CN85101005A - 高压旋转干喷法和双管旋转干喷器 - Google Patents

Abstract

一种用于地基加固的高压旋转干喷法，使用双管旋转干喷器作为专用加固机具，同时使用干态粉状材料和颗粒状骨料作加固材料，引入高压水对土体进行二次切割。与高压液态喷射和纯粉态料喷射相比，加固体的强度可提高2～3倍，成本降低60％以上。

Description

本发明属于建筑物地基基础加固和改良方法及适用于此方法的专用地基加固机具。

在建筑工程地基加固改良及用挡水墙作防渗帷幕的工程中，高压液态旋喷方法，已被大量采用。这个方法是在地基成孔后，放入旋喷管，并用高压向土体中注入液态固结材料。但在这种地基加固方法中，无论是单管旋喷，即注入高压水泥浆固结土体;还是三重管旋喷，即超高压水在气环保护下喷射切割土体，再用低压将水泥浆注入破碎土体中固结土体，都由于注入加固材料全部是液态固结材料，使破碎的土壤中的含水量大大增加，喷入的固结材料凝固时间长，因而施工速度慢;另外，因含水量增大，使部分破碎的土壤沉渣引带部分喷入的液态固结材料上升至地面，污染作业环境。由于回收这些固结材料费工费钱，致使这些溢出物中大量的固结材料被白白浪费掉。这是造成高压液态喷射法水泥用量大、成本高的主要原因所在。更重要的是，由于注入材料是液态材料，例如目前为水泥浆、水玻璃等，使固结体成分为液态材料和部分土壤沉渣的混合物，因此固结体强度较低。

日本兼松阳等发明的“地基稳定工法”（昭58-14893，1983年3月23日公告），注入材料采用干态纯粉状材料，如干水泥。这种方法减少了地基含水量，防止了作业环境恶化。但是，由于注入材料仍然只是水泥，同高压液态注入材料相同，故形成的固结体成分同液态喷射一样，同样存在固结体强度较低、成本较高的缺点。此外，由于其注入管结构（套管内有三根管，不同轴，分别输送高压空气、压力水和粉体材料）及注入工艺复杂，所用设备多（只是空压机即有三台），致使加固成本再次增高。

本发明的目的在于，克服上述喷射法固结体强度低、喷射量大、成本高和工艺复杂等主要缺点，对上述相关的现有技术进行改进，开创新的注入工艺，设计新的旋喷器，改变注入材料，从而创造出新的地基加固方法和加固机具，以获得满意的加固效果。

本发明提供的高压旋转干喷法，是在地基成孔后，将双管旋转干喷器（以下简称干喷器）放至孔底，通过旋喷钻机的旋转提升装置，使其一边旋转，一边提升。与此同时，启动高压清水泵，通过干喷器的高压水喷咀横向喷射超高压水切割土体;通过干喷咀的调节阀引入高压水并通过干喷器下喷头的内喷咀和外喷咀向切割后的土体喷射。再次切割破碎土体;启动喷射机和高压空压机，通过干喷器下喷头的外喷咀沿着二次切割土体的高压水流的外围向被二次切割破碎的土体中喷注干态粉状固化材料和颗粒骨料。二次切割土体的高压水以高压空气、干态粉状固化材料和颗粒状骨料作保护环，并与其一起在同一轴线上向同一方向喷射。上述过程几乎是同时进行的。干喷器如此连续旋转、提升、喷射，直至提出地面，便在地基土壤中形成一个具有一定直径的柱状加固体，即干喷桩。它是切割破碎的土壤、水和干态粉状固化材料、颗粒状骨料的拌和结合体。

上述加固材料及其用量，可以根据地质条件，加固体的强度要求来选择。干态粉状固化材料，可以是水泥，也可以是粉状生石灰或其混合料;颗粒状骨料，可以是天然骨料，也可以是人工骨料，可以是砂子、石子、陶土粒等或其混合料。喷射压力的大小，可以根据地质条件、选用的材料和加固体的直径来确定。

