一种大直径水泥搅拌桩的 施工装置和施工方法

技术领域

本发明涉及软基处理工程施工领域中的一种施工方法，特别是一种大直径水泥搅拌桩的施工方法。

背景技术

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械将软土和固化剂强制拌合，使软基硬结而提高地基强度的桩，因其施工便利，成本低，在软基处理领域得到广泛应用。目前，单轴（或双轴）水泥搅拌桩的直径一般为0.6～0.7m，要想提高单桩置换率，就必须增大水泥搅拌桩的直径，而常规的水泥搅拌桩机械很难满足这一要求。

高压旋喷桩，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液（可伴空气）或水成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。要想增大高压旋喷桩的直径，则需采用双管或三管施工的方法，其施工成本将大大提高。

在软基处理后，要提高复合地基的承载力，其中最有效的方法就是提高单桩的置换率，或者是在止水处理施工时为了提高止水效果及施工效率，都需要增大单桩直径(D≥1.0m)。以上两种软基处理方法在增大单桩直径方面，都需要在机械成本上做大量的投入，从而增加施工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径水泥搅拌桩施工装置和施工方法，通过该装置和方法，在保证水泥搅拌桩质量并不需要增加额外投入的情况下，能够施工出较大直径的水泥搅拌桩，提高地基的置换率或施工效率，从而使得处理后的软基有较大的承载力并提高经济效益。

该施工装置包括搅拌钻头，搅拌钻头端部为锥形钻尖，钻尖上部一定距离两侧各设有两道一字搅拌叶片，两道一字搅拌叶片之间有一定的距离，位于底端那道一字搅拌叶片，其一端的根部（叶片下方与钻杆交接处），设有一个低压的喷浆嘴，其另一端距端部一定距离（叶片下方）的地方，设有一个高压的喷浆嘴。钻杆中间有3根管道，其中一根与钻头处的低压喷浆嘴连接，另外两根与钻头处的高压喷浆嘴连接，这两根管一根管可以注水泥浆，另外一根可以注高压水或者是高压空气。一字搅拌叶片的长度，决定了搅拌桩的直径，从一字搅拌叶片端部喷出浆液压力的大小，决定了高压旋喷桩的直径，两者叠加即为共同作用所形成桩体的直径。

该施工方法包括下述步骤：

a：桩机就位：将安装调试好的桩机就位于所测放的桩位处，调直、调平桩机，将钻头尖对准桩位。      

b：开启机器，转动钻杆，在一字搅拌叶片的搅动作用下预搅下沉到设计深度。        

c：同时启动低压、高压浆泵，将预先拌制好的水泥浆送往桩机的钻头，转动钻杆旋转喷浆、搅拌提升。   

d：在喷浆提升钻杆过程中，一字搅拌叶片将土体与低压喷嘴所喷出的水泥浆液进行搅拌；高压喷嘴所射流出来的浆液，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，搅拌、旋喷到设计桩顶标高。             

e：重复b步骤，再次搅拌下沉到设计桩底标高。             

f：重复d步骤，再次提升搅拌、旋喷到设计桩顶标高成桩。

本发明的施工装置结构简单可靠，设计合理，在利用现有水泥搅拌桩及高压旋喷桩机械基础上，在桩机钻头部分通过两者的有机接合，很容易实现大直径水泥搅拌桩的施工。同时，高压喷嘴设置在距一字叶片端部一定距离的地方，这样使得水泥搅拌桩与高压旋喷桩有搭接重合部分，有利于两部分桩体的有效融合，从而保证了桩体的整体质量。

本发明的施工方法，通过普通水泥搅拌桩和单管高压旋喷桩的共同作用，大直径水泥搅拌桩得以顺利实现；钻杆转动、提升的速度与高、低压喷浆量（及喷浆压力）的有机配合，保证了大直径水泥搅拌桩的桩体质量。在施工过程中，如果在高压喷射水泥浆的同时，也注射高压水或者是高压空气，则将施工更大直径的桩体。

图1

图2

图3

图4

图5

附图说明

图1：大直径水泥搅拌桩施工过程图；

图2：大直径水泥搅拌桩施工装置正视图；

图3：大直径水泥搅拌桩施工装置俯视图；

图4：大直径水泥搅拌桩施工装置侧视图；

图5：大直径水泥搅拌桩桩体。

a:桩机就位；  b：开启机器，在一字搅拌叶片的搅动作用下预搅下沉到设计深度；  c：同时启动低压、高压浆泵，旋转喷浆、搅拌提升；  d：搅拌、旋喷到设计桩顶标高；  e：再次搅拌下沉到设计桩底标高；   f：再次提升搅拌、旋喷到设计桩顶标高成桩；

