潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备制造技术

本发明专利技术提供了一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备。潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备包括：钻杆；潜孔冲击器，设置在所述钻杆的底端；搅拌装置，连接在所述钻杆或潜孔冲击器的侧向；喷嘴，设置在所述潜孔冲击器的侧向；其中，所述钻杆、喷嘴与潜孔冲击器之间具有连通的高压空气通路。所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，采用前面所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备。本发明专利技术地层适应性强，减少了工业生产对环境产生的污染和影响。

Construction technology and equipment of submerged impact rotary jet mixing pile

The invention provides a submersible impact rotary mixing pile construction technique and equipment. Including the DTH percussion rotary jet mixing pile construction equipment: drill pipe; DTH hammer, is arranged on the bottom end of the drill pipe; lateral mixing device connected to the drill pipe or DTH hammer; nozzle, arranged in the lateral hole impinger; the high-pressure air passage communicated with the between the drill pipe and the nozzle and the DTH hammer. The construction technology of the submersible impact rotary mixing pile adopts the prior hole impact spraying mixing pile construction equipment. The invention has strong formation adaptability and reduces the pollution and influence on environment caused by industrial production.

【技术实现步骤摘要】
潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备
本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备。
技术介绍
高压旋喷桩用于处理淤泥、粉土、填土、砂土等土体的的地基加固，更多用于基坑、水利、地铁等工程的止水。由于传统旋喷工艺其设备动力较小，在施工卵砾石层、漂石等坚硬地层时，成孔深度、垂直度、桩身直径等质量要素无法保证，止水效果一般且返浆量大，水泥利用率低，施工现场脏乱、清污工作量大。水泥搅拌桩是用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土地基的一种方法，利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械将土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体。主要用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。由于目前我国搅拌机械的性能比较落后，成桩深度一般小于30m，且断桩现象极为常见。地层适用性差，仅适用于软粘性土、淤泥质土等一般地层，在砂层、卵砾石层等坚硬地层中搅拌困难，成桩深度较低。就以上两种传统工法的不足进行分析：1、成桩效果差：传统高压旋喷桩、水泥搅拌桩施工工艺，在成桩直径、成桩深度、垂直度等方面存在诸多问题。旋喷桩当前常用单管法、双重管法、三重管法，最大成桩直径小于1.0m，旋喷设备动力较小，有效成桩深度一般在20.0m～25.0m，在赋存承压水的砂层中受动水影响成桩效果极差，且动力位于钻杆顶部，垂直度受地层影响较大且不易控制；水泥搅拌桩常用的有单轴、双轴、三轴搅拌法，成桩直径一般为500～800mm，有效成桩深度小于30.0m。由于现采用的搅拌法在设备和工艺方面存在诸多不足，极易造成搅拌深度、桩身均匀性和连续性无法保证。表现为：a、出浆口位置在搅拌轴上，浆液多集中在喷浆口的桩轴附近，叶片外缘缺浆，形成水泥浆富集。b、喷浆方式不合理，当前有下沉喷浆和提升喷浆二种形式，下沉喷浆时土未搅碎，浆液不易向四周土体中扩散，出浆口处容易形成水泥浆芯柱；提升喷浆后缺少必要的搅拌次数，易造成水泥土强度过低。c、喷浆后水泥土搅拌次数不足，包括如下几种原因：喷浆提升速度过快、搅拌次数不足、叶片数量过少、电机功率偏低、搅拌轴上下循环的搅拌次数偏少。2、钻进性差：以上两种工艺设备动力头均位于钻杆顶部且钻杆导向性差，不易垂直钻进，当遇到砂卵砾石层、漂石、人工填海地层、抛石、混凝土旧基础、基岩等复杂地层时则无法钻进或产生桩位偏移；当在支护桩间施工止水桩时，受支护桩扩径(“大肚子”)影响较大，造成无法钻进或需要补桩处理。搅拌桩在砂卵石地层，由于动力装置功率较低、叶片承载能力差，搅拌深度有限，一般无法在类似地层应用。综上所述，现有技术中至少存在以下问题：现有的搅拌桩施工成桩效果差、钻进性差。
