高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工设备，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，每根搅拌轴的端部设置有喷浆口，在多根搅拌轴的中间设置有输浆管，在输浆管端部设置有喷浆口，输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方。本设备可以转换高低喷浆口的工作时间，使喷浆后水泥土得到充分搅拌。具有施工高效，形成的水泥土搅拌均匀、强度高、止水效果好等特点。
【专利说明】
高低位转换喷浆的水泥土搅拌桩施工设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及土木工程技术领域，进一步涉及交通市政路基与地基工程技术领 域，具体的来说涉及软弱土体加固处理的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着城镇化建设的飞速发展及全面建设小康社会战略的实施，对交通、市政及地 下空间建设涉及的地基基础施工技术要求越来越高，水泥土搅拌粧技术，作为一种软弱地 基加固处理与形成止水帷幕的绿色技术，达到了大力推广应用。为此对其施工质量和施工 效率提出了较高的要求。然而，现行的单轴和多轴水泥土搅拌粧施工质量和施工工效已越 来越不能满足当今地基工程发展需求，在影响工程质量和工期的同时，出现了大量的工程 事故，造成了巨大的经济损失。
[0003] 针对现行的单轴搅拌粧机、双轴搅拌粧机和三轴搅拌粧机的施工过程分析，可以 看出:现行的单轴搅拌粧机如图1A所示，XI为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，喷浆口位于钻头 位置，下钻喷浆。从时序图1B可看其施工工艺过程，上提搅拌轴时，喷射的浆液不能及时与 土体搅拌混合，也会影响了加固的质量。
[0004] 现行的双轴搅拌粧机如图2A所示，XI为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间布置一 根喷浆管X4，喷浆口位于搅拌叶的上部，搅拌叶片分布在钻头附近一段范围内。下钻搅拌不 喷浆，上提时喷浆搅拌，如时序时2B所示，现行的双轴搅拌粧施工工艺要求二喷三搅，即搅 拌粧叶片从粧顶到粧低共要循环六次才能满足要求。在搅拌粧的底部，土体被搅拌破碎，但 水泥等浆液无法喷入与土体混合，因为喷浆口一直位于搅拌叶片的上方，底部的土体被破 碎后得不到水泥浆的混合搅拌，产生了一段软弱粧体，中间的粧体强度明显高于两侧，如图 2(：所示。
[0005] 现行的三轴搅拌粧机如图3A所示，XI为钻杆、X2为叶片，X3为喷浆口，中间搅拌轴 X3在钻头底部喷气，两侧搅拌轴在钻头的底部喷浆。下钻和上提搅拌轴时均喷浆，如时序图 3B所示。由于喷浆口位于两侧，喷射的浆液分布呈中间少，两侧多，导致搅拌粧体的强度呈 中间低两侧高的分布，如图3C所示。
[0006] 现行的单轴和多轴搅拌粧机施工过程主要存在以下几个问题：
[0007] 1)、在现行的搅拌粧机中，其喷浆口要么位于钻头的底部位置(即搅拌叶片下部）， 要么位于搅拌叶片的上部位置，当下钻过程喷浆时，岩土体没有被搅拌松动，喷射的浆液扩 散间隙很小，其扩散的半径很小；当提钻喷浆时，浆液沿着钻杆的扩散阻力比向四周的扩散 阻力小，出现大量返浆现象，浆液外液损失量较大；
[0008] 2)、现有的水泥土搅拌方法为了达到浆液的充分扩散要求，通过增加水灰比来增 加喷浆量，从而使水泥土的含水量增大，强度降低；
[0009] 3)、现行搅拌粧机的喷浆口分布不均，使浆液在搅拌粧体中不能均匀扩散，导到浆 液与岩土体中的混合十分不均匀，搅拌粧体的强度分布也严重不均;现行三轴搅拌粧每幅 之间的套打法连接，更进一步加剧了这种强度分布的不均匀性。
[0010] 4)、现行的二轴或三轴水泥土搅拌机中，喷浆与搅拌不能同时进行，使得喷射的浆 液不能及时搅拌，而出现大量返浆现象，浪费了大量加固材料；
[0011] 5)、单轴和双轴搅拌粧的搅拌粧机功率小，穿钻土层的能力低，搅拌加固的深度较 浅，不能满足深厚软土加固的要求；
[0012] 6)、现行的搅拌粧机的搅拌叶仅分布在钻头以上一米高的范围且转速较低，搅拌 叶片与土体的接触机率少，不能将固化水泥浆与土体充分搅拌和切削，往往呈大的完整土 块内没有一点浆液，形成的搅拌墙均匀性和密实性较差。对止水帷幕的质量有较大的影响， 不适合用于砂性土体中形成的止水帷幕。对于喷浆口位于搅拌叶片上部的双轴搅拌粧，会 在搅拌粧的底部形成一个天窗，不适合用作止水或地基加固。
[0013] 7)、成粧效率低。无论是单轴、双轴还是三轴，成粧效率均比较低。单轴搅拌粧机每 次成粧有效宽度只有400~700mm，双轴搅拌粧每次成粧的有效宽度仅为1.0m(以0700双 轴搅拌粧为例）；0850三轴搅拌粧每次成粧有效宽度也仅为1.2m。且由于成粧宽度有限， 造成设备频繁移机，大大降低作业效率。
