CN207904916U - 现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，属于软土地基加固领域，该施工装置是指由机身、吊绳、动力头和钻杆等结构构成的多功能水泥搅拌桩机，且钻杆设为互相连接的上钻杆和下钻杆，并将波纹管、钻头通过紧固组件可拆式安装在下钻杆内，则待水泥土搅拌桩施工完成后，运用钻杆振动上升将波纹管和钻头同步留置在中心，在水泥土初凝后，波纹管内现浇混凝土芯而形成劲性芯桩。故通过这种水泥搅拌桩机，只需一台就能一次性完成水泥土搅拌桩和劲性芯桩的施工，不影响已搅拌成型的水泥土搅拌桩质量，也不会扰动水泥土的凝结成型，不推挤水泥土而导致水泥土的不均匀性，并具有构造合理、施工方便、质量可靠、经济节约等优点。

Description

现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置

技术领域

本实用新型涉及一种软土地基的加固领域，尤其是指现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置。

背景技术

水泥土搅拌桩是利用水泥搅拌桩机，将水泥浆或水泥粉与软土在原位搅拌，搅拌后形成柱状水泥土体，水泥和软土将产生一系列物理—化学反应，使软土硬结改性。改性后的软土强度远大于天然强度，其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。由于水泥土搅拌桩本身是水泥和土体经过各种物理化学反应而形成的，桩身压缩性的变形较大，强度也只是介于土体和水泥体之间，往往达不到设计要求的强度，同时在地表附近抗剪强度较低，因而不能满足工程需要。

20世纪70年代中期，国外开始在水泥土搅拌桩中心插入劲性材料，如钢筋混凝土、混凝土、钢材等形成劲性芯桩，芯桩在水泥土搅拌桩初凝前插入其中, 形成复合受力桩的一种新桩型。该桩型利用水泥土搅拌桩较大的接触面积来提供侧摩阻力,同时利用高强度的芯桩承担竖向荷载,使两种桩型的优势同时得到较好发挥,是一种比较经济有效的地基处理方法。20世纪80年代中期，国内开始研究和试验劲性芯桩水泥土搅拌桩,目前仍在进行深入研究和推广之中。

水泥土搅拌桩内形成劲性芯桩主要有三种方法：一是将劲性芯桩用静压或振动方式插入，即类似于日本的“SMW” (Soil Mixing Wall)工法；二是将劲性芯模插入后再灌注水泥混凝土的方法，即公开的中国专利号为ZL201120340788.2，名称为“塑料套管混凝土桩劲芯刚柔同体组合桩”；三是采用长螺旋钻机或洛阳铲将水泥土搅拌桩内部掏孔至设计深度，插入钢筋笼、浇筑水泥混凝土。对于水泥土搅拌桩本身而言，方法一、二实质上相同的，劲性芯桩在水泥土搅拌桩初凝前插入预制完成的劲性芯桩或劲性芯模，在一定程度上对已搅拌成型的水泥土搅拌桩产生不良影响，如扰动了水泥土的凝结成型、使水泥土产生推挤导致不均匀性、扩挤后土体难以达到预期的桩体布置等；方法三在水泥土搅拌桩内部掏孔也影响水泥土搅拌桩质量，且功效低下，质量难以控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造合理、施工方便、质量可靠、经济节约的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案实现：

一种现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，为多功能水泥搅拌桩机，其包括机身、吊绳、动力头和空心结构的钻杆，该钻杆内设有向钻杆底端喷出水泥浆的压浆管组，钻杆外表面设有搅拌片，该搅拌片被钻杆带动旋转而在软土层内混合搅拌水泥浆和土体并形成水泥土搅拌桩；所述的钻杆是由互相连接的上钻杆和下钻杆构成；所述的下钻杆内设有活动套装的波纹管，下钻杆底端设有钻头，该钻头顶面密封固定在波纹管下端，并与下钻杆底端形成密闭接触；所述的下钻杆顶部设有将所述波纹管和钻头可拆式安装在下钻杆内的紧固组件；所述的上钻杆顶端连接动力头，上钻杆内设有向波纹管内注水的注水管；所述的水泥土搅拌桩成型后，该波纹管和钻头同步留置在水泥土搅拌桩的中心，并在波纹管内现浇混凝土芯。

所述的紧固组件包括设置在波纹管内的拉杆，该拉杆下端可拆式连接在钻头上，拉杆上端设有拉杆环；所述的波纹管上端设有拉杆栓，该拉杆栓水平穿过拉杆环，并使拉杆、波纹管和钻头形成一体，拉杆栓的两端分别穿过并设置在下钻杆侧壁作竖向延伸的滑槽内；所述的下钻杆外设有可拆式紧贴安装在拉杆栓下部的抱箍，该抱箍抱紧在下钻杆外，并定位拉杆栓两端在滑槽内的升降移动位置。