A:水泥搅拌桩桩体；   B：高压旋喷桩桩体；  C：桩体搭接部分；

1：低压浆管；   2：高压浆管；   3：高压水（气体）管；  4：低压喷嘴；   5：高压喷嘴；   6：高压喷嘴距搅拌叶片端头的距离；    7：一字搅拌叶片；   8：法兰盘；

具体实施方式

下面结合附图对施工装置和施工方法进行详细介绍。

某工程进行大直径水泥搅拌桩进行地基处理，设计桩径为1200mm，利用水泥搅拌桩与高压旋喷桩相接合的施工装置进行施工，该施工装置包括搅拌钻头，搅拌钻头端部为锥形钻尖，钻尖上部一定距离两侧各设有两道一字搅拌叶片7，两道一字搅拌叶片之间有一定的距离，位于底端那道一字搅拌叶片，其一端的根部（叶片下方与钻杆交接处），设有一个低压的喷浆嘴4，其另一端距端部一定距离6（叶片下方）的地方，设有一个高压的喷浆嘴5。钻杆中间有三根管道，其中一根与钻头处的低压喷浆嘴连接的低压浆管1，另外两根与钻头处的高压喷浆嘴连接，这两根管一根管可以注水泥浆（即高压浆管2），另外一根可以注高压水或者是高压空气（即高压水（气体）管3）。一字搅拌叶片总的长度为0.6m，其搅拌所形成的搅拌桩的直径为0.6m；采用单管高压旋喷桩机，注浆泵压力值为20～40Mpa，从一字搅拌叶片端部喷出浆液所形成的高压旋喷桩的直径0.6m，两者叠加即为共同作用所形成桩体的直径1.2m。

该装置通过法兰盘8与桩机钻杆连接。

在桩的施工过程中遵照以下步骤进行：

a：桩机就位：将安装调试好的桩机就位于所测放的桩位处，调直、调平桩机，将钻头尖对准桩位。      

b：开启机器，转动钻杆，在一字搅拌叶片的搅动作用下预搅下沉到设计深度。        

c：同时启动低压、高压浆泵，将预先拌制好的水泥浆送往桩机的钻头，转动钻杆旋转喷浆、搅拌提升。   

d：在喷浆提升钻杆过程中，一字搅拌叶片将土体与低压喷嘴所喷出的水泥浆液进行搅拌；高压喷嘴所射流出来的浆液，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，搅拌、旋喷到设计桩顶标高。             

e：重复b步骤，再次搅拌下沉到设计桩底标高。             

f：重复d步骤，再次提升搅拌、旋喷到设计桩顶标高成桩

说明书摘要

本发明涉及一种大直径水泥搅拌桩的施工方法，通过该装置和方法，在保证水泥搅拌桩质量的前提下，并不需要在机械功率方面增加额外投入，能够施工出较大直径的水泥搅拌桩，提高地基的置换率或施工效率，从而使得处理后的软基有较大的承载力并提高经济效益。

权利要求

1、一种大直径水泥搅拌桩施工装置，其特征在于，包括搅拌钻头，搅拌钻头端部为锥形钻尖，钻尖上部一定距离两侧各设有两道一字搅拌叶片，两道一字搅拌叶片之间有一定的距离，位于底端那道一字搅拌叶片，其一端叶片的根部（叶片下方与钻杆交接处），设有一个低压的喷浆嘴，其另一端叶片距端部一定距离（叶片下方）的地方，设有一个高压的喷浆嘴，高压喷浆嘴与叶片端部的距离可根据需要调整。

2、如权利要求1所述的施工装置，其特征在于，钻杆中间有3根管道，其中一根与钻头处的低压喷浆嘴连接，另外两根与钻头处的高压喷浆嘴连接，这两根管一根管可以注水泥浆，另外一根可以注高压水或者是高压空气。

3、如权利要求1所述的施工装置，其特征在于，一字搅拌叶片的长度，决定了搅拌桩的直径，从一字搅拌叶片端部喷出浆液压力的大小，决定了高压旋喷桩的直径，两者叠加即为共同作用所形成桩体的直径。

4、一种利用如权利要求1-3所述的施工装置进行施工的方法，其特征在于，该施工方法包括下述步骤：

a：桩机就位：将安装调试好的桩机就位于所测放的桩位处，调直、调平桩机，将钻头尖对准桩位。      

b：开启机器，转动钻杆，在一字搅拌叶片的搅动作用下预搅下沉到设计深度。        

c：同时启动低压、高压浆泵，将预先拌制好的水泥浆送往桩机的钻头，转动钻杆旋转喷浆、搅拌提升。   

d：在喷浆提升钻杆过程中，一字搅拌叶片将土体与低压喷嘴所喷出的水泥浆液进行搅拌；高压喷嘴所射流出来的浆液，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，搅拌、旋喷到设计桩顶标高。             

e：重复b步骤，再次搅拌下沉到设计桩底标高。             

f：重复d步骤，再次提升搅拌、旋喷到设计桩顶标高成桩