[0014] 8)、机械化水平低。现行的单轴或双轴搅拌粧设备多为走管式，设备移动慢易倾 覆，移机的劳动量大;粧机垂直度、钻杆下钻和提升速度慢，扭矩小，钻头的切削能力小，完 全依赖于人工控制速度，误差较大，影响成粧质量；
[0015] 9)、水灰比、外加剂掺入量、浆液流量等关键指标的控制主要依赖人工，存在较大 误差，影响成粧质量；
[0016] 10 )、现行的单轴和双轴搅拌粧的每幅粧粧间搭接质量难以保证，易造成基坑渗 漏。现行单轴水泥土搅拌粧施工设备如图1所示，从图中可以看出，一次施工一根粧，通过粧 间搭接形成连续粧墙，由于钻杆的直径较小，其刚度小，易发生变形，加之定位误差和垂直 度误差，将会使设计的搭接量变成负数，表现为搅拌粧在下部沿轴线方向或沿垂直于轴线 方向的开口。由单轴搅拌粧形成连续墙，由于搭接缝多，则出现开口缝的机率较高。
[0017] 上述存在的问题概括起来主要是由施工设备和施工工艺两方面的局限性引起的， 这些问题已严重阻碍了搅拌粧技术的应用和发展。因此，对水泥土加固施工设备和施工方 法的研发与创新是非常必要的。 【实用新型内容】
[0018] 本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种高 低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备。
[0019] 为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是这样的：
[0020] 高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，包括一个多根搅拌轴的水泥土搅拌粧 机，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，搅拌叶片沿搅拌轴分布范围大于1米，多根搅拌 轴的下部设置有喷浆口，搅拌叶片位于搅拌轴的喷浆口上方，在多根搅拌轴的中间设置有 输浆管，在输浆管下方设置喷浆口，输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方;位于搅拌叶片上 下位置的喷浆口不同时喷浆;随搅拌轴的深度变化，上下喷浆口转换喷浆工作时间。
[0021] 所述水泥土搅拌粧机具有二根搅拌轴，在二根搅拌轴中间设置有输浆管，输浆管 下方设置喷浆口。
[0022] 所述水泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴，三根搅拌轴一字排列，在三根搅拌轴中间 设置有两根输浆管，两根输浆管间隔布置在三根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口。
[0023] 所述水泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴，三根搅拌轴呈品字排列，在三根搅拌轴中 间设置有一根输浆管，输浆管下方设置喷浆口。
[0024] 所述水泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴，四根搅拌轴一字排列，在四根搅拌轴中间 设置有三根输浆管，三根输浆管间隔布置在四根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口。 [0025]所述水泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴，四根搅拌轴呈正方形排列，在四根搅拌轴 中间设置有一根输浆管，输浆管下方设置喷浆口。
[0026] 所述水泥土搅拌粧机具有N根搅拌轴，N根搅拌轴一字排列，在N根搅拌轴中间设置 有N-1根输浆管，N-1根输浆管间隔布置在N根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口；N多5的 整数。
[0027] 搅拌轴内部设有输浆管，其下方设置喷浆口。
[0028] 搅拌轴内部设有输气管，其下方设置喷气口。
[0029] 输浆管内部设有输气管，其下方设置喷气口。
[0030] 有益效果，与现有技术相比，采用本实用新型的设备加固处理软土基础具有均匀 的强度，均匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染 被控制，无环境污染，绿色环保。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本实用新型；
[0032]图1A为现有技术中单轴搅拌粧机的叶片与喷浆口布置图。
[0033] 图1B为现有的单轴水泥土搅拌粧机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。
[0034] 图2A为现有技术中双轴搅拌粧机的叶片与喷浆口布置图。
[0035]图2B现有的双轴水泥土搅拌粧机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。
