CN117966718A - 一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置及施工方法，涉及水泥土搅拌桩技术领域，施工装置包括基座，所述基座一侧固定布设有至少两组限位架；限位架一侧呈等距间隔布设若干组搅拌轴，各组搅拌轴与驱动其转动的驱动件连接；搅拌轴设置为空心结构，各组搅拌轴上相应转动连接有浆液输送筒，浆液输送筒与外侧制浆设备通过高压泵连接；所述搅拌轴靠向钻头的位置处沿轴向划分为上搅拌部与下搅拌部，上搅拌部与下搅拌部分别包括呈对称开设于搅拌轴轴壁上的弧形槽，弧形槽中设有弧形密封板；其中，所述弧形密封板外端面上且沿搅拌轴的径向位置处固定布设有搅拌叶片。

Description

一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及水泥土搅拌桩技术领域，具体涉及一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置及施工方法。

背景技术

水泥土搅拌桩主要由桩身和桩周土两部分组成。桩身是通过桩机钻进并灌入水泥浆，通过搅拌机将水泥浆和土搅拌后，形成的柱状加固体。桩周土则是桩身周围的土壤，通过水泥土的加固作用，与桩身共同形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性。

现有搅拌桩施工设备通常为单一的下沉喷浆或上提喷浆，如公告号为CN111021348A的专利文件公开了一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工方法及施工装置，其同步公开了一种自动切换装置，可以根据钻杆的运动方向来调节钻杆喷浆口的启闭，但是，在向上运动的过程中，其钻杆底部的叶片喷浆口无法关闭，仍然可以喷出浆液，进而使得钻杆向上运动时底部喷出浆液的利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置及施工方法，解决以下技术问题：

向上运动的过程中，其钻杆底部的叶片喷浆口无法关闭，仍然可以喷出浆液，进而使得钻杆向上运动时底部喷出浆液的利用率不高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置，包括基座，所述基座一侧固定布设有至少两组限位架；限位架一侧呈等距间隔布设若干组搅拌轴，各组搅拌轴与驱动其转动的驱动件连接；搅拌轴设置为空心结构，各组搅拌轴上相应转动连接有浆液输送筒，浆液输送筒与外侧制浆设备通过高压泵连接；

所述搅拌轴靠向钻头的位置处沿轴向划分为上搅拌部与下搅拌部，上搅拌部与下搅拌部分别包括呈对称开设于搅拌轴轴壁上的弧形槽，弧形槽中设有弧形密封板；

其中，所述弧形密封板外端面上且沿搅拌轴的径向位置处固定布设有搅拌叶片，搅拌轴轴体中开设有用于滑动弧形密封板的导向槽，弧形槽靠向导向槽的一侧设置为滑动部，远离导向槽的一侧设置为限位部；

所述搅拌轴内侧与限位部相对应处设置与空腔结构连通的开口端，滑动部处弧形槽沿搅拌轴轴心方向的间距大于搅拌叶片的高度，限位部处弧形槽沿搅拌轴轴心方向的间距小于搅拌叶片的高度。

优选的，所述上搅拌部与下搅拌部处弧形槽的滑动部与限位部的设置方向相反。

优选的，所述导向槽中还固定布设有伸缩弹簧，伸缩弹簧一端与导向槽槽壁固定，另一端与弧形密封板固定。

优选的，所述搅拌轴轴体中还开设有环形槽，环形槽中滑动嵌设有与钻头固定的环形板；

其中，所述环形板上开设有用于与开口端相应的排料口。

优选的，所述搅拌轴轴体内端面呈周向阵列开设若干组条形卡槽，钻头外端面相应布设若干组与条形卡槽一一对应的条形卡座；

其中，所述搅拌轴轴体上开设限位槽，限位槽中可滑动布设有与环形板固定的限位座。

优选的，所述钻头内设置为空心结构；

其中，所述钻头中固定布设有伸缩套筒，伸缩套筒一端与搅拌轴底部固定，另一端与钻头端部固定，其中，伸缩套筒上还设有复位弹簧。

优选的，所述环形板内开设气压腔，气压腔与用于输送压缩气体的进气机构连接；

其中，所述排料口的两侧呈对称布设有用于与气压腔连通的排气口。

优选的，所述浆液输送筒与搅拌轴通过连接轴转动连接，浆液输送筒与搅拌轴的空腔结构连通；

其中，所述浆液输送筒筒壁与连接轴围合形成输气腔，输气腔通过进气管与外侧压缩气泵连接，输气腔底部开设第一进气孔，气压腔上开设第二进气孔，第一进气孔与第二进气孔通过伸缩管道连通。

