CN211006649U - 带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口，搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷浆管下端设置有上喷浆口，上喷浆口的喷浆方向为横向，上喷浆口位于搅拌叶片的上方，上喷浆口设置有单向阀；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷浆管相对抱箍固定不转动。本设备可以转换高低喷浆口的工作时间，使喷浆后水泥土得到充分搅拌。具有施工高效，形成的水泥土搅拌均匀、强度高、止水效果好等特点。

Description

带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，进一步涉及交通市政路基与地基工程技术领域，具体的来说涉及软弱土体加固处理的技术领域。

背景技术

随着城镇化建设的飞速发展及全面建设小康社会战略的实施，对交通、市政及地下空间建设涉及的地基基础施工技术要求越来越高，水泥土搅拌桩技术，作为一种软弱地基加固处理与形成止水帷幕的绿色技术，达到了大力推广应用。为此对其施工质量和施工效率提出了较高的要求。然而，现行的单轴和多轴水泥土搅拌桩施工质量和施工工效已越来越不能满足当今地基工程发展需求，在影响工程质量和工期的同时，出现了大量的工程事故，造成了巨大的经济损失。

现行的单轴和多轴搅拌桩机施工过程主要存在以下几个问题：

1)、在现行的搅拌桩机中，其喷浆口要么位于钻头的底部位置(即搅拌叶片下部)，要么位于搅拌叶片的上部位置，当下钻过程喷浆时，岩土体没有被搅拌松动，喷射的浆液扩散间隙很小，其扩散的半径很小；当提钻喷浆时，浆液沿着钻杆的扩散阻力比向四周的扩散阻力小，出现大量返浆现象，浆液外液损失量较大；

2)、现有的水泥土搅拌方法为了达到浆液的充分扩散要求，通过增加水灰比来增加喷浆量，从而使水泥土的含水量增大，强度降低；

3)、现行搅拌桩机的喷浆口分布不均，使浆液在搅拌桩体中不能均匀扩散，导到浆液与岩土体中的混合十分不均匀，搅拌桩体的强度分布也严重不均；现行三轴搅拌桩每幅之间的套打法连接，更进一步加剧了这种强度分布的不均匀性。

4)、现行的二轴或三轴水泥土搅拌机中，喷浆与搅拌不能同时进行，使得喷射的浆液不能及时搅拌，而出现大量返浆现象，浪费了大量加固材料；

5)、单轴和双轴搅拌桩的搅拌桩机功率小，穿钻土层的能力低，搅拌加固的深度较浅，不能满足深厚软土加固的要求；

6)、现行的搅拌桩机的搅拌叶仅分布在钻头以上一米高的范围且转速较低，搅拌叶片与土体的接触机率少，不能将固化水泥浆与土体充分搅拌和切削，往往呈大的完整土块内没有一点浆液，形成的搅拌墙均匀性和密实性较差。对止水帷幕的质量有较大的影响，不适合用于砂性土体中形成的止水帷幕。对于喷浆口位于搅拌叶片上部的双轴搅拌桩，会在搅拌桩的底部形成一个天窗，不适合用作止水或地基加固。

7)、成桩效率低。无论是单轴、双轴还是三轴，成桩效率均比较低。单轴搅拌桩机每次成桩有效宽度只有400～700mm，双轴搅拌桩每次成桩的有效宽度仅为1.0m(以

双轴搅拌桩为例)；

三轴搅拌桩每次成桩有效宽度也仅为1.2m。且由于成桩宽度有限，造成设备频繁移机，大大降低作业效率。

8)、机械化水平低。现行的单轴或双轴搅拌桩设备多为走管式，设备移动慢易倾覆，移机的劳动量大；桩机垂直度、钻杆下钻和提升速度慢，扭矩小，钻头的切削能力小，完全依赖于人工控制速度，误差较大，影响成桩质量；

