刚性插入件结合喷浆搅拌加固体的斜向受力体施工方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种刚性插入件结合喷浆搅拌加固体的斜向受力体施工方法。

背景技术：

钢制格构柱、钢管、型钢和预制桩（以下简称：插入件）插入水泥土加固体形成的竖向受力体在土木工程领域应用较为广泛；

其施工方法一：先施工水泥土加固体，然后插入上述插入件，从而共同形成具有一定承载能力的受力体；

施工方法二：施工完上述插入件后对其端部进行注浆加固形成水泥土加固体，从而共同形成具有一定承载能力的受力体；

施工方法三：在插入件端部设置钻头，沿导向架旋转钻进成孔止设计水泥土加固体顶标高起开始喷浆搅拌钻进完成水泥土加固体施工，形成具有一定承载能力的受力体。

工程中的斜向受力体时有出现，若将上述受力体工艺直接使用，存在如下问题：

采用方法一：因斜向水泥土加固体施工时，重量较大且外径比钻杆大的钻头在对原状土进行扰动、搅拌及加固的钻进过程中，随着钻进的深入，外径较小的钻杆刚度逐渐变小，两者在重力作用下带动钻头向下漂移，易造成加固体向下偏离设计位置；此外，水泥土加固体核心区域浆液主体强度较高，刚度相对较大的插入体插入设置时优先沿软弱通道穿行，很难保证其插入提前设置的水泥土加固体形成预期的受力体，无法达到设计预期。

采用方法二：因注浆固结施工工艺自身的缺陷，水泥浆易沿薄弱通道流失，水泥土加固质量难以控制，受力体无法有效成形，不能满足设计预期。

采用方法三：因受钻机自重影响，钻机钻进扭矩提供受到限制，从而影响了斜向受力体长度的设置。为确保浆液通道畅通、满足带压工作要求，插入件的连接、插入件与钻机间的连接等须按专业要求加工设置，且每根插入件均须设一次性置钻头，极大增加了成本；实施时工序复杂、功效低下，易进一步增加施工成本，给其适用性造成了严重不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种刚性插入件结合喷浆搅拌加固体的斜向受力体施工方法，该施工方法通过将刚性插入件预先插入至土体中之后，再将钻具在刚性插入件中沿其轴向进行钻进并通过变径喷射浆液和搅拌土体以形成尺寸均匀的水泥土扩大体，并可使刚性插入件与水泥土扩大体同轴。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种刚性插入件结合喷浆搅拌加固体的斜向受力体施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：将一刚性插入件在土体中倾斜插入至水泥土扩大体设计顶标高位置；启动钻机将设有对中装置的钻具斜向插入至所述刚性插入件的空腔中并钻进至所述刚性插入件的下端部；所述钻具的钻头为变径钻头，打开所述变径钻头使其直径变大并继续斜向钻进，同时使所述变径钻头向外喷射水泥浆液并与土体搅拌形成一段水泥土扩大体；收缩所述变径钻头使其直径变小并提离所述刚性插入件；斜向沉设所述刚性插入件至所述水泥土扩大体中，使所述刚性插入件与所述水泥土扩大体形成同轴一体的斜向受力体。

所述刚性插入件由若干刚性插入件节段连接组成，所述刚性插入件以倾斜方式在土体中插入至水泥土扩大体设计顶标高位置的方法包括以下步骤：利用沉设装置将第一节所述刚性插入件节段斜向沉设至土体中，之后在第一节所述刚性插入件节段的末端连接第二节所述刚性插入件节段，继续利用所述沉设装置沉设第二节所述刚性插入件节段；如此往复，直至第一节所述刚性插入件节段的头端到达水泥土扩大体设计顶标高位置；其中，所述沉设装置为钻进沉设装置、静压沉设装置、振动沉设装置中的一种或多种组合。

所述刚性插入件为中空刚性体，为钢制格构柱、钢管、预制空心桩中的一种或多种组合。

所述钻具的杆体前端部为所述变径钻头，所述变径钻头包括位于所述杆体前端部的钻头、套装于所述钻头上方所述杆体上的升降套管以及均布于所述钻头上缘部上的若干变径刀片，所述升降套管由固定于所述杆体上的液压油缸驱动沿所述杆体升降，所述变径刀片的一端铰接于所述钻头上缘部、另一端与所述升降套管下缘部之间布置有铰接杆，在所述升降套管的升降带动下，所述变径刀片将跟随向内收缩或向外扩展，以改变所述可变径钻头的直径。