[0036]图2C现有的双轴水泥土搅拌粧中水泥土强度分布图。
[0037]图3A为现有技术中三轴搅拌粧机的叶片与喷浆口布置图。
[0038]图3B现有的双轴水泥土搅拌粧机施工的搅拌和喷浆的位置与时间关系图。
[0039]图3C现有的三轴水泥土搅拌粧中水泥土强度分布图。
[0040] 图4A为本实用新型实施例1所述的两轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0041] 图4B为本实用新型实施例1成粧截面图。
[0042]图5A为本实用新型实施例2所述的三轴轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0043]图5B为本实用新型实施例2成粧截面图。
[0044] 图6A为本实用新型实施例3所述的三轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0045] 图6B为本实用新型实施例3成粧截面图。
[0046] 图7A为本实用新型实施例4所述的四轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0047] 图7B为本实用新型实施例4成粧截面图。
[0048]图8A为本实用新型实施例5所述的四轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0049] 图8B为本实用新型实施例5成粧截面图。
[0050] 图9A为本实用新型实施例6所述的四轴带输浆管的搅拌粧机示意图。
[0051] 图9B为本实用新型实施例6成粧截面图。
[0052] 图10为本实用新型所述的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线图。
【具体实施方式】
[0053] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0054]实施例1，参看图4A及图4B，水泥土搅拌粧机具有两根搅拌轴，两根搅拌轴1的端部 设置有喷浆口 4，在两根搅拌轴的中间设置有输浆管2，在输浆管下方设置喷浆口 3，输浆管 的喷浆口位于搅拌叶片5的上方;多个喷浆口在搅拌叶片附近呈高低位布置。
[0055]实施例2,参看图5A及图5B，所述水泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴1，三根搅拌轴一 字排列，在三根搅拌轴1中间设置有两根输浆管，两根输浆管间隔布置在三根搅拌轴中间， 输浆管下方设置喷浆口 3。三轴搅拌粧的中间钻杆的底部设置有喷浆和喷气口 6，可以同时 进行喷射加固浆液和压力气体其余同实施例1。本实施例中，形成的水泥土搅拌粧墙呈连续 分布，能快速高效地形成止水帷幕。
[0056]实施例3,参看图6A及图6B，所述水泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴1，三根搅拌轴呈 品字排列，在三根搅拌轴中间设置有一根输浆管，输浆管下方设置喷浆口 3。三轴搅拌粧的 中间钻杆的底部设置有喷浆和喷气口 6,可以同时进行喷射加固浆液和压力气体，其余同实 施例1。本实施例中只需设置一根专门的喷浆管，实现墩式加固，有效地避开地基中的粧基 或障碍物。
[0057]实施例4,参看图7A及图7B，所述水泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴1，四根搅拌轴一 字排列，在四根搅拌轴中间设置有三根输浆管，三根输浆管间隔布置在四根搅拌轴中间，输 浆管下方设置喷浆口 3。本实施例中，形成的水泥土搅拌粧墙呈连续分布，能快速高效地形 成止水帷幕。
[0058]实施例5,参看图8A及图8B，所述水泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴1，四根搅拌轴呈 正方形排列，在四根搅拌轴中间设置有一根输浆管，输浆管下方设置喷浆口 3。本实施例中， 只需设置一根专门的喷浆管，实现墩式加固，达到了最大的地基加固工效，有效地避开地基 中的粧基或障碍物。
[0059]实施例6,图9A及图9B，所述水泥土搅拌粧机具有五根搅拌轴1，五根搅拌轴一字排 列，在五根搅拌轴中间设置有四根输浆管，四根输浆管间隔布置在五根搅拌轴中间，输浆管 下方设置喷浆口3。本实施例中，形成的水泥土搅拌粧墙呈连续分布，能快速高效地形成止 水帷幕。
[0060]高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧的施工方法，其特征是：
[0061 ] (1)下钻时，搅拌叶片5先将岩土体切削、搅拌，使之形成大间间隙；
[0062]下钻时，位于搅拌叶片上方的喷浆口 3喷浆，喷射出的浆液在刚形成的岩土体间隙 中流动，搅拌叶片5持续正向旋转搅拌，形成的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线31，关系 曲线中的水平轴代表搅拌和喷浆的时间8,垂直轴代表搅拌和喷浆的时间7(曲线参看图 10);