所述的上钻杆底端与下钻杆顶端之间设有互相连接的法兰，两个所述的滑槽设置在下钻杆顶端的法兰下方，并以下钻杆的轴心为中心对称设置在下钻杆的侧壁上，每个滑槽的竖向延伸长度为1m~2m，宽度比拉杆栓直径大1mm~2mm，该拉杆栓的两端沿滑槽作升降移动，并带动波纹管和钻头在下钻杆内作同步升降移动。

所述的拉杆为钢质圆杆，并置于下钻杆和波纹管的轴心，该拉杆下端设有可拆式连接在钻头上的拉杆螺栓，所述的拉杆环为一体成型在拉杆上端的圆环。

所述的拉杆栓为钢质圆杆，该拉杆栓一端为螺帽形，另一端设有插销孔，所述的拉杆栓依次穿过下钻杆一侧的滑槽、拉杆环和下钻杆另一侧的滑槽后，在插销孔内插入插销作临时固定。

所述的抱箍是由左右两片半圆形对合连接而成，在左右两片半圆形上均设有翼板，该翼板上设有用于抱箍抱紧的紧固螺栓。

与现有技术相比，本实用新型主要设计了一款多功能水泥搅拌桩机作为施工装置，它是将水泥搅拌桩机的钻杆采用互相连接的上钻杆和下钻杆构成，并将波纹管、钻头通过紧固组件可拆式安装在下钻杆内而形成一体部件，则待水泥土搅拌桩施工完成后，运用钻杆振动上升将波纹管和钻头同步留置在水泥土搅拌桩的中心作为芯模，在水泥土搅拌桩的水泥土初凝后，再在波纹管内现浇混凝土芯而形成劲性芯桩。因此，通过这种结构新颖的水泥搅拌桩机，只需一台水泥搅拌桩机就能一次性完成水泥土搅拌桩和劲性芯桩的施工，且对已搅拌成型的水泥土搅拌桩质量无任何影响，也不会扰动水泥土的凝结成型，不推挤水泥土而导致水泥土的不均匀性，还具有构造合理、施工方便、质量可靠、经济节约等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A处放大图。

图3为图2的B-B 剖面图。

图4为钻头处的连接结构示意图。

图5为波纹管的结构示意图。

具体实施方式

下面将按上述附图对本实用新型实施例再作详细说明。

如图1~图5所示，1.软土层、2.水泥土搅拌桩、3.现浇混凝土芯、4.波纹管、41.排气孔、5.水泥搅拌桩机、51.机身、52.吊绳、53.动力头、54.定位夹、55.钻杆、551.上钻杆、552.下钻杆、553.法兰、56.搅拌片、57.钻头、58.拉杆、581.拉杆环、582.拉杆螺栓、583.拉杆栓、584.插销、585.注水管、59.压浆管组、591.垂直压浆管、592.环形压浆管、593.喷浆头、6.抱箍、61.滑槽。

现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置及施工方法，主要应用在我国广泛分布的软土层1，并在其上进行工程建设需要而进行软土地基加固处理的施工装置和施工方法，其中的施工装置如图1所示，具体是指多功能水泥搅拌桩机，而水泥土搅拌桩2是利用水泥作为固化剂的主剂，它是软基处理的一种有效形式，利用水泥搅拌桩机5将水泥浆喷入土体并充分搅拌，使水泥与软土发生一系列物理化学反应，从而使软土硬结成水泥土而提高基础强度。

所述的多功能水泥搅拌桩机是由机身51、吊绳52、动力头53、定位夹54、空心结构的钻杆55、设置在钻杆内并向钻杆底端喷出水泥浆的压浆管组59和设置在钻杆55外表面的搅拌片56等构成。

所述的机身51是水泥搅拌桩机5的主要支撑和移动部件；所述的吊绳52为钢丝绳，一端连接机身51的绞车、另一端从机身顶部的滑轮组卷绕过而悬吊连接动力头53，钻杆55上端垂直安装在动力头53底部，则通过绞车的卷收或释放经吊绳52带动动力头53和钻杆55的升降移动，也就起到水泥搅拌桩机5的搅拌喷浆下沉和上升的作用。

所述动力头53的动力具有转动和振动的功能，它也是钻杆55等部件作业的动力源，钻杆55下沉和上升时，可驱动钻杆旋转；水泥土搅拌桩5的喷浆完成后留置波纹管4上升时，振动驱动钻杆55克服搅拌桩软土的粘结力，同时减少或避免搅拌片56对水泥土搅拌桩2桩体的损伤。

