形超过预警值时进行报警，采取降低钻速或更换钻头进行处置。
步骤八、根据以上实时监测和多重破土搅拌，进行含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体1中水泥搅拌桩的施工。
本实施例采用新型钻进装置，钻进受力减小7.4%，一方面，节约搅拌桩机动力成本，在含水量较小，抗剪强度较大的地层施工中，没有出现钻杆32开裂、钻机传动轴断裂、钻头叶片弯曲等不利施工情况，节约施工成本效果明显；另一方面，加快了下沉速度，提高了下沉效率，使成桩效率提高15%左右。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，在含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体（1）中设置钻头组件（3），其中钻头组件（3）包含钻轴（31）、连接于钻轴（31）顶部的钻杆（32）、连接于钻轴（31）两侧的第一底层叶片（33）和第二底层叶片（34）、间隔连接于第一底层叶片（33）和第二底层叶片（34）底面的翼片（35）、连接于第二底层叶片（34）顶部的监测装置组件（36）、穿接于钻轴（31）和钻杆（32）内的线筒（38）以及内连于线筒（38）内的传输线（39）；钻轴（31）竖向上还设置有上层叶片（37）；
翼片（35）底端标高与钻轴（31）底端齐平设置；
所述第一底层叶片（33）包含第一主片（331）、设置于第一主片（331）顶面的出浆管（332）、设置于出浆管（332）上的出浆孔（333）、以及设置于第一主片（331）顶面且位出浆管（332）上方的第一附片（334）；
所述第二底层叶片（34）包含第二主片（341）和于连接第二底层叶片（34）侧面的第二附片（342）；
监测装置组件（36）包含连接于第二主片（341）顶部的传感器保护罩（361）、连接第二主片（341）顶面且位于传感器保护罩（361）内部的第一应变传感器（362）、第二应变传感器（363）和隔板（364），其中第一应变传感器（362）靠近转轴设置，第二应变传感器（363）远离转轴设置；
应用于多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、钻头钻进时，钻轴（31）底部设置有尖端破土且同时翼片（35）分担破土，进入待钻进土体（1）中第一底层叶片（33）和第二底层叶片（34）进一步破土搅拌；
步骤二、随着进入待钻进土体（1）深度加大，上层叶片（37）也加入破碎切削中；
步骤三、在钻进过程中第一附片（334）和第二附片（342），加入切削土体且分别保护出浆管（332）和监测装置组件（36）；
步骤四、待钻头下沉至水泥搅拌桩的设计深度，通过钻杆（32）顶部的注浆口（322）进行灌浆；浆液在钻杆（32）与线筒（38）之间的缝隙里向下灌入，而后通过出浆管（332）的出浆孔（333）喷射而出；
步骤五、搅拌注浆过程中，通过监测装置组件（36）实时收集变形数据进行预警，预警分为两类，第一类是第一应变传感器（362）预警，第二类是第二应变传感器（363）预警；
步骤六、第一应变传感器（362）预警，当变形超过预警值时进行报警，操作人员采取降低钻速或更换钻头等处理，保证了成桩质量；
步骤七、第二应变传感器（363）预警，预警值按照叶片尺寸设计磨损最短的部位设置，当叶片磨损至该部位时，出现两种情况，一种情况是传感器保护罩（361）破坏，传感器表面没有泥浆时，传感器监测值出现突然增大，达到了预警值；另一种情况是传感器表面出现大量泥浆时，应变片会突然失效，达到预警值；当变形超过预警值时进行报警，采取降低钻速或更换钻头进行处置；
步骤八、根据以上实时监测和多重破土搅拌，进行含水量较小、抗剪强度较大的待钻进土体（1）中水泥搅拌桩的施工。
2.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述钻杆（32）包含钻主杆（321）和设置于钻杆（32）顶部的注浆口（322），所述钻杆（32）为中空杆且与转轴贯通设置。
3.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述第一主片（331）和第二主片（341）均为侧边带有斜切面的矩形板且与水平向呈70度设置；第一附片（334）为矩形板且垂直于第一主片（331）的顶侧面，第一附片（334）在第一主片（331）长向间隔设置，对应的在相邻第一附片（334）缝隙处设置出浆管（332）的出浆孔（333）。
4.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述第二附片（342）为矩形板且垂直于第二主片（341）的顶侧面，第二附片（342）在第二主片（341）长向间隔设置且设置于监测装置组件（36）下方。
5.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述翼片（35）为矩形钢板，翼片（35）分别在第一主片（331）和第二主片（341）设置有三个；第一个翼片（35）焊接在钻头外边缘，第二个翼片（35）位置在距离叶片边缘1/5叶片长度处，第三个翼片（35）在叶片中间位置。
6.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，对于步骤五中的第一应变传感器（362）预警和第二应变传感器（363）预警均是第一应变传感器（362）和第二应变传感器（363）通过传输线（39）与地面的报警装置连接。
7.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述隔板（364）隔离第一应变传感器（362）和第二应变传感器（363），且隔板（364）将传感器保护罩（361）分隔成两个独立空间，两个独立空间内的传感器独立运行。
8.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述上层叶片（37）投影与第一底层叶片（33）和第二底层叶片（34）呈十字形或X形设置，且与水平方向夹角呈锐角设置。
9.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述线筒（38）呈L形，竖部穿接钻杆（32）和钻轴（31）且可拼接连接，线筒（38）横部伸入第二主片（341）内且外周与第二主片（341）密封连接。
10.如权利要求1所述的多重水泥土搅拌桩钻进装置的施工方法，其特征在于，所述传输线（39）对应第一应变传感器（362）和第二应变传感器（363）独立设置，传输线（39）在地面与操作平台连接并与报警装置连接。
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