一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的施工方法，包括如下步骤：

桩机就位：首先移动基座到指定桩位，钻头中心对准设计桩位；

制备水泥浆：按照水灰比拌制水泥浆，拌好后的水泥浆通过80微米方孔筛；

搅拌喷浆下沉：打开高压泵，通过浆液输送筒输送至搅拌轴的中空结构内，通过驱动件驱动各组搅拌轴顺时针转动，以使钻头下沉进行钻探，浆液由下搅拌部的开口端排出，上搅拌部的开口端关闭；

反转喷浆、搅拌、提升：在钻下沉到一定深度后，开始反转喷浆以提升钻头，此时浆液由上搅拌部的开口端排出，下搅拌部的开口端关闭；

喷气：在排出浆液的同时，通过进气机构向气压腔输送高压缩气体，高压缩气体可以通过排气口沿着轴体径向方向喷出；

成桩结束桩机移位：一组成桩结束后，移位桩机，进行下一根桩的施工。

本发明的有益效果：

（1）本发明可以基于搅拌轴的运动状态来切换喷浆效果，使得无论是上搅拌部或下搅拌部喷出的浆液均能够得到持续的搅拌，浆液与泥土的搅拌均匀性更高；

（2）本发明中，当排料口与开口端处于连通状态时，在排出浆液的同时，通过进气机构向气压腔输送高压缩气体，高压缩气体可以通过排气口沿着轴体径向方向喷出，进而随着搅拌轴的旋转，该高压气体不仅能够有效扩大浆液喷射范围，提高均匀性，而且压缩空气减小了搅拌阻力，有助于在较硬土层及砂土中施工，同时，压缩空气可以加速水泥土凝结、硬化和碳酸化，增加了早期强度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的结构示意图一；

图2是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的结构示意图二；

图3是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中搅拌轴的结构示意图；

图4是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中弧形密封板的结构示意图；

图5是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中钻头的结构示意图；

图6是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中环形板的结构示意图；

图7是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中气压腔的结构示意图；

图8是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中伸缩弹簧的结构示意图；

图9是本发明一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置中排气口的结构示意图。

图中：1、基座；2、步进电机；3、驱动箱体；4、钻头；5、条形卡槽；6、伸缩套筒；7、连接轴；8、浆液输送筒；101、限位架；102、限位箱体；201、绕卷轮；202、绳索；203、导向轮；301、搅拌轴；302、弧形槽；303、搅拌叶片；304、搅拌杆；305、弧形密封板；306、伸缩弹簧；307、开口端；308、导向槽；401、破碎叶片；402、条形卡座；403、环形板；404、排料口；501、环形槽；601、复位弹簧；701、进气管；702、输气腔；703、第一进气孔；704、伸缩管道；705、第二进气孔；706、气压腔；707、限位槽；708、限位座；709、排气口。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图4所示，本发明为一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置，包括基座1，基座1一侧固定布设有至少两组限位架101；在本实施例的一种实施方式中，限位架101可以采用焊接或螺栓连接的方式与基座1固定，以提高整个泥土搅拌桩的稳定性；

限位架101一侧呈等距间隔布设若干组搅拌轴301，其中，各组搅拌轴301与驱动其转动的驱动件连接；具体的，驱动件包括驱动箱体3，各组搅拌轴301可转动布设于驱动箱体3中，驱动箱体3中布设若干组驱动电机，驱动电机输出端通过齿轮传动件与相应搅拌轴301传动连接；

本实施方式中，基座1上还布设有用于提升搅拌轴301升降的升降机构，升降机构包括呈对称布设于基座1上的绕卷轮201，两组绕卷轮201与固定布设于基座1上的步进电机2输出端固定，绕卷轮201上绕卷有绳索202，限位架101上呈对称布设有导向轮203，绳索202穿过导向轮203与驱动箱体固定；具体的，在调节搅拌轴301高度时，启动步进电机2驱动绕卷轮201转动，绕卷轮201在转动的过程中通过绳索202同步带动驱动箱体3升降，进而可以同步调节搅拌轴301高度；

进一步的，限位架101一侧还固定布设有限位箱体102，各组搅拌轴301可滑动穿设于限位箱体102中，使得搅拌轴301在升降过程中的稳定性更高，不会出现偏移的现象；