所述的定位夹54是连接机身51和钻杆55的刚性部件，钻杆定位前，定位夹54可调节高度和水平位置，一旦准确定位后，钻杆55可在定位夹54内水平转动和垂直高度上下移动。

所述的搅拌片56是搅拌软土的片形钢质结构，由多种外形和长度、梅花状分布固定在钻杆55的下部外圆周面上，当钻杆转动时，搅拌片56转动搅拌软土，使之与喷入软土层1内的水泥浆进行混合搅拌均匀，并形成水泥土搅拌桩2。

所述的钻杆55内设置波纹管4和钻头57，并在水泥土搅拌桩2的施工完成并提升钻杆55后，可同步留置在水泥土搅拌桩2的中心并现浇混凝土芯3，从而形成强度和刚度都比水泥土搅拌桩大得多的劲性芯桩。

所述的钻杆55为钢质空心管，由上钻杆551和下钻杆552构成，该上钻杆551顶端连接动力头53，上钻杆551内设有注水管585，且注水管一端由钻杆55的侧壁外露并接通水泵，注水管585另一端位于波纹管4上方，并可向波纹管内注水，上钻杆551底端设有法兰553；所述的下钻杆552顶端也设有法兰553，故上钻杆551、下钻杆552之间通过法兰553进行连接；波纹管4活动套装在下钻杆552内，钻头57设置在下钻杆552底端。

其中，波纹管4是以聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或高密度聚乙烯(HDPE)为主要原料，经热熔挤出成型环状结构外壁和平滑内壁的双壁空心管，其外径比钻杆内径小2～4mm；波纹管顶部侧壁设有如图5所示的排气孔41，供波纹管4内注水时排气之用，当波纹管4内注水后，既可防止波纹管被未初凝的水泥土搅拌桩2挤压变形，又可增加波纹管4向下的重力，避免由于钻杆55上升过程中难以留置波纹管4和钻头57；所述的波纹管4也可采用钢带增强聚乙烯螺旋波纹管，单根长度不足时可采用现行规范规定的热熔挤出焊接、电熔带连接、收缩管连接和卡箍等连接方式。

而钻头57呈漏斗状，与波纹管4采用相同的材料制作，下钻杆552底端如图4所示与钻头57顶面紧贴密闭接触而不漏水，波纹管4的下端与钻头57顶面用环氧树脂粘结密封固定，以起到封闭波纹管4的作用，则波纹管内注水时不渗漏水；水泥土搅拌桩2完成并拔出钻杆55后留置波纹管4时，钻头57和波纹管4就会同步留置在水泥土搅拌桩2内而作为现浇混凝土芯3。

所述软土层1内的水泥浆主要是由钻杆55内的压浆管组59向钻杆55底端喷出的，该压浆管组59包括两根对称固定在钻杆55外壁的垂直压浆管591、及设置在钻杆55底端并位于钻头57上方的环形压浆管592；所述的垂直压浆管591上端外接水泥浆等固化剂输送泵，垂直压浆管591下端连通环形压浆管592，该环形压浆管上设有3～4个对称分布的喷浆头593，则固化剂输送泵经压浆管组59就能从喷浆头593喷出水泥浆。

另外，下钻杆552顶部设有将波纹管4和钻头57可拆式安装在下钻杆552内的紧固组件，该紧固组件主要是由如图2、图3所示的拉杆58、拉杆栓583和抱箍6等构成。

所述的拉杆58为钢质圆杆，并置于下钻杆552和波纹管4的轴心，拉杆58下端与钻头57通过拉杆螺栓582作可拆式连接，拉杆58上端为一体成型的圆环状拉杆环581。

所述的拉杆栓583为钢质圆杆，设置在波纹管4上端，其一端为螺帽形，另一端设有插销孔，而位于下钻杆552顶端的法兰553下方的侧壁上设有两个滑槽61，这两个滑槽以下钻杆552的轴心为中心作对称设置，每个滑槽61的竖向延伸长度为1m~2m，宽度比拉杆栓583直径大1mm~2mm，拉杆栓从下钻杆552一侧的滑槽61插入，再水平穿过拉杆环581后从下钻杆552另一侧的滑槽61穿出，插销孔内插入插销584作临时固定，则通过拉杆栓583使得拉杆58、波纹管4和钻头57形成一体，拉杆栓583的两端正好位于两个滑槽61内。

