CN221001004U - 低净空软基处理施工装置 - Google Patents

Abstract

一种低净空软基处理施工装置，属软基处理领域，它的钻杆在抱紧装置处安装、拆卸，与钻杆连接的钻头内安装设有反力翼的固定翼，固定翼与旋切刀轴锥形齿轮啮合，芯杆通过轴承与固定翼连接，芯杆内安装注浆(气)管，外壳两端分别与芯杆和固定翼连接，钻头底部芯杆上连接搅拌叶片。本实用新型的优点：净空高度较低，可在限高条件下施工；机械臂自动装卸钻杆，固定翼与钻头通过轴承单动连接，在反力翼作用下旋切叶片与三翼搅拌叶片立体交叉搅拌，气管向搅拌土体中进行气爆，使得土体与固化剂拌和更加均匀，提高对复杂地层的适应性，有利于提高桩身强度和完整性，大幅提升成桩质量；固化剂的掺量小，施工费用低，显著降低工程成本。

Description

低净空软基处理施工装置

技术领域

本实用新型属于建筑施工领域，特别涉及一种软基处理的低净空软基处理施工装置。

背景技术

水泥土搅拌桩，作为软地地基加固方式之一，适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土、含水量较高的粘性土等地基。地基最大加固深度可达30m。

水泥土搅拌桩形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、基坑工程围护挡墙、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，施工工艺简单、成本低。

这种施工方法在施工过程中无振动、无噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益。

传统水泥土搅拌桩施工机械的桩架较高，在一些特殊条件下，其应用存在一定的限制：

1、临近既有铁路线区域，由于铁路相关管理办法的规定，在既有铁路线附近一定距离范围内施工，对施工机械的高度有限制；

2、在高压线附近区域，高压线路上的电压较高，其辐射有一定的距离，为保证施工安全距离，对施工机械的高度也有一定限制；

3、隧道、桥涵区域，由于隧道、桥涵净空高度的限制，对在其空间范围中施工的机械高度也有限制。

另外，传统水泥土搅拌桩钻头的搅拌装置为十字交叉的两道一字搅拌齿，其钻杆的转数较低，当遇到粘性较强的土质时，存在粘土沾黏搅拌齿和钻杆的现象，造成搅拌齿不能有效切割土体，使得浆(固化剂)、土不能充分拌合，甚至土壤未能破碎充填水泥浆(固化剂)现象，现场表现为钻取芯样中水泥(固化剂)含量很少，形成的水泥搅拌桩不成桩，搅拌效果差，其桩身强度达不到设计要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低净空软基处理施工装置，通过本施工装置进行施工，使得水泥土搅拌桩工艺可以限高特殊环境条件下得以实施，并在改进后钻头的切削、搅拌作用下，软土地基与固化剂能够得到快速而且充分搅拌，提高水泥土搅拌桩身强度和质量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种低净空软基处理施工装置，其特征在于：包括桩机主塔、钻杆和钻头；所述桩机主塔上固定用于夹装钻杆的抱紧装置，所述钻头与钻杆连接，钻头包括外壳、芯杆、注浆(气)管、固定翼、反力翼、旋切刀轴和搅拌叶片，所述外壳内安装固定翼，固定翼的下端设有反力翼，反力翼向固定翼两侧对称伸出，固定翼上套装锥形齿轮，所述外壳壁上安装多组旋切刀轴，每组旋切刀轴相对设置，相邻旋切刀轴处于不同平面，且相互错开，旋切刀轴上设有旋切刀片，所述旋切刀轴位于外壳内的一端为锥形齿轮，与固定翼外套装的锥形齿轮相互啮合，所述芯杆自上而下贯穿外壳和固定翼，并通过轴承与固定翼连接，芯杆内安装注浆(气)管，所述外壳的上端与芯杆固定连接，外壳的下端与固定翼通过轴承连接，所述芯杆的底部设有钻尖，距钻尖近端的芯杆上连接搅拌叶片，所述芯杆的下端设有注浆(气)出口，位于钻尖和搅拌叶片之间的芯杆上，注浆(气)管与注浆(气)出口连接。

