本发明涉及了用于遗址保护的装置和方法，尤其涉及了一种用于遗址保护的注浆机及施工方法。
背景技术：
：东南沿海潮湿环境下土遗址的全周期保护一直是个亟待研究的棘手课题，遗址发掘中与发掘后由于难以防范雨季雨水侵袭，加之遗址发掘区基坑侧壁要求竖立便于观察土层，侧壁出现崩塌现象。技术实现要素：为了解决
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中的问题，基于对未发掘遗址区域中文物的保护及加固遗址基坑周壁的考虑，本发明提出了一种用于遗址保护的注浆机及施工方法，可重复使用，带孔管桩在发掘中起到支护围挡作用，注浆设备可以提高遗址土的物理化学性能从而达到加固效果。本发明采用的技术方案如下：一、一种用于遗址保护的注浆机：注浆机包括主管、上活塞、下活塞、导柱和铰联组件，下活塞固定在主管顶端，上活塞布置在下活塞上方，在上活塞的中心开通孔，通孔连接液压设备，上活塞和下活塞之间连接液压内胆；液压内胆为可膨胀收缩结构，由于下活塞固定在主管上，通过液压内胆的膨胀和收缩带动上活塞沿导柱上下升降移动，进而带动铰联组件弯折运动；上活塞和下活塞之间设置有多根导柱和多个铰联组件，导柱和铰联组件的数量相同，铰联组件装于导柱上；铰联组件包括上球铰、下球铰、上联动管、下联动管和中球铰，上联动管顶端经上球铰与上活塞边缘铰接，上联动管底端经中球铰与下联动管形成铰接，下联动管经下球铰与下活塞边缘铰接；上球铰、上联动管和中球铰均为中空结构且相通，上球铰设有注浆口，中球铰设有喷嘴，浆料经注浆口进入上球铰内部，再经上联动管后进入中球铰内部，最后从喷嘴喷出。用于遗址保护的带孔管桩的尺寸较小，一般径向尺寸为400-600mm，普通的注浆机较大，无法适用于遗址保护中的带孔管桩。而采用本发明的注浆机结构的径向尺寸能达到400mm以内，能够适用于遗址保护中的带孔管桩。所述的注浆机置于用于遗址保护的带孔管桩中。所述的带孔管桩为开有桩侧壁孔的管桩，并且在管桩外套装有土工织物。多根导柱和多个铰联组件均沿周向均布布置在上活塞和下活塞之间。多根所述导柱底端固定到主管顶端上，并位于上活塞和下活塞的外围。所述导柱上开有竖直的条形槽，上球铰与条形槽相嵌连接，使得上球铰沿条形槽移动。所述的喷嘴铰接于上、下联动管之间，相邻带孔管桩分别与阴阳电极相连，采用电渗法进行注浆。本发明注浆材料为硅酸盐、丙烯酸、有机硅等已经验证在土遗址保护中常用的凝胶材料。二、一种用于遗址保护的注浆施工方法，采用如下步骤进行：步骤一：将收缩状态的所述注浆机放入沉桩完毕的带孔管桩内孔中心位置，升降移动调节主管到最底部正对带孔管桩最底部的桩侧壁孔以进行注浆；步骤二：控制液压设备使得液压内胆呈负压状态收缩，下活塞固定不动，上活塞向下运动，带动上下活塞之间相距距离缩短使得上下活塞靠拢，带动上、下联动管之间的中球铰沿径向向外运动；中球铰处的喷嘴伸出带孔管桩的桩侧壁孔外刺破管桩外套的土工织物；步骤三：浆料从上球铰的注浆口进入，从中球铰的喷嘴喷出进行压力注浆；步骤四：注浆完毕后控制液压设备增加液压内胆内压力，下活塞固定不动，上活塞向上运动，带动上下活塞之间相距距离增加使得上下活塞分离；步骤五：移动主管上升，重复上述步骤二～四对带孔管桩最底部上面各个高度处的桩侧壁孔进行注浆，直至全部桩侧壁孔完成注浆。步骤六：将注浆机从带孔管桩中取出回收，回填遗址土至带孔管桩内。本发明在遗址基坑降水放坡后，将下部侧壁开孔管桩植入遗址发掘区外围，将收缩状态的注浆机放入管桩内孔中心位置，调节主管到设定位置，液压设备减压使得注浆机上下联动管扩展，喷嘴刺破管桩外部土工织物，对管桩侧壁孔逐层进行注浆，注浆完毕后回收注浆机，回填改良后的遗址土，从而达到加固遗址发掘侧壁的效果。