[0063] (2)下钻达到设计加固处理粧底位置时，停止搅拌叶片5上部喷浆口 3喷浆，打开钻 头部位的喷浆口 4喷浆；
[0064] (3)上提钻杆，钻头部位的喷浆口 4继续喷浆，位于搅拌叶片上方的喷浆口 3停止喷 浆，搅拌叶片5持续反向旋转搅拌；
[0065] (4)上提钻杆达到或大于搅拌叶片5分布长度时停止提升钻杆，形成的搅拌和喷 浆的位置与时间关系曲线41;
[0066] (5)向下钻进，搅拌叶片5持续反向旋转搅拌，钻头部位的喷浆口 4继续喷浆；
[0067] (6)向下钻进达到设计加固位置时，钻头部位的喷浆口4停止喷浆，同时打开位于 搅拌叶片上部的喷浆口 3喷浆，形成的搅拌和喷浆的位置与时间关系曲线42;
[0068] (7)上提钻杆，位于搅拌叶片上部的喷浆口 3喷浆，搅拌叶片5反向旋转搅拌，形成 的搅拌和喷浆的位置与时间曲线关系32;
[0069] (8)上提钻杆达到加固的位置停止喷浆，然后继续搅拌提出钻杆，结束。
[0070] 上述步骤中，水泥浆采用全封闭自动控制拌浆系统输送 [0071 ]每根输浆管均安装有流量监测装置。
[0072]钻机上安装有自动深度和搅拌叶片旋转、提升和下钻的速度监测控制装置。
[0073]与现有技术相比，采用本实用新型的设备加固处理软土基础具有均匀的强度，均 匀的密度和较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染被控制，无 环境污染，绿色环保。
[0074]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只 是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保 护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1. 高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，包括一个多根搅拌轴的水泥土搅拌粧 机，多根搅拌轴上均设置有多个搅拌叶片，搅拌叶片沿搅拌轴分布范围大于1米，其特征是： 多根搅拌轴的下部设置有喷浆口，搅拌叶片位于搅拌轴的喷浆口上方，在多根搅拌轴的中 间设置有输浆管，在输浆管下方设置喷浆口，输浆管的喷浆口位于搅拌叶片的上方;位于搅 拌叶片上下位置的喷浆口不同时喷浆;随搅拌轴的深度变化，上下喷浆口转换喷浆工作时 间。2. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有二根搅拌轴，在二根搅拌轴中间设置有输浆管，输浆管下方设置喷浆口。3. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴，三根搅拌轴一字排列，在三根搅拌轴中间设置有两根输浆 管，两根输浆管间隔布置在三根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口。4. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有三根搅拌轴，三根搅拌轴呈品字排列，在三根搅拌轴中间设置有一根输 浆管，输浆管下方设置喷浆口。5. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴，四根搅拌轴一字排列，在四根搅拌轴中间设置有三根输浆 管，三根输浆管间隔布置在四根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口。6. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有四根搅拌轴，四根搅拌轴呈正方形排列，在四根搅拌轴中间设置有一根 输浆管，输浆管下方设置喷浆口。7. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，所述水 泥土搅拌粧机具有N根搅拌轴，N根搅拌轴一字排列，在N根搅拌轴中间设置有N-1根输浆管， N-1根输浆管间隔布置在N根搅拌轴中间，输浆管下方设置喷浆口；N多5的整数。8. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，搅拌轴 内部设有输浆管，其下方设置喷浆口。9. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，搅拌轴 内部设有输气管，其下方设置喷气口。10. 根据权利要求1所述的高低位转换喷浆的水泥土搅拌粧施工设备，其特征是，输浆 管内部设有输气管，其下方设置喷气口。
【文档编号】E02D5/46GK205576897SQ201620173909
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】刘全林, 宋伟民, 郑少河, 吕琦, 刘斐然
【申请人】上海强劲地基工程股份有限公司