还包括机械平台，所述机械平台与桩机主塔相互铰接。

还包括钻杆仓，所述钻杆仓安装在机械平台上，钻杆仓的两侧设有链条，链条与齿轮啮合，齿轮与电机连接，两侧的链条上相对连接托板，若干根钻杆放置在托板上。

所述机械平台上安装用于抓取钻杆的机械臂，机械臂上安装液压装置。

所述反力翼横向长度大于钻头直径。

所述搅拌叶片为三翼搅拌叶片，或十字形搅拌叶片，或一字形搅拌叶片，或锯齿状搅拌叶片。

所述三翼搅拌叶片的延长线与水平面形成夹角。

所述固定翼和旋切刀轴上的锥形齿轮的数比可变。

所述机械平台的下方安装行走装置。

所述抱紧装置包括油缸和导正装置，相对设置的油缸相对面设置导正装置，两个油缸的活塞分别穿过导正装置，其端面为用于夹持钻杆的夹持面。

本实用新型的有益效果是：

1、施工装置净空高度较低，可在既有铁路线、高压线、隧道、桥涵等有限高要求等条件下施工。

2、低净空软基处理搅拌装置通过调整固定翼上锥形齿轮与旋切刀轴上锥形齿轮的数比，对旋切刀轴起到增速、减速调整作用，根据不同土质选择相应的转速进行搅拌施工，克服了传统搅拌桩转速低、只能通过改变搅喷次数适应地层的缺点，低净空软基处理搅拌装置可有效、高速地搅拌均匀水泥土，克服了粘土沾黏搅拌齿、钻杆等现象，旋切刀轴上的旋切叶片能有效切割土体，大大提高了针对不同地层的工艺适应性，从而保证成桩质量，满足设计要求。

3、机械臂自动装、卸钻杆，提高施工效率及装卸操作准确度；固定翼与芯杆通过轴承单动连接，搅拌钻头中的芯杆通过锥形齿轮与带有锥形齿轮的水平旋切刀轴相互啮合，从而带动旋切刀轴上的旋切叶片做竖直方向转动，与搅拌钻头上搅拌叶片的水平搅拌共同作用，实现立体交叉的搅拌功能，再加上芯杆中安装气管向搅拌土体中泵入高压气体，在搅拌土体中起到气爆作用，形成立体交叉拌和，使得土体与固化剂(水泥等)拌和更加均匀，从而提高了对于复杂地层的适应性，进一步增强对软基土体的搅拌作用，提高拌和效率，有利于提高桩身强度和完整性，大幅提升成桩质量；与相同工况下常用的高压旋喷工艺相比较，固化剂(水泥等)的掺量小，施工费用低，可显著降低工程成本。

4、低净空软基处理搅拌装置的固定翼与旋切刀轴之间通过锥形齿轮啮合，机械连接方式保证了搅拌功能的高效能、可靠度。

5、反力翼的外径比钻头直径大，其伸入到桩侧的土体中，反力翼与钻头外壳通过轴承单动连接，在桩侧土体的限制作用下反力翼不转动，为钻头上的旋切刀轴提供反力，在钻头旋转带动及锥形齿轮作用下，使旋切刀轴转动，从而带动旋切刀片作垂直向转动，

6、土反力旋切钻头改变了传统低净空设备需要换芯杆的繁琐操作。

附图说明

图1是本实用新型侧视结构示意图。

图2是本实用新型正视结构示意图。

图3是本实用新型钻头结构示意图。

图4是本实用新型钻杆仓侧视图。

图5是本实用新型钻杆仓正视剖面示意图。

图6是本实用新型抱紧装置结构示意图。

图7是图6的俯视图。

其中：

1-动力装置，2-主塔，3-机械臂，4-钻杆仓，5-行走装置，6-高度(H)，7-抱紧装置，8-钻头接头，9-注浆、气管，10-芯杆，11-钻头外壳，12-1锥形齿轮1，12-2-锥形齿轮，13-轴承1，14-锥形齿轮2，15-旋切刀片，16-旋切刀轴，17-轴承2，18-轴承3，19-轴承4，20-反力翼，21-注浆口，22-三翼搅拌叶片，23-固定翼，25-机械平台，26-齿轮，27-电机，28-链条，29-钻杆，30-托板，31-油缸，32-油管口，33-导正装置，34-夹持面，35-油封，36-活塞，37-与钻机连接端。

