一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备及地基基础的施工方法技术

本发明专利技术提供一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备，包括机架、钻杆，钻杆上设有由内管和外管、旋转动力头、螺旋钻头组成的钻进装置，由高压浆管、向下的高压喷嘴组成的喷射装置，由搅拌叶片、多个振捣器组成的搅拌振捣装置；本发明专利技术还包括一种采用该施工设备的施工方法，其步骤为：1）钻杆旋转钻进；2）钻进的同时高压注浆，通过钻头切削和向下高压射流的联合作用成孔；通过钻头或∕和搅拌叶片控制桩径；通过搅拌叶片和振捣器振动的联合作用强制搅拌；3）重复操作至预定深度；4）上提钻杆并采用多种方式调整坍落度和均匀度形成水泥土桩；5）采用多种方法后续施工可形成连续止水帷幕墙、复合地基、复合桩、载体复合桩、钢筋水泥土桩。

Construction equipment and method for drilling jet vibrating stirring and foundation

The invention provides a jet drilling construction equipment vibrating mixer, which comprises a frame, drill pipe, drill pipe is provided with an inner tube and the outer tube, composed of rotary power head and a screw drilling device, injection device of high-pressure nozzle by high-pressure grouting pipe, downward component, by mixing vibration tamping device and a plurality of mixing blades the vibrator is composed of; the invention also relates to a use of the construction equipment construction method, comprising the steps of: 1) 2) rotary drilling drill; drilling and grouting, the combined effect of cutting and downward pressure jet hole; through the drill bit or / and the stirring blade diameter of pile through joint control; effect of stirring blade and vibrator vibration forced mixing; 3) repeated operations to a predetermined depth; 4) on the drill pipe and adopt a variety of ways to adjust the slump and uniformity of the formation of cement soil pile; 5) by The following methods can be used to form continuous water stop curtain wall, composite foundation, composite pile, composite pile and cement soil pile.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及土木工程领域，具体涉及一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备，以及一种地基基础的施工方法。
技术介绍