其中，搅拌轴301设置为空心结构，各组搅拌轴301上相应转动连接有浆液输送筒8，浆液输送筒8与外侧制浆设备通过高压泵连接；具体的，该水泥土搅拌桩在施工的过程中，通过制浆设备制备好所需浆液后，高压泵将浆液通过浆液输送筒8输送至搅拌轴301的中空结构内，本实施例中的制浆设备以及高压泵均为现有设备，故本实施例对此设备不加以赘述，例如，可以采用型号为XB-1200的制浆设备进行制浆；

各组搅拌轴301底部末端设有钻头4，该钻头4设置为锥形结构，钻头4上设有破碎叶片401；本实施例中，在向泥土钻探的过程中，搅拌轴301同步驱动钻头4转动，钻头4上的破碎叶片401可以对泥土进行破碎，同时，在搅拌轴301内部浆液的重力作用下压动钻头4朝向泥土深处进行钻取；

搅拌轴301靠向钻头4的位置处沿轴向划分为上搅拌部与下搅拌部，上搅拌部与下搅拌部分别包括呈对称开设于搅拌轴301轴壁上的弧形槽302，弧形槽302中设有弧形密封板305，其中，弧形密封板305外端面上且沿搅拌轴301的径向位置处固定布设有搅拌叶片303，搅拌轴301轴体中开设有用于滑动弧形密封板305的导向槽308，弧形槽302靠向导向槽308的一侧设置为滑动部，远离导向槽308的一侧设置为限位部，搅拌轴301内侧与限位部相对应处设置与空腔结构连通的开口端307，滑动部处弧形槽302沿搅拌轴301轴心方向的间距大于搅拌叶片303的高度，限位部处弧形槽302沿搅拌轴301轴心方向的间距小于搅拌叶片303的高度；具体的，通过设置不同间距大小的滑动部与限位部，使得搅拌叶片303仅可以带动弧形密封板305朝向导向槽308的方向滑动，而不能反向滑动；

本实施例中，对于同一组搅拌轴301，其上搅拌部与下搅拌部处弧形槽302的滑动部与限位部的设置方向相反；可以说明的是，该搅拌轴301在向下运动钻探的过程中，通过驱动件驱动各组搅拌轴301顺时针转动，此时位于下搅拌部的各组搅拌叶片303在泥浆的阻挡作用力下驱动弧形密封板305朝向导向槽308内收缩，此时，限位部处于开启状态，位于搅拌轴301内的浆液可以通过开口端307排出，在此过程中，上搅拌部处的搅拌叶片303在浆液的压力作用下无法驱动弧形密封板305滑动，进而使得弧形密封板305始终处于对限位部的密封状态，浆液无法从开口端307排出；

当搅拌轴301处于提升状态时，驱动件驱动各组搅拌轴301逆时针转动，在同样的机理下，下搅拌部处的限位部处于密封状态，而上搅拌部的限位部处于开启状态，此时浆液仅能够从上搅拌部的限位部排出；

还需要说明的是，本实施例基于搅拌轴301的运动状态来切换喷浆效果，使得无论是上搅拌部或下搅拌部喷出的浆液均能够得到持续的搅拌，浆液与泥土的搅拌均匀性更高。

实施例2

在实施例1的基础上，请参阅图5-图7，导向槽308中还固定布设有伸缩弹簧306，伸缩弹簧306一端与导向槽308槽壁固定，另一端与弧形密封板305固定；可以说明的是，当该搅拌轴301未处于工作状态时，在伸缩弹簧306的驱动下，弧形密封板305处于对限位部的密封状态，避免浆液渗漏；

搅拌轴301轴体中还开设有环形槽501，环形槽501中滑动嵌设有与钻头4固定的环形板403，其中，环形板403上开设有用于与开口端307相应的排料口404；具体的，在初始状态时，下搅拌部处的开口端307与排料口404处于错位状态，上搅拌部处的开口端307与排料口404处于连通状态；

本实施例中，当下搅拌部处的开口端307与排料口404处于连通状态时，上搅拌部处的开口端307与排料口404处于错位闭合状态，当上搅拌部处的开口端307与排料口404处于连通状态时，下搅拌部处的开口端307与排料口404处于错位闭合状态；

