一種攪噴擴(kuò)徑加固樁的施工裝置及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種攪噴擴(kuò)徑加固樁的施工裝置及其施工方法，施工裝置的特征是，鉆桿由外管和內(nèi)管同軸套疊，鉆桿設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和升降裝置及可變徑的伸縮攪拌臂，內(nèi)管設(shè)有螺旋鉆頭和噴嘴，通過收臂、舒臂、旋轉(zhuǎn)、高壓注漿等操作，實(shí)現(xiàn)高壓噴射、強(qiáng)制攪拌以及提高鉆進(jìn)速度、對樁身和擴(kuò)徑體的規(guī)格調(diào)整。施工方法的特征是，預(yù)先設(shè)計加固樁的樁身和擴(kuò)徑體的設(shè)定參數(shù)和設(shè)計方案，具體施工步驟為：1）對樁位；2）按預(yù)先設(shè)計，按A（自上而下）或B（自下而上）兩種方法之一進(jìn)行加固樁中擴(kuò)徑體和樁身的施工；3）形成符合預(yù)先設(shè)計的帶有擴(kuò)徑體的攪噴擴(kuò)徑加固樁；4）通過多種方法進(jìn)行后續(xù)施工，包括制作增強(qiáng)體樁身和樁端載體和鋪設(shè)褥墊層。
【專利說明】
一種攪噴擴(kuò)徑加固樁的施工裝置及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在建筑工程領(lǐng)域的地基處理工程中，水泥加固法是被廣泛采用的地基處理方法，其中深層攪拌法和高壓旋噴法是最經(jīng)常使用的，這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是造價合理，適用范圍廣泛，特別是能夠利用原土，但也有其局限性，比如深層攪拌法對土質(zhì)要求較高，極易因攪拌不均勻造成粧身強(qiáng)度差異從而影響承載力，高壓旋噴法工藝控制嚴(yán)格且易造成漿液浪費(fèi)和環(huán)境污染，且由于地基中土層硬度和深度的變化易造成粧的直徑變化不一。而且由于水泥加固后的粧體本身強(qiáng)度不高，因此其整體承載力有很大的局限，僅適用于對承載力要求不高的復(fù)合地基，再有，在這兩種方法的粧身的規(guī)格尺寸不能根據(jù)地基土層的軟硬、厚薄變化進(jìn)行調(diào)整，不僅造成了原材料的浪費(fèi)，也極易造成粧身缺陷。
[0003]預(yù)制粧也是我國建筑領(lǐng)域中常用的粧型之一，主要有混凝土方粧、預(yù)應(yīng)力混凝土管粧、鋼粧等，預(yù)制粧的優(yōu)勢在于能承受較大的荷載、施工速度快，特別是避免現(xiàn)澆混凝土粧基的縮徑、斷粧等問題。但預(yù)制粧的施工通常采用錘擊法，其承載力主要來源于側(cè)摩阻力，端承阻力較小，因此在承載力要求較高的建筑物中使用時，必須要提高預(yù)制粧的長度和直徑來滿足上部荷載要求，進(jìn)而對預(yù)制粧的錘擊施工帶來更大的難度，特別是在遇到地層中有較硬夾層如砂層、卵石層時，預(yù)制粧的施工更加困難和低效，甚至出現(xiàn)粧頭或者粧底酥裂也不能達(dá)到設(shè)計深度的情況，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度及粧身質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決上述的問題而提出的，目的在于提供一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置及其施工方法，根據(jù)荷載要求和地層變化，以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能，一次性的在地基中完成水泥土加固粧的粧身和擴(kuò)徑體的施工，從而顯著提高復(fù)合地基的承載能力，并可在成型的攪噴擴(kuò)徑加固粧中增加制作增強(qiáng)體粧身和粧端載體，從而顯著提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力，同時能夠提高工效、節(jié)約環(huán)保，并且適用于粧基工程使用。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，包括有鉆桿和螺旋鉆頭，其特征在于，鉆桿由中空的外管和中空的內(nèi)管同軸套疊而成，鉆桿上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和升降裝置，旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)控制內(nèi)管旋轉(zhuǎn)，內(nèi)管再帶動外管同步旋轉(zhuǎn)，升降裝置控制外管和內(nèi)管的相對上下位移，鉆桿下端設(shè)有可變徑的一組或二組以上的伸縮攪拌臂，通過外管和內(nèi)管的相對上下位移，控制伸縮攪拌臂向外舒張或向內(nèi)收攏，內(nèi)管的最下端設(shè)有螺旋鉆頭和噴嘴，內(nèi)管的中空管道內(nèi)設(shè)有注漿管與噴嘴連通;施工中，通過向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂，實(shí)現(xiàn)提高鉆桿向下鉆進(jìn)或向上提出的速度和工效，通過向外舒張伸縮攪拌臂、旋轉(zhuǎn)鉆桿、高壓注入水泥漿液，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑加固體，通過控制鉆桿升降和伸縮攪拌臂向外舒張寬度，實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)徑加固體的深度、高度、直徑的調(diào)整變化。