目前在建筑工程领域的地基处理工程中，水泥加固法是被广泛采用的一种处理方法，并且演变和派生出了很多种方法、工艺和设备，但基本上均是围绕并可以概括为深层搅拌法和高压旋喷法，这两种方法也是最经常使用的，其优点是造价合理，适用范围广泛，特别是能够较好利用原土，但这两种方法也有其局限性，比如深层搅拌法对土质要求较高，极易因搅拌不均匀造成桩身强度差异从而影响承载力，高压旋喷法工艺控制严格且易造成浆液浪费和环境污染，而且由于水泥加固后的桩体本身强度不高，因此这两种方法的整体承载力有较大局限，因此比较适用于对承载力要求不高的复合地基。再有，且由于地基中土层的分布、性质、硬度、以及深度的随时变化，对施工方法和施工设备提出更高的要求，否则就比较容易造成桩的直径变化不一从而影响质量安全，特别是高压旋喷法更难控制桩身直径的大小并做到上下一致，不仅造成了原材料的浪费，也极易造成桩身缺陷。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供一种可同时完成旋转钻进、高压喷射、振捣搅拌等功能的施工设备，并且利用该施工设备提供一种地基基础的施工方法，首先快速高效的形成质量优良且可控的水泥土桩，然后根据不同的地质条件和设计要求，在水泥土桩的基础上进行不同方法的后续施工，形成各种形式的、能力各异的、满足不同需求的地基基础，同时产生提高工效、节约环保的优异效果。为了实现上述目的，本专利技术的一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备，包括有机架、设于机架前端立杆处的钻杆，其特征在于，钻杆上设有钻进装置、喷射装置、搅拌振捣装置，所述钻进装置包括由内管（1）和外管（2）组成的双套管、钻杆上方的旋转动力头（3）、钻杆下方的带有螺旋叶片的螺旋钻头（4），动力头（3）的传动轴和螺旋钻头（4）均与内管（1）连接固定；所述喷射装置包括设于内管（1）内腔中的高压浆管（5）、设于螺旋钻头（4）上的与高压浆管（5）相连通的多个高压喷嘴（6），且高压喷嘴（6）的喷射角度向下倾斜；所述搅拌振捣装置包括设于螺旋钻头（4）上方的一排以上的横向搅拌叶片（7）、设于横向搅拌叶片（7）上方的二个以上的小型振捣器（8），所述横向搅拌叶片（7）与内管（1）连接固定，且横向搅拌叶片（7）的最大外径等于或者大于螺旋钻头（4）的最大直径，所述振捣器（8）通过电机或者液压马达带动偏振转子旋转能够产生横向振动力，振捣器（8）以软连接方式围绕固定于外管（2）的底端外部，且振捣器（8）的最大外径等于或小于横向搅拌叶片（7）的最大外径；钻进装置中的动力头（3）通过内管（1）带动螺旋钻头（4）和横向搅拌叶片（7）同步同向旋转，外管（2）和振捣器（8）不旋转。上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备中，最好，所述机架为长螺旋钻机或者钻探钻机的机架。上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备中，最好，施工设备还包括驱动钻杆上升和下沉的液压油缸或∕和卷扬机。上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备中，最好，喷射装置的高压浆管（5）和高压喷嘴（6）能够通过和喷射细砂。上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备中，最好，上述的高压喷嘴（6）的喷射角度向下倾斜，是指高压喷嘴（6）的喷射角度和地面垂直线的夹角角度不大于50°。上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备中，最好，喷射装置中的高压浆管（5）与施工设备外部的高压泵相连，高压泵与制浆设备或/和供水设备或/和供气设备相连。