所述的抱箍6可拆式紧贴安装在拉杆栓583下部的下钻杆552外，该抱箍6抱紧在下钻杆552外，并定位拉杆栓583两端在滑槽61内的升降移动位置，抱箍6是由左、右两半片半圆环状抱箍对合后联接而成，其翼板上设有紧固螺栓，当抱箍紧抱后就能紧密固定在下钻杆552上，也就将拉杆58、拉杆栓583、波纹管4和钻头57给予临时固定。当抱箍6卸去时，拉杆栓583的两端可在滑槽61内作升降移动，也带动波纹管4和钻头57在下钻杆552内作同步升降移动。

因此，通过该施工装置就能在混凝土搅拌桩2内现浇混凝土芯3，为了使现浇混凝土芯的桩端轴力经过水泥土搅拌桩2传递到持力层时能得到足够的扩散，而且不至于使高强度的现浇混凝土芯3刺穿水泥土搅拌桩2的底端，现浇混凝土芯3长度比水泥土搅拌桩短1m ~1.5m，现浇混凝土芯直径与水泥土搅拌桩直径之比不小于0.3，现浇混凝土芯的外包水泥土厚度不小于120mm，现浇混凝土芯自身的长宽之比不大于80，而现浇混凝土芯为直接灌注水泥混凝土成型，也可根据需要配置钢筋笼。

本实用新型所述实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外还应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，为多功能水泥搅拌桩机，其包括机身（51）、吊绳（52）、动力头（53）和空心结构的钻杆（55），该钻杆内设有向钻杆（55）底端喷出水泥浆的压浆管组（59），钻杆（55）外表面设有搅拌片（56），该搅拌片被钻杆（55）带动旋转而在软土层（1）内混合搅拌水泥浆和土体并形成水泥土搅拌桩（2），其特征在于所述的钻杆（55）是由互相连接的上钻杆（551）和下钻杆（552）构成；所述的下钻杆（552）内设有活动套装的波纹管（4），下钻杆（552）底端设有钻头（57），该钻头顶面密封固定在波纹管（4）下端，并与下钻杆（552）底端形成密闭接触；所述的下钻杆（552）顶部设有将所述波纹管（4）和钻头（57）可拆式安装在下钻杆（552）内的紧固组件；所述的上钻杆（551）顶端连接动力头（53），上钻杆（551）内设有向波纹管（4）内注水的注水管（585）；所述的水泥土搅拌桩（2）成型后，该波纹管（4）和钻头（57）同步留置在水泥土搅拌桩（2）的中心，并在波纹管（4）内现浇混凝土芯（3）。

2.根据权利要求1所述的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，其特征在于所述的紧固组件包括设置在波纹管（4）内的拉杆（58），该拉杆下端可拆式连接在钻头（57）上，拉杆（58）上端设有拉杆环（581）；所述的波纹管（4）上端设有拉杆栓（583），该拉杆栓水平穿过拉杆环（581），并使拉杆（58）、波纹管（4）和钻头（57）形成一体，拉杆栓（583）的两端分别穿过并设置在下钻杆（552）侧壁作竖向延伸的滑槽（61）内；所述的下钻杆（552）外设有可拆式紧贴安装在拉杆栓（583）下部的抱箍（6），该抱箍抱紧在下钻杆（552）外，并定位拉杆栓（583）两端在滑槽（61）内的升降移动位置。

3.根据权利要求2所述的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，其特征在于所述的上钻杆底端与下钻杆顶端之间设有互相连接的法兰，两个所述的滑槽（61）设置在下钻杆（552）顶端的法兰（553）下方，并以下钻杆（552）的轴心为中心对称设置在下钻杆（552）的侧壁上，每个滑槽（61）的竖向延伸长度为1m~2m，宽度比拉杆栓（583）直径大1mm~2mm，该拉杆栓（583）的两端沿滑槽（61）作升降移动，并带动波纹管（4）和钻头（57）在下钻杆（552）内作同步升降移动。

4.根据权利要求2所述的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，其特征在于所述的拉杆（58）为钢质圆杆，并置于下钻杆（552）和波纹管（4）的轴心，该拉杆（58）下端设有可拆式连接在钻头（57）上的拉杆螺栓（582），所述的拉杆环（581）为一体成型在拉杆（58）上端的圆环。

5.根据权利要求2所述的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，其特征在于所述的拉杆栓（583）为钢质圆杆，该拉杆栓（583）一端为螺帽形，另一端设有插销孔，所述的拉杆栓（583）依次穿过下钻杆（552）一侧的滑槽（61）、拉杆环（581）和下钻杆（552）另一侧的滑槽（61）后，在插销孔内插入插销（584）作临时固定。

6.根据权利要求2所述的现浇混凝土芯水泥土搅拌桩的施工装置，其特征在于所述的抱箍（6）是由左右两片半圆形对合连接而成，在左右两片半圆形上均设有翼板，该翼板上设有用于抱箍（6）抱紧的紧固螺栓。