具体实施方式

实施例：一种低净空软基处理施工装置，包括桩机主塔2、钻杆29、抱紧装置7和钻头；所述桩机主塔2高度(H)6为5米以下，相比传统水泥土搅拌桩施工机械的桩架较低，可在既有铁路线、高压线、隧道、桥涵等有限高要求等条件下施工，桩机主塔2上安装动力装置1，桩机主塔2与机械平台25通过销轴铰接，并通过液压装置使桩机主塔2平卧或垂直于机械平台25，所述机械平台25的下端安装行走装置5，可将本施工装置通过行走装置5移动到地基中的桩位处，所述机械平台25上安装钻杆仓4和用于夹紧钻杆29的与桩机主塔2连接的抱紧装置7，所述抱紧装置7包括油缸31和导正装置33，相对设置的油缸31相对面设置导正装置33，两个油缸31的活塞36分别穿过导正装置33，其端面为用于夹持钻杆29的夹持面34；所述钻杆仓4的两侧分别设有环形链条28，环形链条28的两端分别与齿轮26啮合，齿轮26与电机27连接，两侧的链条28上分别连接托板30，若干根钻杆29放置在托板30上，通过链条28转动，将钻杆仓4中的钻杆29上升或下降，所述机械平台25上安装机械臂3，机械臂3上安装液压装置，通过该液压装置使机械臂3抓取钻杆29，并将钻杆29安放至钻杆仓4内，或移送至钻机前台的抱紧装置7，由抱紧装置7通过抱紧或松开钻杆29，实现对钻杆29的安装或拆卸,钻杆29与钻头通过钻头接头8丝扣或法兰连接，所述钻头包括外壳11、芯杆10、固定翼23、反力翼20、旋切刀轴16和三翼搅拌叶片22，所述外壳11内安装固定翼23，固定翼23下端与外壳11通过轴承19连接固定，固定翼23的下端设有反力翼20，反力翼20向固定翼23两侧对称伸出，反力翼23横向长度大于钻头直径，反力翼23的横截面是平直形，也可以是圆柱形，在搅拌钻头钻进过程中，固定翼23上的反力翼20切入到土体中，由于土体的阻力作用，使固定翼23不随钻头转动，固定翼23上套装若干锥形齿轮12-1，所述外壳11壁上安装多组旋切刀轴16，每组旋切刀轴16相对设置，相邻旋切刀轴16处于不同平面，且相互错开，所述旋切刀轴16位于外壳11内的一端为锥形齿轮12-2，分别与固定翼23外套装的锥形齿轮12-1相互啮合，固定翼23和旋切刀轴16上的锥形齿轮12-1和12-2的数比可变，对旋切刀轴16起到增速、减速调整作用，根据不同土质选择相应的转速进行搅拌施工，克服了传统搅拌桩转速低、只能通过改变搅喷次数适应地层的缺点，所述旋切刀轴16上设有旋切刀片15，旋切刀片15为直柱状，也可以是弯曲柱状，所述芯杆10自上而下贯穿外壳11和固定翼23，并通过轴承18与固定翼23单动连接，芯杆10内安装注浆(气)管9，注浆(气)管9可以分别设置，也可以共用一个通道，或者直接用芯杆10的空心作为注浆(气)管9，所述外壳11与芯杆10的上端焊接，也可以铆接或法兰连接，所述芯杆10底部设有钻尖，距钻尖近端的芯杆10上连接三翼搅拌叶片22，三翼搅拌叶片22的延长线与水平面形成一夹角，反力翼20的长度大于三翼搅拌叶片22的长度，三翼搅拌翼片22还可以设计为十字形搅拌叶片，或一字形搅拌叶片，或锯齿状搅拌叶片，三翼搅拌叶片22垂直于旋切刀片15设置，在钻头转动力作用下，带动旋切刀轴16上的旋切叶片15做竖直方向转动，同时又随着钻杆29作公转运动，旋切刀轴与搅拌钻头上三翼水平搅拌叶片22共同作用，这样就保证了旋切刀片15全方位无死角在桩身土体中进行运转，所述芯杆10上设有注浆(气)出口，位于三翼搅拌叶片22和钻尖之间，注浆(气)管9与注浆(气)出口连接，注浆(气)出口还可以相对设置，分别位于三翼搅拌叶片22和钻尖之间的芯杆上。

工作原理：

将本装置通过行走装置5移动到地基中的桩位处，启动该动力装置1钻进至设计桩底深度，在此过程中，三翼搅拌叶片22切削土体，在水平方向上进行搅拌，同时在钻头固定翼23提供的反力作用下，经锥形齿轮12啮合带动旋切刀片15作垂直方向的转动，对土体进行垂直方向的切削搅拌，再经浆管泵入高压气体，进入土体中形成气爆作用，辅助搅拌土体，使桩身内的土体得到充分打散、搅碎；开启浆泵喷浆并提升搅拌钻头，在三翼搅拌叶片22和旋切叶片15的相互作用下，使水泥浆液与土体充分搅拌均匀，钻头提到设计桩顶高度并停止喷浆，再次钻进、拌合到设计桩底深度，重复喷浆、搅拌、提升钻杆，完成水泥搅拌桩的施工。

本装置通过固定翼23上的锥形齿轮14与旋切刀轴16上的锥形齿轮12之间的相互啮合，机械连接方式保证了搅拌功能的高效能、可靠度；通过改变锥形齿轮模数比、改变钻杆的转数，可提高刀轴的转速，从而有效、高速地搅拌均匀水泥土，克服了粘土沾黏搅拌齿、钻杆现象，刀轴上的旋切叶片能有效切割土体，大大提高了针对不同地层的工艺适应性，从而保证成桩质量，满足设计要求。