本发明提供的地基加固方法与已有技术相比，具有下列优点和积极效果：

首先，由于旋喷加固材料使用了颗粒状骨料，试验表明，可使加固体的强度比液态喷射或纯粉态喷射的强度提高2-3倍，所用固化材料（如水泥）可减少60%以上，成本大大降低。

其次，在喷射空气、固化材料和颗粒状骨料形成的气环保护下，引入高压水对土体进行二次切割，因而增大了固结体直径，加速了固化材料与高压水及破碎土体的浸合、搅拌，减少了固化材料上溢至地面，从而改善作业环境，减少固化材料的损失浪费。

第三，所需设备较少，施工时间短。不仅能用于高压液态喷射或高压纯粉态喷射的所有地方，还可以取代用于软土地基加固的其它桩基形式。

本发明提供的双管旋转干喷器是用于上述方法的专用机具。它包括迴转器、同轴的双管和喷射头。并依照上述顺序互相连接。喷射头包括水喷头部分和下喷头部分。水喷头部分有高压水喷射咀，下喷头部分有外喷咀（喷射由内管下来的高压空气和干料）、内喷咀（喷射来自内外管之间环形通路的压力水）和调节阀（调节来自环形通路的压力水），外喷咀、内喷咀和调节阀依次排列，三者的轴线（中心线）重合。同轴的双管可以分段拆装，长度由加固深度而定，管子用普通无缝钢管。内管是喷射加固材料的通路，内管和外管之间是高压水的环形通路。内管直径以在保证喷射料畅通输送的前提下越小越好。内、外管之间的距离应保证高压水具有一定的喷射压力。迴转器内有送料气阀，送料气阀在喷射加固料入内管口的上部，通过送料气阀的高压空气可以加快加固材料输送的速度。在起动、停机时保证内管畅通。上述高压水喷咀、料喷咀都用高硬耐磨的材料制作，如合金钢。喷料咀的直径应比颗粒骨料稍大，但要保证需要的喷射能力。料喷咀有咀套，也用高硬耐磨材料制作，可以更换。喷头及料喷咀可以有多种结构型式，可根据需要选用。变换喷头和喷咀型式，该干喷器也可用于液态喷射或纯粉态料喷射。

本发明提供的干喷器与上述日本“地基稳定工法”中所用的注入管和过去的三重管相比，其优点是简化了结构，可用双重管喷射水、气和固化材料等三种注入介质;迴转器设有送料气阀，保证输料畅通;在下喷头的喷料咀后面设有水喷咀和调节阀，可以使高压水和加固料同轴喷射，二次切割土体，增大喷射距离。

干喷器的使用将在下面的实施例中，结合本发明的方法加以说明。

附图说明及本发明的实施例：

附图1是本发明的整体概貌说明图;

附图2是干喷器的迴转器的部分纵剖面图;

附图3是干喷器的下喷咀部分的纵剖面图;

附图4是干喷器的输送管横剖面图A-A。

附图标记注释：1-高压空压机;2-水箱;3-空气流量计;4-高压水泵;5-喷射机;6-空气胶管;7-干粉、颗粒骨料输入管;8-高压水输入胶管;9-干喷器的迴转器;10-提升机构;11-旋转装置;12-旋转钻机;13-干喷器外管;14-水喷头;15-下喷头;16-柱状固结体;17-内喷咀（压力水喷咀）;18-外喷咀（高压空气及干料喷咀）;19-高压水喷咀;20-送料气阀;21-调节阀;22-干喷器的内管;23-内、外管之间的环形通路。