作为本实施例进一步的方案，搅拌轴301轴体内端面呈周向阵列开设若干组条形卡槽5，钻头4外端面相应布设若干组与条形卡槽5一一对应的条形卡座402，其中，搅拌轴301轴体上开设限位槽707，限位槽707中可滑动布设有与环形板403固定的限位座708；本实施方式中，当搅拌轴301转动时，其可以通过条形卡座402与条形卡槽5配合来驱动钻头4同步转动；

还可以说明的是，该搅拌轴301在向下运动进行钻探时，钻头4首先受到地面的挤压而驱动其朝向搅拌轴301处收缩，此时，钻头4通过环形板403驱动限位座708于限位槽707中滑动，当限位座708运动至极限位置处时，此时下搅拌部处的开口端307与排料口404处于连通状态，浆液可以穿过开口端307以及排料口404排出；当搅拌轴301向上提升运动时，钻头4不受到挤压作用而复位至初始位置，以使下搅拌部处密封，上搅拌部处连通；

钻头4内设置为空心结构，其中，钻头4中固定布设有伸缩套筒6，伸缩套筒6一端与搅拌轴301底部固定，另一端与钻头4端部固定，其中，伸缩套筒6上还设有复位弹簧601；可以说明的是，当钻头4受到挤压作用而朝向搅拌轴301处收缩时，伸缩套筒6同步收缩而挤压复位弹簧601，当钻头4脱离挤压作用时，可以通过复位弹簧601快速驱动其复位；

请参阅图8-图9，环形板403内开设气压腔706，气压腔706与用于输送压缩气体的进气机构连接，其中，排料口404的两侧呈对称布设有用于与气压腔706连通的排气口709；可以说明的是，当排料口404与开口端307处于连通状态时，在排出浆液的同时，通过进气机构向气压腔706输送高压缩气体，高压缩气体可以通过排气口709沿着轴体径向方向喷出，进而随着搅拌轴301的旋转，该高压气体不仅能够有效扩大浆液喷射范围，提高均匀性，而且压缩空气减小了搅拌阻力，有助于在较硬土层及砂土中施工，同时，压缩空气可以加速水泥土凝结、硬化和碳酸化，增加了早期强度；

浆液输送筒8与搅拌轴301通过连接轴7转动连接，浆液输送筒8与搅拌轴301的空腔结构连通，其中，浆液输送筒8筒壁与连接轴7围合形成输气腔702，输气腔702通过进气管701与外侧压缩气泵连接，输气腔702底部开设若干组第一进气孔703，气压腔706上相应开设若干组第二进气孔705，第一进气孔703与第二进气孔705通过伸缩管道704连通；可以说明的是，通过外侧压缩气泵产生高压气体并通过进气管701输入至输气腔702中，而后气体可以通过第一进气孔703、伸缩管道704以及第二进气孔705进入气压腔706中，最后通过排气口709喷出，当相应排气口709处的排料口404与开口端307处于错位密封状态时，该组排气口709无法喷出气体；进而使得气体可以随着浆液的排出而喷出，实现自动化同步喷气的效果，有效提高施工搅拌均匀性；

排气口709中设有仅限于排气的单向阀，以避免出现回流的现象；

此外，搅拌轴301上还交错布设有若干组搅拌杆304，搅拌杆304布设于上搅拌部与下搅拌部之间，搅拌轴301在旋转的同时带动搅拌杆304转动对浆液与泥土进行搅拌，无论是上搅拌部或下搅拌部喷出的浆液，均可以通过搅拌杆304对浆液进行后续的充分搅拌。

实施例3

在实施例2的基础上，一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的施工方法，包括如下步骤：

桩机就位：首先移动基座1到指定桩位，确保基座1水平误差不超过2°，搅拌轴301的倾斜度不超过1.5°，钻头4中心对准设计桩位；

制备水泥浆：按照水灰比拌制水泥浆，拌好后的水泥浆通过80微米方孔筛；

搅拌喷浆下沉：打开高压泵，通过浆液输送筒8输送至搅拌轴301的中空结构内，通过驱动件驱动各组搅拌轴301顺时针转动，以使钻头4下沉进行钻探，浆液由下搅拌部的开口端307排出，上搅拌部的开口端307关闭；

反转喷浆、搅拌、提升：在钻下沉到一定深度后，开始反转喷浆以提升钻头4，此时浆液由上搅拌部的开口端307排出，下搅拌部的开口端307关闭。

喷气：在排出浆液的同时，通过进气机构向气压腔706输送高压缩气体，高压缩气体可以通过排气口709沿着轴体径向方向喷出；

成桩结束桩机移位：一组成桩结束后，移位桩机，进行下一根桩的施工。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置，包括基座（1），所述基座（1）一侧布设有限位架（101）；限位架（101）一侧布设若干组搅拌轴（301），各组搅拌轴（301）与驱动其转动的驱动件连接；搅拌轴（301）上相应转动连接有浆液输送筒（8），浆液输送筒（8）与外侧制浆设备通过高压泵连接；

