本发明专利技术公开了一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，包括操作台、外套管，在所述外套管上段外壁上固定有注浆盘，转轴转动设置在外套筒中部，在转轴下端设有钻头，沿外套管的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个注浆腔体，在每一个注浆腔体的外圆周壁上均匀开设有多个伸缩孔，伸缩孔内设有注浆机构。本发明专利技术利用钻头进行桩孔钻进，同步下放外套管，在达到目标土体深度后，利用多个注浆腔体中的注浆机构对目标土体进行水平注浆，即对固化液与菌液形成的混合液进行分层水平喷射，在目标土体深度处形成多个柱状的分层固化区域，使得目标土体深处所有的孔隙通道内均喷射有混合液，以此来实现全域覆盖注浆固化的目的。以此来实现全域覆盖注浆固化的目的。以此来实现全域覆盖注浆固化的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置
[0001]本专利技术涉及土体工程固化防渗
，尤其涉及一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置。
技术介绍
[0002]土木工程建设过程中经常遭遇地基承载力不足问题。工程上常采用一定技术手段对承载力不足的地基土体进行加固，以满足工程建设需求。传统地基加固方法如机械碾压、换填土层、化学注浆或水泥灌浆虽然效果突出但弊端明显。如机械碾压法仅胜任表层土体加固；换填土层法人力消耗大、经济成本高；化学注浆或水泥灌浆的扩散距离短、环境负效应明显。相比于传统土体加固方法，源于自然的绿色环保、环境友好型生态改良技术更符合可持续发展理念。
[0003]生物矿化是一个自然过程，广泛存在于水环境、土壤和岩石中，利用该过程实现的MICP技术为土木工程建设中遭遇地基承载力不足提供了新的加固思路。在生态优先，绿色发展的大背景下，近年来兴起的作用范围广、环境污染小的微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术逐渐应用至不良土体加固领域。与其他传统加固方法：机械碾压、换土填层、化学注浆和水泥灌浆等传统方法相比MICP更加环保温和。MICP是矿化所需的菌液和胶结液（一般为尿素和钙盐的混合溶液）的非侵蚀、低压传播注入土层，利用自然界广泛存在的微生物矿化作用，在土体内部诱导产生碳酸钙晶体胶结砂颗粒来提高砂土的密实性与砂颗粒间的胶结性，从而改善土层机械性能。目前通常采用的固化方式有水平注浆和竖直注浆，两者均具备相同的缺陷，即在当固化液与菌液混合而形成的浆液从水平方向或是竖直方向上进行注射时，前者容易因固化产生的碳酸钙晶体而阻碍浆液继续下移，后者则因为土层中孔隙通道的大小以及分布不均而导致浆液水平注入困难，即两种注浆方式所达到的固化效果均不理想。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的在于提供一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，以解决上述问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，包括操作台以及活动贯穿操作台的外套管，在所述外套管上段外壁上固定有同轴的注浆盘，转轴转动设置在外套筒中部，转轴上端与外部的电机输出端连接，在转轴下端设有钻头，沿外套管的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个呈环状的注浆腔体，在每一个注浆腔体的外圆周壁上均匀开设有多个伸缩孔，伸缩孔内设有注浆机构；注浆时，通过转动转轴能够同时带动多个注浆机构从伸缩孔中移出且沿外套管的径向外土体内辐射移动。现有技术中，在利用MICP方式固化砂土常用的水平注浆和竖直注浆分别有各自方式不同的缺陷；前者因竖直方向上相邻水平注浆口的竖向间距较大，中间砂土固结效果不好，而为解决该问题采取的缩小间距增加竖直方向