所述钻具的杆体中布置有注浆管道，所述注浆管道延伸至所述变径钻头中，所述变径钻头上均布有若干与所述注浆管道相连通的喷浆口。

沿所述钻具的杆体上间隔布置有若干所述对中装置，在所述对中装置的导向下所述钻具始终保持与所述刚性插入件的中心轴线同轴钻进。

所述对中装置包括基盘、固定于所述基盘上的旋转装置以及均布于所述基盘外缘上的导向轮组，所述钻具的杆体贯穿所述旋转装置以及所述基盘上的通孔，所述导向轮组与所述刚性插入件的内壁面相贴合并可沿其轴向移动。

所述导向轮组包括自所述基盘上向外延伸的支撑杆以及滑轮组，所述支撑杆的外端部具有呈“π”形的安装架，所述安装架的端板固定于所述支撑杆的外端部、两侧的侧板上分别具有可调式长孔，所述滑轮组的支撑轴两端分别安装于所述侧板中的所述可调式长孔中，在所述滑轮组与所述端板之间设置有弹簧，通过所述弹簧的自适应调整以使所述导向轮组能够适应不同内径的所述刚性插入件。

所述刚性插入件在所述水泥土扩大体中的插入深度不小于1m。

本发明的优点是：通过使钻具沿刚性插入件中心位置斜向钻进喷浆并经搅拌加固形成尺寸均匀的水泥土扩大体，确保两者同轴施工，同心成形，刚性插入件外侧可根据需要设置相应机构，从而进一步加强与水泥土扩大体构成有效稳固连接，达到提高承载力的一体结构。

附图说明

图1为本发明中将刚性插入件插入至土体中的示意图；

图2为本发明中钻具在刚性插入件导向下向下钻进并变径喷射形成水泥土扩大体的示意图；

图3为本发明中刚性插入件与水泥土扩大体组成斜向受力体的示意图；

图4为本发明中对中装置在钻具杆体上的安装示意图；

图5为本发明图4中的局部放大示意图a；

图6为本发明中变径钻头的结构示意图；

图7为本发明中斜向受力体作为拉锚结构应用在围护工程中的示意图；

图8为本发明中斜向受力体作为支撑结构应用在围护工程中的示意图；

图9为本发明中斜向受力体作为拉锚结构和支撑结构应用在围护工程中的示意图；

图10为本发明中斜向受力体作为拉锚结构应用在边坡围护工程中的示意图；

图11为本发明中斜向受力体作为支撑结构应用在边坡围护工程中的示意图；

图12为本发明中斜向受力体作为拉锚结构和支撑结构应用在边坡围护工程中的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-12图中标记1-26为：刚性插入件1、水泥土扩大体2、杆体3、对中装置4、钻具5、旋转装置6、基盘7、支撑杆8、安装架9、滑轮组10、支撑轴11、弹簧12、可调式长孔13、变径钻头14、升降套管15、铰接杆16、变径刀片17、钻头18、注浆管道19、喷浆口20、构筑物21、围护结构22、圈梁23、边坡24、护坡体25、圈梁26。

实施例1：如图1-6所示，本实施例具体涉及一种刚性插入件结合喷浆搅拌加固体的斜向受力体施工方法，可以应用于基坑工程中的斜向支护结构或者是护坡工程中的斜向支护结构，该施工方法包括以下步骤：

（1）如图1所示，将刚性插入件1在设计施工位置斜向插入土体中直至水泥土扩大体2的设计顶标高位置，其中，刚性插入件1具体是由若干刚性插入件节段经连接组成的，刚性插入件节段为中空结构，可以采用钢制格构柱、钢管、预制空心桩等中空刚性体中的任意一种或多种的组合体，具体的施工方法为：