本发明注浆机的结构尺寸关系如下：注浆机收缩状态最大范围l1：注浆机扩张状态最大范围l2：管桩侧壁开孔的中心轴线到的底部距离h孔：管桩侧壁开孔的直径φ：其中，d为管桩外径，d为管桩内径，l1注浆机收缩状态最大范围，l2注浆机扩张状态最大范围，r注浆机主管半径，h0主管到底部的距离，h1上下活塞距离，注浆机收缩状态时，上下联动管的夹角θ1，注浆机扩张状态时，上下联动管的夹角θ2，l为上下联动管长度，δ为上下活塞厚度，φ为管桩侧壁开孔直径，r0为喷嘴的半径。本发明的有益效果是：遗址发掘前即遗址外围基坑降水放坡时，开孔管桩与其他围护结构组成内撑式围护结构进行支护，可以防止遗址基坑侧壁发生崩塌及基坑底部出现滑裂面影响发掘现场安全；遗址发掘中，注浆机可以放置在开孔管桩内部通过管桩侧壁孔进行注浆加固遗址土，且注浆机可以实现循环利用。附图说明图1为注浆机收缩状态竖剖图；图2为注浆机收缩状态俯视图；图3为注浆机扩张状态竖剖图；图4为注浆机扩张状态俯视图；图5为注浆机扩张状态1-1剖面图；图6为浙江省某遗址卫星图；图7为浙江省某遗址管桩及注浆机布置图；图8为浙江省某遗址a类桩剖面图；图9为浙江省某遗址b类桩剖面图。图中：1：注浆口；2：液压设备；3:上活塞；4：液压内胆；5：上球铰；6：上联动管；7：中球铰；8：下联动管；9：下球铰；10：下活塞；11：主管；12：导柱；13：带孔管桩；14：土工织物；15：桩侧壁孔；16：注浆机；17：真空抽压装置。d为管桩外径；d为管桩内径；l1注浆机收缩状态最大范围；l2注浆机扩张状态最大范围；r注浆机主管半径；h0主管到底部的距离；h1上下活塞距离；注浆机收缩状态时，上下联动管的夹角θ1；注浆机扩张状态时，上下联动管的夹角θ2；l为上下联动管长度；δ为上下活塞厚度；φ为管桩侧壁开孔直径，r0为喷嘴/中球铰的半径，r1为上球铰的半径，r2为注浆口的半径，d0为上下联动管的厚度。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明具体实施包括主管11、上活塞3、下活塞10、导柱12和铰联组件，下活塞10固定在主管11顶端，上活塞3布置在下活塞10上方，在上活塞3的中心开通孔，通孔连接液压设备2，上活塞3和下活塞10之间连接液压内胆4；上活塞3和下活塞10之间设置有多根导柱12和多个铰联组件，导柱12和铰联组件的数量相同，铰联组件装于导柱12上。导柱12上开有竖直的条形槽，上球铰5与条形槽相嵌连接，使得上球铰5沿条形槽移动。注浆机16置于用于遗址保护的带孔管桩13中，带孔管桩13为开有桩侧壁孔15的管桩，并且在管桩外套装有土工织物14。多根导柱12和多个铰联组件均沿周向均布布置在上活塞3和下活塞10之间。多根导柱12底端固定到主管11顶端上，并位于上活塞3和下活塞10的外围。主管11由外部设备带动进行上下升降垂直运动，主管11可定位在任一高度固定不动。如图1-图3所示，铰联组件包括上球铰5、下球铰9、上联动管6、下联动管8和中球铰7，上联动管6顶端经上球铰5与上活塞3边缘铰接，上联动管6底端经中球铰7与下联动管8形成铰接，下联动管8经下球铰9与下活塞10边缘铰接；上球铰5、上联动管6和中球铰7均为中空结构且相通，上球铰5设有注浆口1，中球铰7设有喷嘴，浆料经注浆口1进入上球铰5内部，再经上联动管6后进入中球铰7内部，最后从喷嘴喷出。液压内胆4为可膨胀收缩结构，由于下活塞10固定在主管11上，通过液压内胆4的膨胀和收缩带动上活塞3沿导柱上下升降移动，进而带动铰联组件弯折运动。如图1和图2所示，注浆机在收缩状态时，外接液压设备未工作，上下活塞3,10相距较远，上下联动管6,8呈收拢状态，中球铰靠近中间。如图3-图5所示，注浆机在扩张状态时，外接液压设备减压，上下活塞3,10相距较近，上下联动管6,8呈扩张状态，中球铰上的喷嘴7伸出带孔管桩13上的桩侧壁孔15刺破管桩外套土工织物14进行压力注浆。