[0006]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，該施工裝置包括:驅(qū)動鉆桿上升和下沉的動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)包括液壓油缸、卷揚(yáng)機(jī)、重錘、振動頭中的一種或幾種的組合。
[0007]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和傳動裝置，該旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)與內(nèi)管頂端連接固定。
[0008]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，內(nèi)管的外壁與外管的內(nèi)壁通過一定高度的豎向卡槽或多邊形軸承咬合，從而實(shí)現(xiàn)上述的內(nèi)管再帶動外管同步旋轉(zhuǎn)。
[0009]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，上述升降裝置包括液壓油缸或千斤頂，該升降裝置的上端與上述旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)固定，下端與外管頂端通過環(huán)形套固定，該升降裝置的高程增加時，內(nèi)管不動而外管相對下移，該升降裝置高程減少時，內(nèi)管不動而外管相對上移。
[0010]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，上述可變徑的一組或二組以上的伸縮攪拌臂，每組伸縮攪拌臂均包括同一水平位置的二根以上的人字形臂，每根人字形臂均由上臂和下臂鉸接，設(shè)一組伸縮攪拌臂時的結(jié)構(gòu)為:每根人字形臂的上臂均與外管底端鉸接，下臂均與內(nèi)管下端鉸接，設(shè)二組以上的伸縮攪拌臂時的結(jié)構(gòu)為:每組伸縮攪拌臂以同軸上下形式排列，最上組的伸縮攪拌臂中每根人字形臂的上臂均與外管底端鉸接，最下組的伸縮攪拌臂中每根人字形臂的下臂均與內(nèi)管下端鉸接，每組伸縮攪拌臂之間的連接處可加設(shè)鉸接間隔環(huán)形套。
[0011]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，上述的通過外管和內(nèi)管的相對上下位移，使伸縮攪拌臂向外舒張或向內(nèi)收攏，是指當(dāng)內(nèi)管不動而外管相對下移時，外管的下壓力擠壓伸縮攪拌臂中的人字形臂向外舒張，通過控制外管下移的高度可調(diào)整伸縮攪拌臂向外舒張的寬度，當(dāng)內(nèi)管不動而外管相對上移時，外管的上拉力拉動伸縮攪拌臂中的人字形臂向內(nèi)收攏，收攏程度最大時伸縮攪拌臂中的人字形臂呈直線狀。
[0012]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置中，其特征在于，其特征在于，上述的高壓注入加固漿液，是通過施工裝置外部的加壓設(shè)備和注漿設(shè)備在注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液來完成的。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還包括一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，該方法包括對粧的預(yù)先設(shè)計和具體施工；
預(yù)先設(shè)計:根據(jù)荷載要求和地質(zhì)勘察報告反映出的地層條件，預(yù)先確定地基中加固粧的粧身和擴(kuò)徑體的深度、高度、直徑的設(shè)定參數(shù)，并預(yù)先確定地基中擴(kuò)徑體的數(shù)量和深度位置的設(shè)計方案，該設(shè)計方案包括下述幾種:①加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，且中段或上段也設(shè)有一個或多個擴(kuò)徑體;②加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，且中段和上段不再設(shè)擴(kuò)徑體，為直桿段;③加固粧的下段為直桿段，且中段或上段設(shè)有一個或多個擴(kuò)徑體；
具體施工:施工中采用上述權(quán)利要求1至8所述的任意一種施工裝置，其步驟為:
1)將鉆桿對準(zhǔn)粧位；
2)根據(jù)上述預(yù)先設(shè)計所確定的設(shè)計方案和設(shè)定參數(shù)，按照下述A、B兩種方法之一，進(jìn)行加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工:
方法A:先從地基表面開始，按照下述的加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工步驟，按自上而下、由淺及深的順序，交替、輪流進(jìn)行擴(kuò)徑體和粧身的施工，直至加固粧的粧底設(shè)定深度位置，最后旋轉(zhuǎn)并上提鉆桿，在旋轉(zhuǎn)上提鉆桿過程中向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂以提高速度和工效:
加固粧中擴(kuò)徑體的施工步驟為:①根據(jù)該段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊下沉鉆桿，直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的擴(kuò)徑體；
加固粧中粧身的施工步驟為:①根據(jù)該段粧身的設(shè)定直徑調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂寬度;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊下沉鉆桿，直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的加固粧體；