首先根据预设位置在地面架设斜向的导向支架（视情况设置），利用沉设装置将第一节刚性插入件节段斜向沉设至土体中，之后在第一节刚性插入件节段的末端连接第二节刚性插入件节段，继续利用沉设装置沉设第二节刚性插入件节段及其所连接的第一节刚性插入件节段下沉入土体中，之后再连接第三节刚性插入件节段……，如此往复，直至第一节刚性插入件节段的头端到达水泥土扩大体2的设计顶标高位置；需要说明的是，本实施例中所采用的沉设可以是钻进方式、静压方式或是振动方式中的一种或是多种组合。

（2）如图2所示，在完成刚性插入件1的插入之后，启动钻机，将设置有对中装置4的钻具5斜向插入到刚性插入件1的空腔中并钻进至其下端部位置，钻具5的杆体3前端部为变径钻头14，当变径钻头14到达刚性插入件1的下端部以下位置之后，打开变径钻头14使其直径变大并继续斜向钻进直至水泥土扩大体2的设计底标高处，在变径钻头14直径变大之后，同时开启杆体3中的注浆管道19进行注浆并经其外缘部上的若干喷浆口20向外喷射水泥浆液以同土体搅拌形成一段尺寸均匀的水泥土扩大体2，且在刚性插入件1以及对中装置4的导向之下，水泥土扩大体2与刚性插入件1具有同一中心轴线；其中，水泥土扩大体2的主要胶凝材料为水泥，也可以是其他的胶凝材料如gs-土体硬化剂。

其中，如图2、4、5所示，在钻具5的杆体3上间隔分布有若干对中装置4，对中装置4主要用于确保杆体3在钻进过程中始终同刚性插入件1保持处于同一轴线上，防止产生偏离，对中装置4主要包括基盘7、旋转装置6以及均布于基盘7外缘部上的导向轮组，旋转装置6固定设置在基盘7上，基盘7上具有对应于旋转装置6的通孔，钻具5的杆体3贯穿通过旋转装置6和基盘7上的通孔，旋转装置6可随杆体进行高速旋转；在本实施例中，基盘7的外缘部上总归间隔分布四个导向轮组，每个导向轮组包括自基盘7向外延伸的支撑杆8，支撑杆8的外端上固定有安装架9，安装架9具体是呈“π”形，具有端板以及两个侧板，端板固定设置在支撑杆8的外端部，两侧的侧板上开设有可调式长孔13，在安装架9中设置有滑轮组10，滑轮组10的支撑轴11两端设置在可调式长孔13中，与此同时，在安装架9的端板与滑轮组10之间布置有弹簧12，从而使滑轮组10能够适应不同内径的刚性插入件1，在弹簧12的补偿作用下，滑轮组10的支撑轴11能够在可调式长孔13中进行径向移动调节，以确保滑轮组10能够始终紧贴刚性插入件1的内壁进行导向；

其中，如图6所示，变径钻头14主要包括位于杆体3前端部的钻头18，在杆体3上且位于钻头18的上方套装有升降套管15，与此同时，在钻头18的上缘部上均布有多个变径刀片17，各变径刀片17的一端部同钻头18上缘部铰接、另一端同升降套管16铰接，其中，在杆体3上固定有一液压油缸用于驱动升降套管15沿杆体3的延伸方向进行升降，通过升降套管15的升降带动，变径刀片17可随之向内收缩或向外扩展，以改变变径钻头14的直径。

（3）如图2、3所示，在完成水泥土扩大体2的施工之后，使变径钻头14的直径复位至最小，之后将钻具5的杆体4提离水泥土扩大体2和刚性插入件1；之后继续利用步骤1中的沉设装置将刚性插入件1以既有的倾斜角度斜向沉设至水泥土扩大体2中，使刚性插入件1与水泥土扩大体2形成同轴一体的斜向受力体，需要说明的是，为了确保两者能够形成稳固的连接结构，刚性插入件1应至少沉设到水泥土扩大体2中的1m深度。

需要说明的是，为了进一步提高斜向受力体的承载力，可以按照上述步骤中的方法，重复施工多个水泥土扩大体2，并使刚性插入件1同各个水泥土扩大体2构成同轴连接，形成呈糖葫芦状或整体状的斜向受力体。