本发明的实施例及其实施个过程如下：步骤一：将收缩状态的注浆机放入沉桩完毕的带孔管桩13内孔中心位置，升降移动调节主管11到最底部正对带孔管桩13最底部的桩侧壁孔15以进行注浆；步骤二：控制液压设备2使得液压内胆4呈负压状态收缩，下活塞10固定不动，上活塞3向下运动，带动上下活塞3,10之间相距距离缩短使得上下活塞3,10靠拢，带动上、下联动管6,8之间的中球铰7沿径向向外运动；中球铰7的喷嘴伸出带孔管桩13的桩侧壁孔15外刺破管桩外套的土工织物14；步骤三：浆料从上球铰5的注浆口1进入，从中球铰7的喷嘴喷出进行压力注浆；步骤四：注浆完毕后控制液压设备2增加液压内胆4内压力，下活塞10固定不动，上活塞3向上运动，带动上下活塞3,10之间相距距离增加使得上下活塞3,10分离；步骤五：移动主管11上升，重复上述步骤二～四对带孔管桩13最底部上面各个高度处的桩侧壁孔15进行注浆，直至全部桩侧壁孔15完成注浆。步骤六：将注浆机从带孔管桩13中取出回收，回填遗址土至带孔管桩13内。采用本发明注浆机和注浆施工方式的具体实施例情况：浙江省某东部沿海遗址，已经勘明遗址范围，即附图6中黑框位置。具体实施中如遇基坑发掘过程中急需持续降水的情况，则在遗址基坑放坡后，将下部侧壁开孔管桩植入遗址发掘区外围。实施例中沿着遗址基坑侧壁布置了20根下部开孔管桩，布置图详见图7，所有管桩结构一致。见图7中#1～#20号桩，其中#1～#19号奇数桩下文称a类桩，#2～#20号偶数桩下文称b类桩，a类桩管桩作为排水通道，b类管桩作为注浆通道，b类管桩配合注浆机使用，起到注浆加固的作用，。遗址基坑放坡降水过程中，所有管桩与其他围护结构组成内撑式围护结构进行支护，可以防止遗址基坑侧壁发生崩塌及基坑底部出现滑裂面影响发掘现场安全。遗址发掘中，a类桩管内插负电极，上接真空抽压装置17，进行电渗抽压排水，b类桩使用本发明注浆机16和注浆施工方式进行注浆，注浆机喷嘴上接正电极。a类桩遗址剖面图可见图8所示，a类带孔管桩13作为遗址发掘现场内侧壁起到了支撑围护的作用，桩顶部接真空抽压装置17，可快速控制遗址水位。b类桩遗址剖面图剖面图见图9所示，除了支撑围护作用，单桩注浆区域为图中阴影部分，注浆后明显改善了遗址侧壁土体强度。遗址发掘完毕，a类桩拆除一半进行回收，保留一半可以继续起到控制水位的作用，b类桩回填遗址土，作为墙体加筋稳固遗址侧壁。所有注浆桩和其他内撑式围护结构可以拆除，实现循环利用。这样其优势在于：1.满足了遗址发掘过程中的刚性支护需求；2.满足了高水位遗址发掘过程中快速降水的需求；3.注浆提高了遗址侧壁的强度；4.遗留下的排水通道解决了发掘后遗址后续水位波动引起的遗址病害问题。该实施例中，遗址发掘区为12m×10m矩形范围，遗址发掘过程中从外到内放了两个缓坡，内侧降水最终深度为11.50米，外侧水位深度为0.682米，遗址土层参数如下表1设置：表1放坡信息如下表2：表2坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数14.0002.0001.50022.0002.5003.000带孔管桩截面参数外径d为600mm，内径d为500mm，长14米，管桩侧壁在末端4m处竖向每隔1m开孔，侧壁孔直径φ为20mm；带孔管桩使用材料为型钢q345，桩间距每隔2m布置。实施例的注浆机16主管半径r为106mm，上下联动杆长度l为188mm，收缩状态最大范围为l1为300mm，扩张状态l2为610mm，喷嘴半径r0为10mm，注浆机收缩状态时，上下联动杆的夹角θ1为160°；注浆机扩张状态时，上下联动杆的夹角θ2为10°。内力取值如下表3：表3经计算，带孔管桩在发掘中起到明显的支护围挡作用，加上注浆设备可以提高遗址土的物理化学性能，增加了土颗粒的粘结性从而达到整体加固性能最优化。当前第1页12