方法B:首先旋轉(zhuǎn)并下壓鉆桿直至加固粧的粧底設(shè)定深度位置，在旋轉(zhuǎn)下壓過程中向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂以提高鉆進(jìn)速度和工效，在旋轉(zhuǎn)下壓過程中如土層較硬時，向鉆桿的注漿管內(nèi)注入水泥漿液潤滑土體，然后從該粧底設(shè)定深度開始，按照下述的加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工步驟，按自下而上、由深及淺的順序，交替、輪流進(jìn)行擴(kuò)徑體和粧身的施工:
加固粧中擴(kuò)徑體的施工步驟為:①根據(jù)該段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊上提鉆桿，直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的擴(kuò)徑體；
加固粧中粧身的施工步驟為:①根據(jù)該段粧身的設(shè)定直徑調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂寬度;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊上提鉆桿，直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的加固粧體；
3)將鉆桿提出地表，在地基中形成符合上述預(yù)先設(shè)計的，帶有一個或多個擴(kuò)徑體的攪噴擴(kuò)徑加固粧；
4)通過下列方法之一對攪噴擴(kuò)徑加固粧進(jìn)行后續(xù)施工:
方法A:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力植入預(yù)制粧身，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力；
方法B:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力沉入護(hù)筒，然后在護(hù)筒內(nèi)制作現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身，最后提出護(hù)筒，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力；
方法C:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該水泥土加固粧體的同心位置，通過動力沉入護(hù)筒，然后在護(hù)筒中填充水泥拌合物為加固料，并以重錘對加固料進(jìn)行夯擊，在反復(fù)填料夯擊后以三擊貫入度或設(shè)計填料量為標(biāo)準(zhǔn)控制密實(shí)度，從而在粧端形成由擠密的加固料和影響土體組成的粧端載體，然后再制作現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身或者植入預(yù)制粧身，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力； 方法D:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的粧頂鋪設(shè)褥墊層。
[0014]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法中，其特征在于，上述的預(yù)先設(shè)計中，設(shè)有多個擴(kuò)徑體時擴(kuò)徑體上下之間不相接。
[0015]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法中，其特征在于，上述的預(yù)先設(shè)計中，從節(jié)約材料和提高工效的角度考慮，可以忽略加固粧中粧身的深度、高度、直徑的設(shè)定參數(shù)，即在地基中僅設(shè)計擴(kuò)徑體的數(shù)量和深度位置以及擴(kuò)徑體的高度、直徑，此時不必再進(jìn)行上述具體施工中步驟3)中加固粧體的粧身施工過程，僅需將伸縮攪拌臂向內(nèi)收攏并旋轉(zhuǎn)上提或沉入鉆桿。
[0016]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法中，其特征在于，上述步驟4)中的方法A、方法B、方法C中，預(yù)制粧身或者現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身的長度等于或大于攪噴擴(kuò)徑加固粧的長度。
[0017]上述的攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法中，其特征在于，上述步驟4)中的方法A、方法B、方法C中，通過動力植入預(yù)制粧身或者沉入護(hù)筒，動力的方式包括錘擊或者振動或者靜壓。
[0018]本發(fā)明的施工裝置及施工方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢在于:
①以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作水泥土加固粧體，更大程度的提高水泥土加固粧體的均勻性和密實(shí)度，相比或噴或攪的單一法施工的水泥土粧，粧身質(zhì)量顯著增強(qiáng)。
[0019]②通過施工裝置中外管和內(nèi)管的相對上下位移，隨意控制伸縮攪拌臂向外舒張或向內(nèi)收攏的角度，即能提高鉆桿向下鉆進(jìn)或向上提出的速度和工效，也能控制粧身和擴(kuò)徑加固體的施工深度、高度、直徑的調(diào)整變化。