水平注浆口数量成本上涨且增大了制作难度而难以实现；后者则是简单利用重力作用浆液沿着土体中本来就有的孔隙通道流动，面对大孔隙通道地方浆液更容易进入，进一步遇见大孔隙通道相互连通，造成浆液只能通过连通处流过，土体的其他部分的固结效果不理想，此外高浓度菌液的活性较高，能快速水解尿素形成矿化结晶导致碳酸钙晶体在砂土上层形成堵塞导致下层砂土固化效果差，同时因浆液水平扩散的范围十分有限，水平向固化改良效果往往仅局限在1
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2倍管径范围内；对此，申请人研发设计出一种多角度注浆加固土体装置，首先利用钻头进行桩孔钻进，同步下放外套管，在达到目标土体深度后，利用多个注浆腔体中的注浆机构对目标土体进行水平注浆，即对固化液与菌液形成的混合液进行分层水平喷射，在目标土体深度处形成多个柱状的分层固化区域，使得目标土体深处所有的孔隙通道内均喷射有混合液，以此来实现全域覆盖注浆固化的目的。
[0006]具体操作过程如下：首先确定目标土体，再确定目标土体深度，在目标土体中心区域开钻进桩孔，同步在钻头的转轴外壁下放外套管，且保证桩孔的孔径大于外套管上注浆腔体的外径，当桩孔成型后，继续转动转轴下移，使得与转轴联动的注浆机构依次从多个伸缩孔中移出，且沿外套管的径向土体中辐射推进，同时与外套管内部连通的注浆盘可直接向位于不同深度的多个注浆机构中注入浆液，以实现实现全域覆盖注浆固化的目的。需要进一步说明的是，本技术方案中的注浆机构的注浆方式为两级级注浆，即在实现水平伸缩注浆的同时，还能根据土体中孔隙通道的分布进行选择性的注浆。
[0007]沿外套管的周向在所述注浆腔体内部等距间隔设有多个导向筒，导向筒的一端开放且其开放端与伸缩孔连通，注浆机构收缩放置在导向筒内，导向筒另一端与注浆腔体的内壁连接，在注浆腔体的内圆周壁上设有锥形齿轮，锥形齿轮通过连杆与注浆机构联动，在注浆腔体的内圆周壁上转动设置有支撑环，支撑环通过多个支杆与齿轮盘端面连接，且齿轮盘的外圆周壁上设有与锥形齿轮啮合的齿带，沿转轴的周向在其外圆周壁上设有多个限位块，在齿轮盘的内圆周壁上开有多个与限位块匹配的限位槽；在所述注浆盘中设有多个进液管，每个进液管沿外套管的轴向竖直向下依次贯穿多个注浆腔体，且在竖直方向上，每一个进液管与位于同一条直线上的多个注浆机构的内部连通。进一步地，在注浆腔体中设有多个导向筒，初始状态下，注浆机构对应收缩放置在导向筒中，在每一个注浆腔体的内圆周壁上均设有支撑环，支撑环上通过支杆连接有齿轮盘，当多个注浆腔体移动至各自对应的目标土体深度时，转轴停止转动且保持继续下移一段距离，进而使得限位块顺利进入至与之配合的限位槽中，重新启动外部电机，使得转轴再次转动，在转轴转动的同时带动齿轮盘转动，进而带动与齿带配合的锥形齿轮转动，通过锥形齿轮的转动以带动注浆机构由收缩状态转变为舒展状态，即注浆机构由导向筒内移出，并沿外套管的径向朝目标土体内辐射移动；此时在当注浆机构完全伸展开时，通过向注浆盘内持续注入带压的浆液，浆液沿进液管逐级将浆液输送至多个注浆机构内部，且由注浆机构向目标土体内完成喷浆处理。
[0008]所述注浆机构包括初级套管、以及由内向外依次套设的次级套管、三级套管、四级套管，在四级套管中部设有螺杆，螺杆的一端与连杆连接，螺杆另一端端面上开有盲孔，在螺杆上转动设置有套环，套环上开有供进液管通过的连接孔，且位于连接孔内部的进液管外壁上开有与盲孔连通的进液通道；在螺杆上套设有与之螺纹配合且纵向截面呈T型的底座，在底座的竖直段外壁上转动设置有次级转盘，底座的水平段外壁与三级套管的端部连接，次级转盘端面上固定有