使用本装置进行施工，对施工后的效果与传统工艺进行比较，结果见下表：

通过以上对比，使用本装置进行施工，较其它装置和方法施工，具有以下优点：

1、净空高度低，环境适应性强，施工效率高

通过接换杆技术大幅降低机械高度，适用净空受限环境，可在既有铁路线附近、高压线附近、隧道、桥涵等地段施工；新型土反力旋切钻头改变了传统低净空设备需要换芯杆的繁琐操作，加之机械臂自动装、卸钻杆，大幅提高施工效率和操作准确度。

2、机械传动更先进，可靠度高

搅拌钻头中的固定翼通过锥形齿轮与固定在钻杆外壳上的旋切刀轴通过锥形齿轮相互啮合，在固定翼的反作用力和钻杆的转动力下，带动旋切刀轴上的搅拌叶片做竖直方向转动，同时又随着芯杆作公转，其动力由桩机提供，可通过桩机的不同转速来改变旋切刀轴(旋切刀片)的转速，可靠度高。

3、创新搅拌工艺，大幅提升成桩质量

本装置的反力翼、竖向旋切叶片与三翼水平搅拌叶片共同作用，实现立体交叉的搅拌功能，同时，通过气管向搅拌土体中泵入高压气体，起到气爆作用，使得土体与固化剂(水泥等)拌和更加均匀，有利于提高桩身强度和完整性，大幅提升成桩质量。

4、对不同地层适应性更强

淤泥质土、粘性土、塑性指数较大粉质粘土等地层，存在不易搅拌成桩的特性，通过使用本装置，在立体交叉拌和和气爆的共同作用下，能够充分破碎土体，并与固化剂(水泥等)均匀融合，搅拌更加有效，解决土体粘性大不宜破碎、固化剂与土体掺和不均匀等问题，增强了对于复杂地层的适用性。

5、大幅降低工程费用

与相同工况下常用的高压旋喷工艺相比较，高压旋喷桩固化剂(水泥等)掺量大，而本装置的固化剂(水泥等)的掺量小，施工费用低，可显著降低工程成本。

Claims (10)

1.一种低净空软基处理施工装置，其特征在于：包括桩机主塔、钻杆和钻头；所述桩机主塔上固定用于夹装钻杆的抱紧装置，所述钻头与钻杆连接，钻头包括外壳、芯杆、注浆/气管、固定翼、反力翼、旋切刀轴和搅拌叶片，所述外壳内安装固定翼，固定翼的下端设有反力翼，反力翼向固定翼两侧对称伸出，固定翼上套装锥形齿轮，所述外壳壁上安装多组旋切刀轴，每组旋切刀轴相对设置，相邻旋切刀轴处于不同平面，且相互错开，旋切刀轴上设有旋切刀片，所述旋切刀轴位于外壳内的一端为锥形齿轮，与固定翼外套装的锥形齿轮相互啮合，所述芯杆自上而下贯穿外壳和固定翼，并通过轴承与固定翼连接，芯杆内安装注浆/气管，所述外壳的上端与芯杆固定连接，外壳的下端与固定翼通过轴承连接，所述芯杆的底部设有钻尖，距钻尖近端的芯杆上连接搅拌叶片，所述芯杆的下端设有注浆/气出口，位于钻尖和搅拌叶片之间的芯杆上，注浆/气管与注浆/气出口连接。

2.根据权利要求1所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：还包括机械平台，所述机械平台与桩机主塔相互铰接。

3.根据权利要求2所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：还包括钻杆仓，所述钻杆仓安装在机械平台上，钻杆仓的两侧设有链条，链条与齿轮啮合，齿轮与电机连接，两侧的链条上相对连接托板，若干根钻杆放置在托板上。

4.根据权利要求3所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述机械平台上安装用于抓取钻杆的机械臂，机械臂上安装液压装置。

5.根据权利要求1所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述反力翼横向长度大于钻头直径。

6.根据权利要求1所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述搅拌叶片为三翼搅拌叶片，或十字形搅拌叶片，或一字形搅拌叶片，或锯齿状搅拌叶片。

7.根据权利要求6所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述三翼搅拌叶片的延长线与水平面形成夹角。

8.根据权利要求1所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述固定翼和旋切刀轴上的锥形齿轮的数比可变。

9.根据权利要求2所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述机械平台的下方安装行走装置。

10.根据权利要求1所述低净空软基处理施工装置，其特征在于：所述抱紧装置包括油缸和导正装置，相对设置的油缸相对面设置导正装置，两个油缸的活塞分别穿过导正装置，其端面为用于夹持钻杆的夹持面。