[0020]③可選擇先下后上或者先上后下的方式，一次性在地基中完成水泥土加固粧的粧身和擴(kuò)徑體的施工。
[0021]④在施工前根據(jù)荷載要求和地質(zhì)勘察報告反映出的地層條件，因地制宜的先對粧進(jìn)行預(yù)先設(shè)計，如在好土層中多設(shè)擴(kuò)徑加固體而軟土層中不設(shè)擴(kuò)徑加固體、在粧身設(shè)擴(kuò)徑加固體提高抗水平推力、在粧端設(shè)擴(kuò)徑加固體提高端阻力等等，根據(jù)具體需要和實(shí)際情況靈活調(diào)整設(shè)計參數(shù)和方案，從而起到提高工效、節(jié)約建材的良好效果。
[0022]⑤通過以下多個方面提高承載力:一是整個施工過程均均不排土，充分利用原土作為粧身材料;二是在正常直徑的水泥土粧體中加設(shè)多種擴(kuò)徑加固體，顯著擴(kuò)大粧徑、增加粧周面積;三是水泥土粧中再制作混凝土增強(qiáng)體，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和抗壓、抗剪能力；四是混凝土增強(qiáng)體是在水泥土粧的內(nèi)部擠土施工，擠土過程起到擴(kuò)大粧徑增加粧周和粧底面積、提高粧周土密度作用;五是水泥土粧身和周圍土體的固結(jié)硬化效果，進(jìn)一步提高粧的側(cè)摩阻力和整體強(qiáng)度;六是可在粧端制作載體，使粧端下一定深度和范圍內(nèi)的土體被加固密實(shí)，粧端受力面積顯著增大，并將上部荷載傳遞到深層土體;七是粧頂?shù)臄U(kuò)徑加固體相當(dāng)于加大了粧頂?shù)谋砻娣e，顯著提高粧土的置換率;綜合以上七個方面，其承載能力比普通灌注粧提高60%以上，比普通水泥土粧提高100%以上，用于復(fù)合地基中時整體承載力比常規(guī)技術(shù)提高40%以上。
[0023]⑥提高工效，降低施工難度:一是先進(jìn)行水泥土粧體的施工，在噴射水泥漿并攪拌過程中，原本難以成孔穿透的較硬土層如砂層的硬度和密度得到降低;二是在水泥土初凝之前進(jìn)行混凝土粧體施工，此時利用水泥土的潤滑作用，得以快速高效的進(jìn)行成孔或者成粧施工;特別是遇到較硬土層時的優(yōu)勢更為突出。
[0024]⑦適用范圍廣泛，節(jié)約造價，環(huán)保無污染:在粧基和復(fù)合地基中均可采用，并因承載力的大幅提高并能充分發(fā)揮，可顯著降低粧基的設(shè)計數(shù)量，再加上無需排土外棄環(huán)節(jié)，其整體工程造價可以降低20%以上，同時又避免了環(huán)境污染，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的施工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1a是鉆桿下端帶有三組伸縮攪拌臂；圖1b是鉆桿下端帶有二組伸縮攪拌臂；圖1c是鉆桿下端帶有一組伸縮攪拌臂。
[0026]圖2是本發(fā)明的施工裝置的以圖1a為例的控制伸縮攪拌臂舒張或收擾的示意圖，其中，圖2a是伸縮攪拌臂向內(nèi)完全收攏時的狀態(tài)；圖2b是伸縮攪拌臂向內(nèi)外舒張時的狀態(tài)；圖2c是伸縮攪拌臂向外完全舒張時的狀態(tài)。
[0027]圖3是本發(fā)明的施工方法中的預(yù)先設(shè)計中，攪噴擴(kuò)徑加固粧中擴(kuò)徑體數(shù)量和深度位置的三個不同設(shè)計方案的示意圖，分為圖3a、圖3b、圖3c。
[0028]圖4是本發(fā)明的施工方法的五個最終成型粧的示意圖，其中，圖4a以圖3a為例；圖4b也以圖3a為例；圖4c以圖3b為例；圖4d以圖3c為例，圖4e也以圖3c為例。
[0029]圖5是本發(fā)明的施工方法的以圖4a為實(shí)施例的步驟工序圖。
[0030]圖6是本發(fā)明的施工方法的以圖4d為實(shí)施例的步驟工序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下通過附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]圖1是本發(fā)明的施工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1a所示，鉆桿由中空外管I和中空內(nèi)管2同軸套疊而成，鉆桿上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)3和升降裝置4，旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)3控制內(nèi)管2旋轉(zhuǎn)，內(nèi)管2的外壁與外管I的內(nèi)壁通過一定高度的豎向卡槽或多邊形軸承咬合，從而內(nèi)管2能夠再帶動外管I同步旋轉(zhuǎn)，升降裝置4為二個左右分布的液壓油缸，液壓油缸的上端與旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)3固定，下端與外管I頂端通過環(huán)形套5固定，通過該升降裝置4的高程增加或減少，能夠控制外管I和內(nèi)管2的相對下移或上移，鉆桿下端設(shè)有可變徑的以同軸上下形式排列的三組伸縮攪拌臂6，每組伸縮攪拌臂均包括同一水平位置的左右對稱的二根人字形臂，每根人字形臂均由的上臂7和下臂8鉸接，最上組的伸縮攪拌臂中人字形臂的上臂7與外管I的底端鉸接，最下組的伸縮攪拌臂中人字形臂的下臂8與內(nèi)管2下端鉸接，三組伸縮攪拌臂6之間的連接處加設(shè)兩個鉸接間隔環(huán)形套9，內(nèi)管2的最下端設(shè)有螺旋鉆頭10和噴嘴11，內(nèi)管2的中空管道內(nèi)設(shè)有注漿管12與噴嘴11連通；圖1b與圖1a的區(qū)別是，鉆桿下端設(shè)有可變徑的以同軸上下形式排列的二組伸縮攪拌臂6，二組伸縮攪拌臂6之間的連接處加設(shè)一個鉸接間隔環(huán)形套9;圖1c與圖1a的區(qū)別是，鉆桿下端設(shè)有可變徑的以同軸上下形式排列的一組伸縮攪拌臂6。