9)、水灰比、外加剂掺入量、浆液流量等关键指标的控制主要依赖人工，存在较大误差，影响成桩质量；

10)、现行的单轴和双轴搅拌桩的每幅桩桩间搭接质量难以保证，易造成基坑渗漏。现行单轴水泥土搅拌桩施工设备如图1所示，从图中可以看出，一次施工一根桩，通过桩间搭接形成连续桩墙，由于钻杆的直径较小，其刚度小，易发生变形，加之定位误差和垂直度误差，将会使设计的搭接量变成负数，表现为搅拌桩在下部沿轴线方向或沿垂直于轴线方向的开口。由单轴搅拌桩形成连续墙，由于搭接缝多，则出现开口缝的机率较高。

上述存在的问题概括起来主要是由施工设备和施工工艺两方面的局限性引起的，这些问题已严重阻碍了搅拌桩技术的应用和发展。因此，对水泥土加固施工设备和施工方法的研发与创新是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是这样的：

带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口，其特征是：搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷浆管下端设置有上喷浆口；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷浆管相对抱箍固定不转动。

所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管通过喷浆转换阀连接外部供浆管路。

所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管分别连接浆泵供浆，控制每个浆泵的开关从而控制上下喷浆口的喷浆与否。

上喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，上喷浆口设置有单向阀。

上喷浆口位于搅拌叶片上方。

上喷浆口位于搅拌叶片下方。

下喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，且随搅拌轴转动；下喷浆口设置有单向阀。

所述单向阀为只能向外开口的挡板或挡片

搅拌轴为二根，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴一侧。

搅拌轴为二根，上喷浆管为一根，一根上喷浆管布置在两根搅拌轴的中间位置。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成品字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在其中二根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在其中三根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为五根，五根搅拌轴排成二列，一列二根一列三根布置，上喷浆管为五根，五根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

搅拌轴为五根，五根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在其中四根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

所述搅拌轴为n根，上喷浆管的数量小于n，n为大于1的整数。

采用带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法：

A)下钻

搅拌轴从桩顶标高下钻到桩底标高，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

B)往复一段高度h

搅拌轴从桩底标高向上提升h高度，此过程上喷浆口喷浆或不喷浆；然后再搅拌轴从h高度下钻到桩底，此过程下喷浆口喷浆或不喷浆；

H大于上下喷浆口之间的垂直距离；

C)提升

搅拌轴从桩底标高向上提升至桩顶标高，此过程上喷浆口喷浆。

B)步骤中，根据实际情况，进行重复。

搅拌轴端部位于桩底时或者搅拌轴端部提升到h高度后，搅拌轴停止升降进行定喷，定喷过程下喷浆口喷浆。

当桩顶标高位于地面以下时，桩顶标高与地面之间的部分不喷浆。

有益效果，与现有技术相比，采用本实用新型的设备加固处理软土基础具有均匀的强度，均匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为实施例1所述的一根搅拌轴示意图。

图2为喷浆转换阀工作示意图。

图3为实施例2所述的二根搅拌轴示意图。

图4为实施例2抱箍处搅拌轴截面示意图。

图5为上喷浆管位于二根搅拌轴中部示意图。

图6为实施例3所述的三根搅拌轴示意图。

图7为实施例3抱箍处搅拌轴截面示意图。

图8为实施例3a抱箍处搅拌轴截面另一种示意图。

图9为三根搅拌轴一字排列且二个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

图10为三根搅拌轴品字排列且三个上喷浆管位于搅拌轴中部示意图。

图11为实施例4所述的四根搅拌轴示意图。

图12为实施例4抱箍处搅拌轴截面示意图。

图13为实施例4a所述的四根搅拌轴示意图。

图14为实施例4a抱箍处搅拌轴截面示意图。

图15为本实用新型所述的施工方法施工过程中的施工屏幕曲线示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1，参看图1，单轴水泥土搅拌桩机，搅拌轴1下部设置有多个搅拌叶片2，搅拌轴内部设置有下喷浆管3，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口4，搅拌轴外侧设有上喷浆管5，在上喷浆管下端设置有上喷浆口6，上喷浆口6的喷浆方向为横向且朝向搅拌轴方向，上喷浆口6位于搅拌叶片2的上方，上喷浆口6设置有单向阀；上喷浆管5端部通过抱箍7与搅拌轴1固定连接，上喷浆管5相对抱箍7固定不转动。下喷浆口4的喷浆方向为横向，且随搅拌轴转动；下喷浆口4设置有单向阀。