本专利技术还包括一种地基基础的施工方法，该方法采用上述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其步骤为：1）将上述钻进喷射振捣搅拌的施工设备的钻杆对准桩位，启动钻进装置在土体中向下旋转钻进；2）一边旋转钻进，一边向喷射装置中高压注入拌和好的水泥浆液，水泥浆液的材料成份包括水泥和水或∕和砂或∕和粉煤灰或∕和外加剂，通过螺旋钻头的旋转切削和高压喷嘴产生向下的高压冲击射流的联合作用，冲击破碎土体迅速成孔；在成孔过程中通过螺旋钻头或∕和横向搅拌叶片限定和控制桩孔的直径；同时通过搅拌装置中横向搅拌叶片的连续旋转和振捣器的横向振动的联合作用，对破碎的土体和注入的水泥浆液予以强制搅拌形成水泥土；3）重复进行上述步骤2）的旋转钻进、高压喷射、振捣搅拌的操作，直至预定的深度；4）上提或者反转上提钻杆，在此过程中视桩孔中水泥土的坍落度和均匀度采用下述方式之一或者组合予以调整，直至将钻杆提出地基表面，在地基中形成水泥土桩：①水泥土的坍落度和均匀度均满足要求时，停止高压喷射和振捣搅拌，直接上提或者反转上提钻杆；②需增大水泥土的坍落度时，继续高压喷射和振捣搅拌并同时上下移动钻杆；③需减小水泥土的坍落度时，停止高压喷射，继续振捣搅拌并持续上下移动钻杆，抽取回收桩孔中的表层浆液或∕和在桩孔中回填水泥或∕和土；④需提高水泥土的均匀度时，停止高压喷射，继续振捣搅拌并持续上下移动钻杆；5）采用下述的方法之一进行后续施工：方法A：形成连续止水帷幕墙，其步骤为：①在上述已经形成的水泥土桩硬化之前，在该水泥土桩的一侧、距该桩中心点等于或者小于该桩桩径的位置，进行上述步骤1）的操作；②进行上述步骤2）至步骤4）的操作，在该水泥土桩的一侧形成桩身相接或者咬合第二根水泥土桩；③以相同的方向在第二根水泥土桩的一侧，按照上述步骤①、②进行持续操作，形成第三根、第四根直至多根桩身相接或者咬合的水泥土桩，形成连续止水帷幕墙；方法B：形成复合地基：①按照设定的间距，按照上述步骤1）至步骤4）进行持续操作，形成第二根、第三根直至多根水泥土桩；②直至整个所需要的场地地基内布满所需要的水泥土桩；③在全部水泥土桩的桩顶铺设褥垫层，形成复合地基；方法C：形成预制桩身复合桩，其步骤为：在上述已经形成的水泥土桩硬化之前，在该水泥土桩的中心位置，通过动力将预制桩身沉入到该水泥土桩身之中至设定深度，形成水泥土桩中包含预制桩身的复合桩，更大程度的提高桩的整体强度和承载能力；方法D：形成现浇钢筋混凝土复合桩，其步骤为：①在上述已经形成的水泥土桩硬化之前，在该水泥土桩的中心位置，通过动力将底端带有预制桩尖或活瓣桩尖的护筒沉入到该水泥土桩身之中至设定深度；②在护筒中放置钢筋笼并浇灌混凝土；③提出护筒，形成水泥土桩中包含钢筋混凝土桩的复合桩，更大程度的提高桩的整体强度和承载能力；方法E：形成载体复合桩，其步骤为：①在上述已经形成的水泥土桩硬化之前，在该水泥土桩的中心位置，通过动力将底端带有预制桩尖或活瓣桩尖的护筒沉入到该水泥土桩身之中至设定深度；②在护筒中填入加固料，加固料包括干硬性混凝土、砖、碎石、水泥砂浆的一种或几种，在护筒中放置重锤，利用重锤的冲击动能夯击填入的加固料；③重复进行上述填料和重锤夯击操作，使桩端下一定深度和范围内的土体被加固密实，并通过三击贯入度或者设定的填料量检测控制密实度，从而在桩端形成由挤密的加固料和影响土体组成的桩端载体；④在护筒中置入预制桩身，或者沉入钢筋笼后浇灌混凝土；⑤提出护筒，形成水泥土桩中包含混凝土桩且底端带有载体的复合桩，更大程度的提高桩的整体强度和承载能力；方法F：形成钢筋水泥土桩，其步骤为：在上述已经形成的水泥土桩硬化之前，在该水泥土桩的中心位置，反插沉入钢筋笼。上述的地基基础的施工方法中，最好，上述步骤2）中所述的水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备，包括有机架、设于机架前端立杆处的钻杆，其特征在于，钻杆上设有钻进装置、喷射装置、搅拌振捣装置，所述钻进装置包括由内管（1）和外管（2）组成的双套管、钻杆上方的旋转动力头（3）、钻杆下方的带有螺旋叶片的螺旋钻头（4），动力头（3）的传动轴和螺旋钻头（4）均与内管（1）连接固定；所述喷射装置包括设于内管（1）内腔中的高压浆管（5）、设于螺旋钻头（4）上的与高压浆管（5）相连通的多个高压喷嘴（6），且高压喷嘴（6）的喷射角度向下倾斜；所述搅拌振捣装置包括设于螺旋钻头（4）上方的一排以上的横向搅拌叶片（7）、设于横向搅拌叶片（7）上方的二个以上的小型振捣器（8），所述横向搅拌叶片（7）与内管（1）连接固定，且横向搅拌叶片（7）的最大外径等于或者大于螺旋钻头（4）的最大直径，所述振捣器（8）通过电机或者液压马达带动偏振转子旋转能够产生横向振动力，振捣器（8）以软连接方式围绕固定于外管（2）的底端外部，且振