其特征在于，所述搅拌轴（301）靠向钻头（4）的位置处沿轴向划分为上搅拌部与下搅拌部，上搅拌部与下搅拌部分别包括呈对称开设于搅拌轴（301）轴壁上的弧形槽（302），弧形槽（302）中设有弧形密封板（305）；

其中，所述弧形密封板（305）外端面上且沿搅拌轴（301）的径向位置处固定布设有搅拌叶片（303），搅拌轴（301）轴体中开设有用于滑动弧形密封板（305）的导向槽（308），弧形槽（302）靠向导向槽（308）的一侧设置为滑动部，远离导向槽（308）的一侧设置为限位部；

所述搅拌轴（301）内侧与限位部相对应处设置与空腔结构连通的开口端（307），滑动部处弧形槽（302）沿搅拌轴（301）轴心方向的间距大于搅拌叶片（303）的高度，限位部处弧形槽（302）沿搅拌轴（301）轴心方向的间距小于搅拌叶片（303）的高度；

所述搅拌轴（301）轴体中还开设有环形槽（501），环形槽（501）中滑动嵌设有与钻头（4）固定的环形板（403）；

其中，所述环形板（403）上开设有用于与开口端（307）相应的排料口（404）；

所述搅拌轴（301）轴体内端面呈周向阵列开设若干组条形卡槽（5），钻头（4）外端面相应布设若干组与条形卡槽（5）一一对应的条形卡座（402）；

其中，所述搅拌轴（301）轴体上开设限位槽（707），限位槽（707）中可滑动布设有与环形板（403）固定的限位座（708）；

所述钻头（4）内设置为空心结构；

其中，所述钻头（4）中固定布设有伸缩套筒（6），伸缩套筒（6）一端与搅拌轴（301）底部固定，另一端与钻头（4）端部固定，其中，伸缩套筒（6）上还设有复位弹簧（601）；

所述环形板（403）内开设气压腔（706），气压腔（706）与用于输送压缩气体的进气机构连接；

其中，所述排料口（404）的两侧呈对称布设有用于与气压腔（706）连通的排气口（709）；

浆液输送筒（8）与搅拌轴（301）通过连接轴（7）转动连接，浆液输送筒（8）与搅拌轴（301）的空腔结构连通；

其中，所述浆液输送筒（8）筒壁与连接轴（7）围合形成输气腔（702），输气腔（702）通过进气管（701）与外侧压缩气泵连接，输气腔（702）底部开设第一进气孔（703），气压腔（706）上开设第二进气孔（705），第一进气孔（703）与第二进气孔（705）通过伸缩管道（704）连通。

2.根据权利要求1所述的一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置,其特征在于，所述上搅拌部与下搅拌部处弧形槽（302）的滑动部与限位部的设置方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置,其特征在于，所述导向槽（308）中还固定布设有伸缩弹簧（306），伸缩弹簧（306）一端与导向槽（308）槽壁固定，另一端与弧形密封板（305）固定。

4.一种如权利要求3所述的提高水泥土搅拌桩均匀性的施工装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

桩机就位：首先移动基座（1）到指定桩位，钻头（4）中心对准设计桩位；

制备水泥浆：按照水灰比拌制水泥浆，拌好后的水泥浆通过80微米方孔筛；

搅拌喷浆下沉：打开高压泵，通过浆液输送筒（8）输送至搅拌轴（301）的中空结构内，通过驱动件驱动各组搅拌轴（301）顺时针转动，以使钻头（4）下沉进行钻探，浆液由下搅拌部的开口端（307）排出，上搅拌部的开口端（307）关闭；

反转喷浆、搅拌、提升：在钻下沉到一定深度后，开始反转喷浆以提升钻头（4），此时浆液由上搅拌部的开口端（307）排出，下搅拌部的开口端（307）关闭；

喷气：在排出浆液的同时，通过进气机构向气压腔（706）输送高压缩气体，高压缩气体可以通过排气口（709）沿着轴体径向方向喷出；

成桩结束桩机移位：一组成桩结束后，移位桩机，进行下一根桩的施工。