技术实现思路
本专利技术提供一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备，以解决现有的搅拌桩施工成桩效果差、钻进性差的问题。为此，本专利技术提出一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备包括：钻杆；潜孔冲击器，设置在所述钻杆的底端；搅拌装置，连接在所述钻杆或潜孔冲击器的侧向；喷嘴，设置在所述潜孔冲击器的外侧；其中，所述钻杆与潜孔冲击器之间具有连通的高压空气通路；所述潜孔冲击器还包括：与钻杆连接的高压浆液管路，所述高压浆液管路与高压空气通路相分隔；所述喷嘴连接所述高压浆液管路。进一步地，所述搅拌装置为螺旋叶片或采用间隔设置的叶片。进一步地，所述搅拌装置设置在所述钻杆或潜孔冲击器的外壁上。进一步地，所述潜孔冲击器包括：上端口、下端口、位于上端口和下端口之间的中空内腔、包围所述中空内腔的侧壁、连接在所述下端口上的内筒、连接在所述内筒之外的套管、连接在所述内筒和套管底部的潜孔冲击器钎头、以及设置在所述套管外侧的喷嘴，其中，所述喷嘴位于所述潜孔冲击器钎头的上方并且设置在所述套管外侧，所述喷嘴连接所述高压浆液管路，所述高压浆液管路连接所述套管。进一步地，所述高压浆液管路包括：沿所述钻杆的轴线设置的第一段管路、设置在所述侧壁中并沿平行所述钻杆的轴线设置的第三段管路、以及连接在所述第一段管路和第三段管路之间的第二段管路，所述第二段管路沿所述钻杆的径向设置。进一步地，所述喷嘴的喷射方向为水平或斜向下，所述喷嘴的数目为多个。本专利技术还提出一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，采用前面所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺包括以下步骤：步骤A：利用位于钻杆底端的潜孔冲击器，在冲击下沉过程中产生的高频振动和高压空气对土体进行冲击破坏进行成孔；步骤B：潜孔冲击器工作的同时，喷嘴喷出高压水进行侧向旋喷；步骤C：潜孔冲击器工作的同时，搅拌装置同步旋转作业；结合所述高压水的切割作用，对土体进行旋切搅拌，使土体软化成流塑状态，为后续喷射水泥浆提供条件。进一步地，成孔达到设计标高后将高压水切换为高压水泥浆，喷嘴喷射高压水泥浆的同时，搅拌装置将高压水泥浆和流塑状态的土进行二次搅拌，通过喷嘴的潜孔冲击旋喷、以及搅拌装置的旋切搅拌的联合作用，使流塑状态的土和高压水泥浆充分混合，形成水泥土桩。进一步地，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺用于施工帷幕桩和复合地基时，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺具体包括：步骤D：桩位测放：按照设计桩位，采用传统测量设备或GPS定位测量技术进行桩位测量及定位；步骤E：钻进成孔作业：潜孔冲击旋喷搅拌桩机就位后，开启动力装置驱动钻杆转动，向钻杆底部潜孔冲击器提供高压空气，驱动冲击器开始工作；搅拌装置在钻杆的驱动用下开始旋转作业，对土体进一步旋切搅拌；钻进的同时向钻杆提供不小于15MPa压力的高压水，进行切割软化土体；在高频振动、旋切搅拌、高压水、高压气共同作用下，一边破坏土体一边下沉钻进，当遇坚硬障碍物时，直接冲击破碎，利用搅拌装置将破碎形成的块体与流塑状态的土体搅拌均匀；步骤F：成桩作业：当成孔至设计深度后，将所喷射的高压水切换为高压水泥浆，通过高压水泥浆的高压射流及搅拌装置的二次搅拌作用，将高压水泥浆与流塑状态的土混合均匀，可根据施工需要提升、下放钻头进行重复旋喷搅拌，形成直径较大、水泥土均匀的桩体。进一步地，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺用于施工桩基础和抗浮锚杆时，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺具体包括：步骤H：桩位测放：按照设计桩位，采用传统测量设备或GPS定位测量技术进行桩位测量及定位；步骤I：水泥土外桩成孔作业：潜孔冲击旋喷搅拌桩机就位后，开启动力装置驱动钻杆转动，向钻杆底部潜孔冲击器提供高压空气，驱动冲击器开始工作。搅拌装置在钻杆的驱动用下开始旋转作业，对土体进一步旋切搅拌；钻进的同时向钻杆提供不小于15MPa压力的高压水，进行切割软化土体；在高频振动、旋切搅拌、高压水、高压气共同作用下，一边破坏土体一边下沉钻进，当遇坚硬障碍物时，直接冲击破碎，利用搅拌装置将破碎形成的块体与流塑状态的土体搅拌均匀；步骤J：水泥土外桩成桩作业：当成孔至设计深度后，将所喷射的高压水切换为高压水泥浆，通过高压水泥浆的高压射流及搅拌装置的二次搅拌作用，将高压水泥浆与流塑状态的土混合均匀，可根据施工需要提升、下放钻头进行重复旋喷搅拌，形成直径较大、水泥土均匀的桩体；步骤K：芯桩成桩作业：其中，所述芯桩成桩作业具体为当芯桩为现浇钢筋混凝土桩时，在水泥土外桩成桩4～6小时后,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备包括：钻杆；潜孔冲击器，设置在所述钻杆的底端；搅拌装置，连接在所述钻杆或潜孔冲击器的侧向；喷嘴，设置在所述潜孔冲击器的外侧；其中，所述钻杆与潜孔冲击器之间具有连通的高压空气通路；所述潜孔冲击器还包括：与钻杆连接的：高压浆液管路，所述高压浆液管路与高压空气通路相分隔；所述喷嘴连接所述高压浆液管路。