参看图2，所述搅拌轴内部的下喷浆管3与搅拌轴外侧的上喷浆管5通过喷浆转换阀8连接外部供浆管路。在喷浆转换阀8下游的下喷浆管3和上喷浆管5分别设置气路转换阀9，用于切换喷气。

上喷浆口6喷浆方向和朝向可以根据需要，设置为如向左、向右或向下喷浆。

所述下喷浆口4也可以根据需要调整设置为侧向喷浆或向下喷浆。

实施例2，参看3和4，搅拌轴为二根，二个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴1一侧，上喷浆口喷浆方向为横向，朝向左侧或右侧。当然二个上喷浆管5也可以设置均在搅拌轴内侧或外侧。其余同实施例1相似。

参看图5，搅拌轴为二根，上喷浆管5为一根，位于相邻两个搅拌轴中间。

其余同实施例1相似。

实施例3，参看图6及图7，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，三个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴1同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

其余同实施例1相似。

实施例3a，参看图8，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成品字排列，三个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

其余同实施例1相似。

参看图9，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成一字排列，上喷浆管5为二个位于相邻两个搅拌轴中间，其余同实施例1相似。

参看图10，搅拌轴为三根，三根搅拌轴1成品字排列，上喷浆管5为三个位于相邻两个搅拌轴中间，其余同实施例1相似。

实施例4，参看图11及图12，搅拌轴为四根，四根搅拌轴1呈一字排列，四个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

其余同实施例1相似。

实施例4a，参看图13及图14，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，四个上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

其余同实施例1相似。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，三个上喷浆管分别位于相邻两个搅拌轴中间。其余同实施例1相似。

搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，四个上喷浆管分别位于相邻两个搅拌轴中间。其余同实施例1相似。

当然，搅拌轴还可以为多根n根，n根搅拌轴1呈一字排列，n个上喷浆管5分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或位于相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

采用本设备进行施工水泥土搅拌桩的施工方法如下：

A)下钻

搅拌轴从桩顶标高下钻到桩底标高，此过程下喷浆口喷浆；

B)往复一段高度h

搅拌轴从桩底标高向上提升h高度，此过程上喷浆口喷浆或不喷浆；然后再搅拌轴从h高度下钻到桩底，此过程下喷浆口喷浆；

h为上下喷浆口之间的垂直距离；

C)提升

搅拌轴从桩底标高向上提升至桩顶标高，此过程上喷浆口喷浆。

B)步骤中，根据实际情况，进行重复。

搅拌轴位于桩底或者搅拌轴提升到h高度后，搅拌轴停止升降进行定喷，定喷过程下喷浆口喷浆。

当桩顶标高位于地面以下时，桩顶标高与地面之间的部分不喷浆。

参看图15，此例中，钻杆按照一定的旋转次数下钻，下钻过程中遇到较难钻进土层时喷少量水下钻，喷水量需控制以免影响桩体质量。下钻过程中如过遇到障碍物，重复提升-下钻动作，便于向下钻进。

通过对比电流和设计的硬土层标高判断硬土层，此时需喷水下钻，直至进入硬土层一定深度。下钻过程中可以调节旋转次数，以便下钻。

下钻到底后截取GPS坐标，确定桩位准确后，按照1m/s速度上提，转速 22r/min，提升高度4.5m，此过程不喷水不喷浆。提升过程中钻杆旋旋转方向与下钻相反。

提升4.5m(此值与钻杆长度和叶片形式数量有关)后，切换钻杆旋转方向后下钻，下钻需按照设定的旋转次数进行，同时喷浆，从此阶段开始计算切割次数，直至喷浆至桩底，图中①过程。