次级随动管，次级随动管外圆周壁设有外螺纹，在次级随动管外圆周壁套设有与之螺纹配合且纵向截面呈T型的移动座，移动座的竖直段外壁上转动设置有初级转盘，初级转盘端面上固定有初级随动管，初级随动管外圆周壁设有外螺纹，初级套管的内圆周壁与初级随动管外圆周壁螺纹配合；沿初级套管、次级套管以及三级套管在其外圆周壁上均设有至少一个楞条，在次级套管、三级套管以及四级套管内圆周壁上均设有与楞条相匹配的卡槽；沿螺杆以及次级随动管的轴向在其外圆周壁上均开有多个导向槽，在次级随动管以及初级随动管的外圆周壁上均设有与导向槽配合的导向板；在所述初级套管、次级套管以及三级套管的外圆周壁上均设置有多个注浆孔。进一步地，带压的浆液依次由进液管逐级进入至每一个注本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，包括操作台（1）以及活动贯穿操作台（1）的外套管（7），其特征在于：在所述外套管（7）上段外壁上固定有同轴的注浆盘（2），转轴（16）转动设置在外套筒中部，转轴（16）上端与外部的电机输出端连接，在转轴（16）下端设有钻头（18），沿外套管（7）的轴向在其外圆周壁上间隔设置有多个呈环状的注浆腔体（5），在每一个注浆腔体（5）的外圆周壁上均匀开设有多个伸缩孔（8），伸缩孔（8）内设有注浆机构（10）；注浆时，通过转动转轴（16）能够同时带动多个注浆机构（10）从伸缩孔（8）中移出且沿外套管（7）的径向外土体内辐射移动。2.根据权利要求1所述的一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，其特征在于：沿外套管（7）的周向在所述注浆腔体（5）内部等距间隔设有多个导向筒（11），导向筒（11）的一端开放且其开放端与伸缩孔（8）连通，注浆机构（10）收缩放置在导向筒（11）内，导向筒（11）另一端与注浆腔体（5）的内壁连接，在注浆腔体（5）的内圆周壁上设有锥形齿轮（14），锥形齿轮（14）通过连杆（1018）与注浆机构（10）联动，在注浆腔体（5）的内圆周壁上转动设置有支撑环（15），支撑环（15）通过多个支杆与齿轮盘（13）端面连接，且齿轮盘（13）的外圆周壁上设有与锥形齿轮（14）啮合的齿带，沿转轴（16）的周向在其外圆周壁上设有多个限位块（12），在齿轮盘（13）的内圆周壁上开有多个与限位块（12）匹配的限位槽（17）；在所述注浆盘（2）中设有多个进液管（9），每个进液管（9）沿外套管（7）的轴向竖直向下依次贯穿多个注浆腔体（5），且在竖直方向上，每一个进液管（9）与位于同一条直线上的多个注浆机构（10）的内部连通。3.根据权利要求2所述的一种有助浆液全域扩散的多角度注浆加固土体装置，其特征在于：所述注浆机构（10）包括初级套管（101）、以及由内向外依次套设的次级套管（103）、三级套管（104）、四级套管（105），在四级套管（105）中部设有螺杆（109），螺杆（109）的一端与连杆（1018）连接，螺杆（109）另一端端面上开有盲孔（108），在螺杆（109）上转动设置有套环（1017），套环（1017）上开有供进液管（9）通过的连接孔（1019），且位于连接孔（1019）内部的进液管（9）外壁上开有与盲孔（108）连通的进液通道；在螺杆（109）上套设有与之螺纹配合且纵向截面呈T型的底座（1015），在底座（1015）的竖直段外壁上转动设置有次级转盘（1014），底座（1015）的水平段外壁与三级套管（104）的端部连接，次级转盘（1014）端面上固定有次级随动管（1011），次级随动管（1011）外圆周壁设有外螺纹，在次级随动管（1011）外圆周壁套设有与之螺纹配合且纵向截面呈T型的移动座（1012），移动座（1012）的竖直段外壁上转动设置有初级转盘（1023），初级转盘（1023）端面上固定有初级随...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，姜宇宏，何妮，王保权，林星竹，薛杜琛，彭承钰，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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