捣器（8）的最大外径等于或小于横向搅拌叶片（7）的最大外径；钻进装置中的动力头（3）通过内管（1）带动螺旋钻头（4）和横向搅拌叶片（7）同步同向旋转，外管（2）和振捣器（8）不旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种钻进喷射振捣搅拌的施工设备，包括有机架、设于机架前端立杆处的钻杆，其特征在于，钻杆上设有钻进装置、喷射装置、搅拌振捣装置，所述钻进装置包括由内管（1）和外管（2）组成的双套管、钻杆上方的旋转动力头（3）、钻杆下方的带有螺旋叶片的螺旋钻头（4），动力头（3）的传动轴和螺旋钻头（4）均与内管（1）连接固定；所述喷射装置包括设于内管（1）内腔中的高压浆管（5）、设于螺旋钻头（4）上的与高压浆管（5）相连通的多个高压喷嘴（6），且高压喷嘴（6）的喷射角度向下倾斜；所述搅拌振捣装置包括设于螺旋钻头（4）上方的一排以上的横向搅拌叶片（7）、设于横向搅拌叶片（7）上方的二个以上的小型振捣器（8），所述横向搅拌叶片（7）与内管（1）连接固定，且横向搅拌叶片（7）的最大外径等于或者大于螺旋钻头（4）的最大直径，所述振捣器（8）通过电机或者液压马达带动偏振转子旋转能够产生横向振动力，振捣器（8）以软连接方式围绕固定于外管（2）的底端外部，且振捣器（8）的最大外径等于或小于横向搅拌叶片（7）的最大外径；钻进装置中的动力头（3）通过内管（1）带动螺旋钻头（4）和横向搅拌叶片（7）同步同向旋转，外管（2）和振捣器（8）不旋转。2.根据权利要求1所述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其特征在于，所述机架为长螺旋钻机或者钻探钻机的机架。3.根据权利要求1所述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其特征在于，施工设备还包括驱动钻杆上升和下沉的液压油缸或∕和卷扬机。4.根据权利要求1所述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其特征在于，喷射装置的高压浆管（5）和高压喷嘴（6）能够通过和喷射细砂。5.根据权利要求1所述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其特征在于，上述的高压喷嘴（6）的喷射角度向下倾斜，是指高压喷嘴（6）的喷射角度和地面垂直线的夹角角度不大于50°。6.根据权利要求1所述的钻进喷射振捣搅拌的施工设备，其特征在于，喷射装置中的高压浆管（5）与施工设备外部的高压泵相连，高压泵与制浆设备或/和供水设备或/和供气设备相连。7.一种地基基础的施工方法，该方法采用上述权利要求1～6之一所述的任意一种施工设备，其步骤为：1）将上述钻进喷射振捣搅拌的施工设备的钻杆对准桩位，启动钻进装置在土体中向下旋转钻进；2）一边旋转钻进，一边向喷射装置中高压注入拌和好的水泥浆液，水泥浆液的材料成份包括水泥和水或∕和砂或∕和粉煤灰或∕和外加剂，通过螺旋钻头（4）的旋转切削和高压喷嘴（6）产生向下的高压冲击射流的联合作用，冲击破碎土体迅速成孔；在成孔过程中通过螺旋钻头（4）或∕和横向搅拌叶片（7）限定和控制桩孔的直径；同时通过搅拌装置中横向搅拌叶片（7）的连续旋转和振捣器（8）的横向振动的联合作用，对破碎的土体和注入的水泥浆液予以强制搅拌形成水泥土；3）重复进行上述步骤2）的旋转钻进、高压喷射、振捣搅拌的操作，直至预定的深度；4）上提或者反转上提钻杆，在此过程中视桩孔中水泥土的坍落度和均匀度采用下述方式之一或者组合予以调整，直至将钻杆提出地基表面，在地基中形成水泥土桩：①水泥土的坍落度和均匀度均满足要求时，停止高压喷射和振捣搅拌，直接上提或者反转上提钻杆；②需增大水泥土的坍落度时，继续高压喷射和振捣搅拌并同时上下移动钻杆；③需减小水泥土的坍落度时，停止高压喷射，继续振捣搅拌并持续上下移动钻杆，抽取回收桩孔中的表层浆液或∕和在桩孔中回填水泥或∕和土；④需提高水泥土的均匀度时，停止高压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继忠，张连喜，王京浦，
申请(专利权)人：王继忠，张连喜，王京浦，
类型：发明
国别省市：北京;11