参看图中②过程，下钻到底后反转提钻1m，此过程按照固定旋转次数进行，过程中存在喷水挤浆动作，防止堵管。

图中圈③、④、⑤、⑥，为复搅过程，过程中按照固定旋转次数进行，确保底部1m，达到设计切割次数，确保桩体质量，此过程不喷浆不喷水。

图中⑦，为反转上提过程，从桩底开始反转上提，开始前切换上下喷浆口，确保上喷浆口打开，上提过程中按照设定转速，设定提升速度，设计喷浆速率进行提钻，直至达到设计桩顶，成桩。

为使水泥浆与土体得到充分混合，形成质量可靠、质量均匀的搅拌桩体，需要控制土体切割次数，往复段每延米土体切割次数2160次；其中每延米土体切割次数计算如下：

T＝∑M(Nu/Vu+Nd/Vd)X+T0，其中：

T为每延米土体切割次数；

∑M为叶片数；

Nu为搅拌提升时的叶片转速，单位为转/分钟；

Vu为搅拌提升速度，单位为m/分钟；

Nd为搅拌下降时的叶片转速，单位为转/分钟；

Vd为搅拌下降速度，单位为m/分钟；

X为往复次数；

T0为定喷或者定搅次数，T0＝∑M*N*T，

∑M为叶片数；N为定喷或者定搅时的叶片转速；T为定喷或者定搅时间。

当成桩过程中，某个参数变化，为了保证土体切割次数，系统会自动平衡其它参数。

本实施例中，桩底处理最后一米切割次数为：

①(30/0.4)*1*4＝300

②(30/0.4)*1*4＝300

③(30/0.4)*1*4＝300

④(30/0.4)*1*4＝300

⑤(30/0.4)*1*4＝300

⑥(30/0.4)*1*4＝300

⑦30*4*3＝360

①+②+③+④+⑤+⑥+⑦＝2160次。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (19)

1.带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，包括可旋转的搅拌轴，搅拌轴下部设置有多个搅拌叶片，搅拌轴内部设置有下喷浆管，搅拌轴的下端设置有与下喷浆管连接的下喷浆口，其特征是：搅拌轴外侧设有上喷浆管，在上喷浆管下端设置有上喷浆口；上喷浆管端部通过抱箍与搅拌轴固定连接，上喷浆管相对抱箍固定不转动。

2.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管通过喷浆转换阀连接外部供浆管路。

3.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴内部的下喷浆管与搅拌轴外侧的上喷浆管分别连接浆泵供浆，控制每个浆泵的开关从而控制上下喷浆口的喷浆与否。

4.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，上喷浆口设置有单向阀。

5.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口位于搅拌叶片上方。

6.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，上喷浆口位于搅拌叶片中间。

7.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，下喷浆口的喷浆方向为横向、竖向或斜向，且随搅拌轴转动；下喷浆口设置有单向阀。

8.根据权利要求4或7所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述单向阀为只能向外开口的挡板或挡片。

9.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为二根，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴一侧。

10.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为二根，上喷浆管为一根，一根上喷浆管布置在两根搅拌轴的中间位置。

11.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成品字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

12.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

13.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为三根，三根搅拌轴成一字排列，上喷浆管为二根，二根上喷浆管分别紧贴布置在其中二根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

14.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈正方形排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向相邻的搅拌轴方向。

15.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

16.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为四根，四根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为三根，三根上喷浆管分别紧贴布置在其中三根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

17.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为五根，五根搅拌轴排成二列，一列二根一列三根布置，上喷浆管为五根，五根上喷浆管分别紧贴布置在搅拌轴同一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

18.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，搅拌轴为五根，五根搅拌轴呈一字排列，上喷浆管为四根，四根上喷浆管分别紧贴布置在其中四根搅拌轴一侧或相邻两个搅拌轴中间，上喷浆口喷浆方向为横向朝向远离搅拌轴的方向。

19.根据权利要求1所述的带有上下喷浆口的水泥土搅拌桩施工设备，其特征是，所述搅拌轴为n根，上喷浆管的数量小于n，n为大于1的整数。

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