本实施例的有益效果在于：该斜向受力体同轴施工，同心成形，浑然一体，共同协调发挥作用，很好地利用了刚性插入件和水泥土扩大体各自的优点，用水泥土扩大体替代常规的胶凝材料（水泥浆、水泥砂浆体或混凝土等）固结体，充分发挥了水泥土加固体良好的承载能力的同时减少了胶凝材料、插入件的使用量，且质量可靠，使得斜向受力体能满足设计预期；同时，简化了施工工艺和工序，提高了施工功效；极大节约了资源，减少了环境污染，进一步实现了绿色施工的理念。

实施例2：如图7所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）利用实施例1中的斜向受力体施工方法在基坑外的土体中施作水泥土扩大体2并将刚性插入件1与水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；

（2）之后通过圈梁23将刚性插入件1的上端连接，从而使斜向受力体能够与整个围护结构22相连接，该斜向受力体对围护结构22起到拉锚作用，防止围护结构22向内倾斜影响到构筑物21的安全。

实施例3：如图8所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）利用实施例1中的斜向受力体施工方法在基坑底部的土体中施作水泥土扩大体2并将刚性插入件1与水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；

（2）之后通过圈梁23将刚性插入件1的上端连接，从而使斜向受力体能够与整个围护结构22相连接，该斜向受力体对围护结构22起到支撑作用，防止围护结构22向内倾斜影响到构筑物21的安全。

实施例4：如图9所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）在基坑外的土体中，利用实施例1中的斜向受力体施工方法施作水泥土扩大体2并将刚性插入件1与水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；将该斜向受力体的刚性插入件1上端同圈梁23相连接，从而使该位于基坑外侧的斜向受力体能够与整个围护结构22相连接，该斜向受力体对围护结构22起到拉锚作用，防止围护结构22向内倾斜影响到构筑物21的安全；

（2）在基坑底部的土体中，利用实施例1中的斜向受力体施工方法施作水泥土扩大体2并将刚性插入件1与水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；将该斜向受力体的刚性插入件1上端同圈梁23相连接，从而使该位于基坑内侧底部土体中的斜向受力体能够与整个围护结构22相连接，该斜向受力体对围护结构22起到支撑作用，防止围护结构22向内倾斜影响到构筑物21的安全。

实施例5：如图10所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到边坡围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）利用实施例1中的斜向受力体施工方法在边坡24中施作水泥土扩大体2，并将刚性插入件1同水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；

（2）之后通过圈梁26同刚性插入件1的上端连接，从而使整个斜向受力体能够同整个护坡体25相连接，该斜向受力体对护坡体25起到拉锚作用，防止护坡体25向内倾斜发生滑坡事故。

实施例6：如图11所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到边坡围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）利用实施例1中的斜向受力体施工方法在边坡24外的土体中施作水泥土扩大体2，并将刚性插入件1同水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；

（2）之后通过圈梁26同刚性插入件1的上端连接，从而使整个斜向受力体能够同整个护坡体25相连接，该斜向受力体对护坡体25起到支撑作用，防止护坡体25向内倾斜发生滑坡事故。

实施例7：如图12所示，本实施例具体涉及利用实施例1中的斜向受力体施工方法应用到边坡围护工程中，具体包括以下步骤：

（1）在边坡24上，利用实施例1中的斜向受力体施工方法施作水泥土扩大体2，并将刚性插入件1同水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；之后通过圈梁26同该斜向受力体上的刚性插入件1的上端连接，从而使该斜向受力体能够同整个护坡体25相连接，该斜向受力体对护坡体25起到拉锚作用，防止护坡体25向内倾斜发生滑坡事故；

（2）而在边坡24外的地面土体中，利用实施例1中的斜向受力体施工方法施作水泥土扩大体2，并将刚性插入件1同水泥土扩大体2同轴连接，形成斜向受力体；之后通过圈梁26同该斜向受力体的刚性插入件1的上端连接，从而使整个斜向受力体能够同整个护坡体25相连接，该斜向受力体对护坡体25起到支撑作用，防止护坡体25向内倾斜发生滑坡事故。

需要说明的是，上述案例中的围护结构22、护坡体25也可以呈门架式等不同方式设置。