[0033]圖2是本發(fā)明的施工裝置的以圖1a為例的控制伸縮攪拌臂舒張或收擾的示意圖，以說明如何通過外管I和內(nèi)管2的相對上下位移，控制伸縮攪拌臂6向內(nèi)收攏或向外舒張:當(dāng)升降裝置4的高程最少時，伸縮攪拌臂6中的人字形臂向內(nèi)收攏的程度最大，呈近似直線狀(如圖2a所示)，當(dāng)升降裝置4的高程增加時，內(nèi)管2不動而外管I相對下移，外管I的下壓力擠壓伸縮攪拌臂6中的人字形臂向外舒張(如圖2b所示)；當(dāng)升降裝置4的高程增加至最大時，伸縮攪拌臂6中的人字形臂向外舒張的角度也最大(如圖2c所示)；反之亦然，當(dāng)升降裝置4的高程從最大逐漸減少時，內(nèi)管2不動而外管I相對上移，外管I的上拉力拉動伸縮攪拌臂6中的人字形臂向內(nèi)收攏。
[0034]圖3是本發(fā)明的施工方法中的預(yù)先設(shè)計中，加固粧中擴(kuò)徑體數(shù)量和深度位置的三個不同設(shè)計方案的示意圖:如圖3a中所示，攪噴擴(kuò)徑加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，中段設(shè)有一個擴(kuò)徑體，上段設(shè)有一個與地表持平的擴(kuò)徑體;如圖3b中所示，攪噴擴(kuò)徑加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，且中段和上段不再設(shè)擴(kuò)徑體，為直桿段;如圖3c中所示，攪噴擴(kuò)徑加固粧的下段為直桿段，且上段設(shè)有一個與地表持平的擴(kuò)徑體。
[0035]圖4是本發(fā)明的施工方法的五個最終成型粧的示意圖:如圖4a所示，該圖4a以圖3a為例，是在圖3a所示的攪噴擴(kuò)徑加固粧中植入等長的預(yù)制粧身;如圖4b所示，該圖4b也以圖3a為例，是在圖3a所示的攪噴擴(kuò)徑加固粧中制作粧端載體后再制作現(xiàn)澆混凝土粧身；如圖4c所示，該圖4c以圖3b為例，是在圖4c所示的攪噴擴(kuò)徑加固粧中植入更大長度的預(yù)制粧身；如圖4d所示，該圖4d以圖3c為例，是在圖3c所示的攪噴擴(kuò)徑加固粧中制作粧端載體后再植入預(yù)制粧身;如圖4e所示，該圖4e也以圖3c為例，是在圖3c所示的攪噴擴(kuò)徑加固粧的粧頂鋪設(shè)褥墊層。
[0036]圖5是本發(fā)明的施工方法的以圖4a為實(shí)施例的步驟工序圖:首先，如圖5a中所示，將鉆桿下端的螺旋鉆頭10對準(zhǔn)粧位，通過升降裝置4向內(nèi)收攏鉆桿下端的伸縮攪拌臂6;然后，如圖5b中所示，通過旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)3帶動內(nèi)管2和外管I向下鉆進(jìn)至一定深度后，根據(jù)擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑通過升降裝置4向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂6;然后，如圖5c中所示，一邊向鉆桿的注漿管12內(nèi)注入高壓水泥漿液，水泥漿液從噴嘴11中噴出形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿使伸縮攪拌臂6對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑體，同時下沉鉆桿直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的上段擴(kuò)徑體13;然后，如圖5d中所示，根據(jù)粧身的設(shè)定直徑通過升降裝置4向內(nèi)調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂6寬度，一邊向鉆桿的注漿管12內(nèi)注入高壓水泥漿液，水泥漿液從噴嘴11中噴出形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿使伸縮攪拌臂6對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作粧身，同時下沉鉆桿直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的第一段粧身14;然后，如圖5e中所示，根據(jù)中段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑再次通過升降裝置4向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂6，再次以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑體，同時下沉鉆桿直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的中段擴(kuò)徑體15;然后，如圖5f中所示，再次根據(jù)粧身的設(shè)定直徑通過升降裝置4向內(nèi)調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂6寬度，再次以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作粧身直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的第二段粧身16;然后，如圖5g中所示，根據(jù)下段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑再次通過升降裝置4向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂6，再次以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑體直至粧底的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的下段擴(kuò)徑體17;然后，如圖5h中所示，將鉆桿提出地表，在地基中形成符合預(yù)先設(shè)計的，下段有擴(kuò)徑體17且中段有一個擴(kuò)徑體15且上段有一個與地表持平擴(kuò)徑體13的攪噴擴(kuò)徑加固粧;最后，如圖5i中所示，在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力植入等長的預(yù)應(yīng)力管粧18，從而形成如圖4a所示的，帶有粧身增強(qiáng)體的攪噴擴(kuò)徑加固粧。
[0037]圖6是本發(fā)明的施工方法的以圖4d為實(shí)施例的步驟工序圖:首先，如圖6a中所示，將鉆桿下端的螺旋鉆頭10對準(zhǔn)粧位，通過升降裝置4向內(nèi)收攏鉆桿下端的伸縮攪拌臂6，旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)3帶動內(nèi)管2和外管I向下鉆進(jìn)至粧底的設(shè)定深度;然后，如圖6b中所示，根據(jù)下段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑通過升降裝置4向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂6，一邊向鉆桿的注漿管12內(nèi)注入高壓水泥漿液，水泥漿液從噴嘴11中噴出形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿使伸縮攪拌臂6對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑體，同時上提鉆桿直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的下段擴(kuò)徑體19;然后，如圖6c中所示，根據(jù)粧身的設(shè)定直徑通過升降裝置4向內(nèi)調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂6寬度，一邊向鉆桿的注漿管12內(nèi)注入高壓水泥漿液，水泥漿液從噴嘴11中噴出形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿使伸縮攪拌臂6對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作粧身，同時上提鉆桿直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的中段粧身20;然后，如圖6d中所示，根據(jù)上段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑再次通過升降裝置4向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂6，再次以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑體，同時上提鉆桿直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的上段擴(kuò)徑體21;然后，如圖6e中所示，將鉆桿提出地表，在地基中形成符合預(yù)先設(shè)計的，下段有擴(kuò)徑體19且上段有一個與地表持平擴(kuò)徑體21的攪噴擴(kuò)徑加固粧;然后，如圖6f中所示，在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力沉入帶有粧尖的護(hù)筒22;然后，如圖6g中所示，在護(hù)筒22中填充加固料23，并以重錘24對加固料23進(jìn)行夯擊，在反復(fù)填料夯擊后以三擊貫入度或設(shè)計填料量為標(biāo)準(zhǔn)控制密實(shí)度，從而在粧端形成由擠密的加固料23和影響土體25組成的粧端載體;最后，如圖6h中所示，沉入預(yù)應(yīng)力管粧18后提出護(hù)筒22，從而形成如圖4d所示的，帶有粧端載體和粧身增強(qiáng)體的攪噴擴(kuò)徑加固粧。
[0038]以上實(shí)施例只是描述性的，而非限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述說明的基礎(chǔ)上所引申出的其它不同形式的變化或變動，仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，包括有鉆桿和螺旋鉆頭，其特征在于，鉆桿由中空的外管和中空的內(nèi)管同軸套疊而成，鉆桿上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和升降裝置，旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)控制內(nèi)管旋轉(zhuǎn)，內(nèi)管再帶動外管同步旋轉(zhuǎn)，升降裝置控制外管和內(nèi)管的相對上下位移，鉆桿下端設(shè)有可變徑的一組或二組以上的伸縮攪拌臂，通過外管和內(nèi)管的相對上下位移，控制伸縮攪拌臂向外舒張或向內(nèi)收攏，內(nèi)管的最下端設(shè)有螺旋鉆頭和噴嘴，內(nèi)管的中空管道內(nèi)設(shè)有注漿管與噴嘴連通;施工中，通過向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂，實(shí)現(xiàn)提高鉆桿向下鉆進(jìn)或向上提出的速度和工效，通過向外舒張伸縮攪拌臂、旋轉(zhuǎn)鉆桿、高壓注入水泥漿液，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)高壓噴射和強(qiáng)制攪拌的雙重功能制作擴(kuò)徑加固體，通過控制鉆桿升降和伸縮攪拌臂向外舒張寬度，實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)徑加固體的深度、高度、直徑的調(diào)整變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，該施工裝置包括:驅(qū)動鉆桿上升和下沉的動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)包括液壓油缸、卷揚(yáng)機(jī)、重錘、振動頭中的一種或幾種的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和傳動裝置，該旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)與內(nèi)管頂端連接固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，內(nèi)管的外壁與外管的內(nèi)壁通過一定高度的豎向卡槽或多邊形軸承咬合，從而實(shí)現(xiàn)上述的內(nèi)管再帶動外管同步旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，上述升降裝置包括液壓油缸或千斤頂，該升降裝置的上端與上述旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)固定，下端與外管頂端通過環(huán)形套固定，該升降裝置的高程增加時，內(nèi)管不動而外管相對下移，該升降裝置高程減少時，內(nèi)管不動而外管相對上移。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，上述可變徑的一組或二組以上的伸縮攪拌臂，每組伸縮攪拌臂均包括同一水平位置的二根以上的人字形臂，每根人字形臂均由上臂和下臂鉸接，設(shè)一組伸縮攪拌臂時的結(jié)構(gòu)為:每根人字形臂的上臂均與外管底端鉸接，下臂均與內(nèi)管下端鉸接，設(shè)二組以上的伸縮攪拌臂時的結(jié)構(gòu)為:每組伸縮攪拌臂以同軸上下形式排列，最上組的伸縮攪拌臂中每根人字形臂的上臂均與外管底端鉸接，最下組的伸縮攪拌臂中每根人字形臂的下臂均與內(nèi)管下端鉸接，每組伸縮攪拌臂之間的連接處可加設(shè)鉸接間隔環(huán)形套。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工裝置，其特征在于，上述的通過外管和內(nèi)管的相對上下位移，使伸縮攪拌臂向外舒張或向內(nèi)收攏，是指當(dāng)內(nèi)管不動而外管相對下移時，外管的下壓力擠壓伸縮攪拌臂中的人字形臂向外舒張，通過控制外管下移的高度可調(diào)整伸縮攪拌臂向外舒張的寬度，當(dāng)內(nèi)管不動而外管相對上移時，外管的上拉力拉動伸縮攪拌臂中的人字形臂向內(nèi)收攏，收攏程度最大時伸縮攪拌臂中的人字形臂呈直線狀。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪拌旋噴擴(kuò)徑加固粧體的施工裝置，其特征在于，上述的高壓注入加固漿液，是通過施工裝置外部的加壓設(shè)備和注漿設(shè)備在注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液來完成的。9.一種攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，該方法包括對粧的預(yù)先設(shè)計和具體施工； 預(yù)先設(shè)計:根據(jù)荷載要求和地質(zhì)勘察報告反映出的地層條件，預(yù)先確定地基中加固粧的粧身和擴(kuò)徑體的深度、高度、直徑的設(shè)定參數(shù)，并預(yù)先確定地基中擴(kuò)徑體的數(shù)量和深度位置的設(shè)計方案，該設(shè)計方案包括下述幾種:①加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，且中段或上段也設(shè)有一個或多個擴(kuò)徑體;②加固粧的下段設(shè)有擴(kuò)徑體，且中段和上段不再設(shè)擴(kuò)徑體，為直桿段;③加固粧的下段為直桿段，且中段或上段設(shè)有一個或多個擴(kuò)徑體； 具體施工:施工中采用上述權(quán)利要求1至8所述的任意一種施工裝置，其步驟為: 1)將鉆桿對準(zhǔn)粧位； 2)根據(jù)上述預(yù)先設(shè)計所確定的設(shè)計方案和設(shè)定參數(shù)，按照下述A、B兩種方法之一，進(jìn)行加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工: 方法A:先從地基表面開始，按照下述的加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工步驟，按自上而下、由淺及深的順序，交替、輪流進(jìn)行擴(kuò)徑體和粧身的施工，直至加固粧的粧底設(shè)定深度位置，最后旋轉(zhuǎn)并上提鉆桿，在旋轉(zhuǎn)上提鉆桿過程中向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂以提高速度和工效: 加固粧中擴(kuò)徑體的施工步驟為:①根據(jù)該段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊下沉鉆桿，直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的擴(kuò)徑體； 