开始，高压空压机〔1〕、喷射机〔5〕、高压水泵〔4〕不动，启动旋喷钻机〔12〕上的旋转装置〔11〕及提升装置〔10〕将钻杆钻入地下，待钻到预定深度后，提出钻杆。然后，用提升装置〔10〕将干喷器放入已钻成的孔中，直至孔底。到此，准备工作就绪，开始进入喷射成桩阶段。先启动钻机〔12〕上的旋转装置〔11〕，使干喷器旋转，然后依次启动高压水泵〔4〕、高压空压机〔1〕、喷射机〔5〕、钻机提升机构〔10〕，使干喷器边喷射、边旋转、边提升。此时，高压水泵〔4〕中的超高压水通过高压水输入胶管〔8〕进入干喷器的迴转器〔9〕内，然后沿外管〔13〕及内管〔22〕之间的环形通路〔23〕进入水喷头〔14〕，并由高压水喷射咀〔19〕喷入地基土壤内。高压水流一方面对原状土壤进行一次切割破碎，使其初步形成柱状破碎区域;外一方面，也对料喷咀〔18〕喷出的加固料中的粉体水泥形成隔离层，阻止粉体水泥及其浮游物跑到上面。这种隔离作用在接近地表时，可以防止作业现场恶化。

在喷射超高压水切割土体的同时，空压机〔1〕中的高压空气通过空气流量计〔3〕、喷射机〔5〕将喷射机中的粉体水泥、砂子、石子等天然骨料经过干料输入管〔1〕送到干喷器的迴转器〔9〕内。空压机〔1〕中还有一部分高压空气经空气胶管〔6〕、送料气阀〔20〕进入迴转器〔9〕内。高压空气和喷射料共同进入干喷器的内管〔22〕中，并沿着内管〔22〕向下进入下喷头〔15〕，然后通过料喷咀〔18〕喷入土体。送料气阀〔20〕进来的高压空气使进入内管的喷射料迅速向下输送而不致于在内管上部进料口发生堵塞现象。环形通路〔23〕中的部分高压水经下喷头的调节阀〔21〕、内喷咀（高压水喷咀）〔17〕和外喷咀（空气及颗粒骨料喷咀）〔18〕与空气和加固料同轴同方向喷出。此时，在外喷咀〔18〕的出口处，空气及颗粒骨料在高压水流外围成环状喷出。这股喷射流与上述的从水喷咀〔19〕喷出的高压水是同步同方向喷射的。由内喷咀〔17〕喷出的高压水流，在外喷咀〔17〕喷出的空气和颗粒状骨料形成的气环保护下，对已被初步切割破碎的土体进行二次切割。由于在气环保护下喷射距离大，致使破碎体的区域增大。在高压水二次切割破碎土体的同时，喷出的固结材料直接喷入被破碎的土体缝隙中。因此，不但固结材料所填充的破碎范围大大增加，而且固结材料将直接与土体搅拌、结合，大部分立即同高压水浸合。一小部分上升的粉状固结材料也由于上部高压水的隔离、密封而与上部高压水浸合，形成凝固体。因此土壤中的含水量几乎没有增加，上溢至地面的混合固结体数量也很少，也就是说喷入的固结材料损失很少。干喷器如此连续旋转、提升、喷射，便在土壤中形成了大直径的、由水泥、沙子、石子等加固料和水、破碎的土壤拌和而成的结合体，即干喷桩。这种干喷桩与液态喷射或纯粉态喷射所形成的桩相比，强度（或桩的承载力）可提高2-3倍，而加固成本可降低60%以上。

Claims (2)

1、一种用于地基加固的高压旋转干喷法，在地基成孔后放入旋喷管，旋喷管一边提升，一边旋转喷射高压水切割破碎土体，并将加固材料喷注进被破碎的土体中形成柱状固结体，本发明的特征在于，所说的加固材料是同时使用干态粉状材料和颗粒状骨料，在加固材料和高压空气同时喷射形成的保护气环下，引入高压水对土体进行二次切割。

2、一种专用于权利要求1所说的高压旋转干喷法的双管旋转干喷器，包括迴转器〔9〕、输送管〔13〕、〔22〕、水喷头〔14〕和下喷头〔15〕，并依照上述顺序互相连接，水喷头〔14〕有高压水喷射咀〔19〕，下喷头有料喷咀〔18〕;其特征在于，迴转器〔9〕内还有送料气阀〔20〕，下喷头还有内喷咀（压力水喷咀）〔17〕和调节阀〔21〕，内喷咀〔17〕、外喷咀（料喷咀）〔18〕和调节阀〔21〕具有同一轴线。

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