【技术特征摘要】
2016.08.25 CN 20162094147361.一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备包括：钻杆；潜孔冲击器，设置在所述钻杆的底端；搅拌装置，连接在所述钻杆或潜孔冲击器的侧向；喷嘴，设置在所述潜孔冲击器的外侧；其中，所述钻杆与潜孔冲击器之间具有连通的高压空气通路；所述潜孔冲击器还包括：与钻杆连接的：高压浆液管路，所述高压浆液管路与高压空气通路相分隔；所述喷嘴连接所述高压浆液管路。2.如权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述搅拌装置为螺旋叶片或采用间隔设置的叶片。3.如权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述搅拌装置设置在所述钻杆或潜孔冲击器的外壁上。4.如权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述潜孔冲击器包括：上端口、下端口、位于上端口和下端口之间的中空内腔、包围所述中空内腔的侧壁、连接在所述下端口上的内筒、连接在所述内筒之外的套管、连接在所述内筒和套管底部的潜孔冲击器钎头、以及设置在所述套管外侧的喷嘴，其中，所述喷嘴位于所述潜孔冲击器钎头的上方；所述喷嘴连接所述高压浆液管路，所述高压浆液管路连接所述套管。5.如权利要求4所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述高压浆液管路包括：沿所述钻杆的轴线设置的第一段管路、设置在所述侧壁中并沿平行所述钻杆的轴线设置的第三段管路、以及连接在所述第一段管路和第三段管路之间的第二段管路，所述第二段管路沿所述钻杆的径向设置。6.如权利要求4所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述喷嘴的喷射方向为水平或斜向下，所述喷嘴的数目为多个。7.一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，采用权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺包括以下步骤：步骤A：利用位于钻杆底端的潜孔冲击器，在冲击下沉过程中产生的高频振动和高压空气对土体进行冲击破坏进行成孔；步骤B：潜孔冲击器工作的同时，喷嘴喷出高压水进行侧向旋喷；步骤C：潜孔冲击器工作的同时，搅拌装置同步旋转作业；结合所述高压水的切割作用，对土体进行旋切搅拌，使土体软化成流塑状态，为后续喷射水泥浆提供条件。8.如权利要求7所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，成孔达到设计标高后将高压水切换为高压水泥浆，喷嘴喷射高压水泥浆的同时，搅拌装置将高压水泥浆和流塑状态的土进行二次搅拌，通过喷嘴的潜孔冲击旋喷、以及搅拌装置的旋切搅拌的联合作用，使流塑状态的土和高压水泥浆充分混合，形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，戴斌，刘宏运，朱允伟，马云飞，郭大庆，马恩帅，张斌，
申请(专利权)人：北京荣创岩土工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11