加固粧中粧身的施工步驟為:①根據(jù)該段粧身的設(shè)定直徑調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂寬度;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊下沉鉆桿，直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的加固粧體； 方法B:首先旋轉(zhuǎn)并下壓鉆桿直至加固粧的粧底設(shè)定深度位置，在旋轉(zhuǎn)下壓過程中向內(nèi)收攏伸縮攪拌臂以提高鉆進(jìn)速度和工效，在旋轉(zhuǎn)下壓過程中如土層較硬時，向鉆桿的注漿管內(nèi)注入水泥漿液潤滑土體，然后從該粧底設(shè)定深度開始，按照下述的加固粧中擴(kuò)徑體和粧身的施工步驟，按自下而上、由深及淺的順序，交替、輪流進(jìn)行擴(kuò)徑體和粧身的施工: 加固粧中擴(kuò)徑體的施工步驟為:①根據(jù)該段擴(kuò)徑體的設(shè)定直徑向外舒張鉆桿下端的伸縮攪拌臂;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊上提鉆桿，直至該段擴(kuò)徑體的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的擴(kuò)徑體； 加固粧中粧身的施工步驟為:①根據(jù)該段粧身的設(shè)定直徑調(diào)整鉆桿下端的伸縮攪拌臂寬度;②一邊向鉆桿的注漿管內(nèi)注入高壓水泥漿液形成高壓射流沖擊切割周圍土體，一邊旋轉(zhuǎn)鉆桿通過伸縮攪拌臂對土體和水泥漿液進(jìn)行強(qiáng)制攪拌;③一邊進(jìn)行上述步驟②的操作，一邊上提鉆桿，直至該段粧身的設(shè)定深度，從而形成符合設(shè)定深度、高度、直徑要求的加固粧體； 3)將鉆桿提出地表，在地基中形成符合上述預(yù)先設(shè)計的，帶有一個或多個擴(kuò)徑體的攪噴擴(kuò)徑加固粧； 4)通過下列方法之一對攪噴擴(kuò)徑加固粧進(jìn)行后續(xù)施工: 方法A:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力植入預(yù)制粧身，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力； 方法B:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該攪噴擴(kuò)徑加固粧的同心位置，通過動力沉入護(hù)筒，然后在護(hù)筒內(nèi)制作現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身，最后提出護(hù)筒，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力； 方法C:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的強(qiáng)度達(dá)到初凝之前，在該水泥土加固粧體的同心位置，通過動力沉入護(hù)筒，然后在護(hù)筒中填充水泥拌合物為加固料，并以重錘對加固料進(jìn)行夯擊，在反復(fù)填料夯擊后以三擊貫入度或設(shè)計填料量為標(biāo)準(zhǔn)控制密實(shí)度，從而在粧端形成由擠密的加固料和影響土體組成的粧端載體，然后再制作現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身或者植入預(yù)制粧身，更大程度的提高粧的整體強(qiáng)度和承載能力； 方法D:在攪噴擴(kuò)徑加固粧的粧頂鋪設(shè)褥墊層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，上述的預(yù)先設(shè)計中，設(shè)有多個擴(kuò)徑體時擴(kuò)徑體上下之間不相接。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，上述的預(yù)先設(shè)計中，從節(jié)約材料和提高工效的角度考慮，忽略加固粧中粧身的深度、高度、直徑的設(shè)定參數(shù)，即在地基中僅設(shè)計擴(kuò)徑體的數(shù)量和深度位置以及擴(kuò)徑體的高度、直徑，此時不必再進(jìn)行上述具體施工中步驟3)中加固粧體的粧身施工過程，僅需將伸縮攪拌臂向內(nèi)收攏并旋轉(zhuǎn)上提或沉入鉆桿。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，上述步驟4)中的方法A、方法B、方法C中，預(yù)制粧身或者現(xiàn)澆鋼筋混凝土粧身的長度等于或大于攪噴擴(kuò)徑加固粧的長度。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述攪噴擴(kuò)徑加固粧的施工方法，其特征在于，上述步驟4)中的方法A、方法B、方法C中，通過動力植入預(yù)制粧身或者沉入護(hù)筒，動力的方式包括錘擊或者振動或者靜壓。
【文檔編號】E02D5/48GK106087999SQ201610163327
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年3月19日 公開號201610163327.X, CN 106087999 A, CN 106087999A, CN 201610163327, CN-A-106087999, CN106087999 A, CN106087999A, CN201610163327, CN201610163327.X
【發(fā)明人】王繼忠
【申請人】王繼忠