一种管内排浆多喷嘴喷射注浆装置及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种建筑工程高压注浆技术领域，具体涉及一种用于高压喷射注浆的装置及其施工方法，特别适用于大直径、卵石层等复杂地层的施工。


背景技术：

2.高压喷射注浆法是通过高压喷射流来切割土体，并使水泥浆液与土体搅拌混合，形成水泥土加固体的施工方法。过去工程实践中习惯采用一至两个喷嘴进行喷射，成桩直径大多数在0.8m～2.6m，桩径和桩身质量也不能兼得；而且常规的高压喷射注浆因为内部废浆排出困难，挤土效应很大，地面隆起严重。随着城市地下空间开发向着大规模、大深度方向发展，超深地下工程越来越多，面对隔断承压水、提高垂直度、扩大成桩直径、保护环境等一系列需求，亟待开发一种既能保证成桩直径又能满足桩身质量，提高成桩效率的同时又能控制地内压力及时排浆的注浆装置。


技术实现要素：

3.本发明提出一种管内排浆多喷嘴喷射注浆装置及其施工方法，可以增大成桩直径，提高成桩质量和效率，控制地内压力管内及时排浆。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种管内排浆多喷嘴喷射注浆装置，包括喷射杆本体，所述喷射杆本体开设有排泥管、切削水管、主动空气管、超高压浆液管、回流气管、回流水管、数据线管，所述喷射杆本体下端设置一圈钢切削套筒，所述喷射杆本体的下底端设置有与切削水管连通的切削水喷嘴，所述喷射杆本体的侧方设置有多个与主动空气管及超高压浆液管导通连接的气浆同轴喷嘴，形成由主动空气包裹着超高压浆液喷出的浆气喷射流，所述喷射杆本体的侧方还设置与排泥管连通的吸浆口，吸浆口中设置排泥闸门与压力传感器，压力传感器与排泥闸门连接，排泥闸门根据排泥开闭器进行开合，从而控制吸浆口的大小。
5.进一步，所述的喷射杆本体上设置的气浆同轴喷嘴为至少两个，且每个喷嘴能进行开关设置和角度调整。
6.进一步，所述的切削水喷嘴数量为三个。
7.进一步，所述的喷射杆本体上设置有四个螺栓孔，沿喷射杆轴向分布且间隔均匀。
8.进一步，所述的喷射杆本体上设置的回流气管和回流水管，与吸浆口连通，通过回流水管喷出的高压水向吸浆口喷出，喷出的高压水使吸浆口产生压力差，使得废浆吸入排泥管，回流水管用于射流真空排泥，当施工过深时，再配合回流气管实现辅助射流真空排泥。
9.进一步，所述喷射杆本体上设置两个排泥开闭器，以液压的方式对排泥闸门进行控制，实现与排泥管的导通与截止。
10.一种管内排浆多喷嘴喷射注浆施工方法，采用管内排浆多喷嘴喷射注浆装置，包括：
11.喷浆过程，水泥浆通过超高压浆液管从多个气浆同轴喷嘴喷出，形成由主动空气包裹着超高压浆液喷出的浆气喷射流，喷射流对土体进行破坏，多个气浆同轴喷嘴进行角度设定，喷射杆本体以360
°
任意设定角度旋转，边喷射边旋转边提升喷射杆，水泥浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的水泥土固结体；
12.排浆过程，在喷浆过程的同时进行排浆，高压水通过回流水管，由喷水嘴向吸浆口喷出，喷出的高压水使吸浆口产生压力差，使得废浆吸入排泥管。
13.进一步，排浆过程中，当施工深度深时，再配合回流气管实现辅助射流真空排泥。
14.进一步，排浆过程中，当地内压力小于设定值时，通过缩小排泥闸门的打开尺寸，减小排浆量；当地内压力高于设定值时，通过增大回流水管、回流气管的流量和增大排泥闸门的打开尺寸，增加排浆量，从而降低地内压力至设定值。
15.本发明的有益效果在于：
16.(1)设置多个可调角度的喷嘴，施工效率和成桩直径大大提高，同时不仅可以在黏土、砂性土中适用，因为喷嘴角度多变，更适用于卵石层等地层。
17.(2)喷射杆喷射旋转角度360度可调，喷射截面形式多样，满足多种地基处理需求。
18.(3)设置有压力传感器和排泥管等，可以及时进行管内排浆，有效控制喷浆过程中的地内压力和排浆量，避免地面隆起，保护环境。
附图说明
19.图1是多喷嘴高压喷射注浆装置的施工结构示意图；
20.图2是喷射杆的断面构造示意图；
21.图3是喷射杆气浆同轴喷嘴的布置图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施，进一步阐述本发明。应理解，这些实施仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
23.本发明适用于一种高压喷射注浆施工工况，在该工况下，由于施工场地地层、设计要求等原因，在喷射注浆过程中，遇到喷浆困难、成桩直径小、成桩效率低，造成地面隆起严重的情况。在此工况下，构思了本发明的一种具体实施案例。
24.为解决成桩直径小、效率低、挤土效应大等缺陷，采用本发明的装置成桩直径可达到8m～10m。如图1，2所示，本发明的管内排浆多喷嘴喷射注浆装置，包括喷射杆本体1，喷射杆本体1内开设有排泥管2，排泥管2为贯穿结构，喷射杆本体1内还开设有切削水管3、主动空气管4、超高压浆液管5、回流气管6、回流水管7、数据线管8、备用管9，同时在喷射杆本体下端设置一圈钢切削套筒10，喷射杆本体1的下底端设置有与切削水管连通的切削水喷嘴3a，喷射杆本体1的侧方设置有4个与主动空气管及超高压浆液管导通连接的气浆同轴喷嘴5a、5b、5c、5d，喷射杆本体1的侧方还设置了与排泥管连通的吸浆口2a，吸浆口中设置排泥闸门2b与压力传感器2c)，压力传感器与排泥闸门连接，排泥闸门根据排泥开闭器12进行开合，从而控制吸浆口的大小。
25.如图1所示，本喷射杆本体1采用多重管的构造形式，分为上、中、下三段。
①
下段的钢切削套筒10和切削水喷嘴3a，通过切削套筒形成的切削刃切割土体，通过切削水喷嘴喷出的高压水喷射土体，确保后续喷射杆的下放作业。
②
中段的气浆同轴喷嘴5a、5b、5c、5d喷射出由高压气包裹着的高压浆，将土层结构破坏，同时切割土层进行直径的扩大，形成大直径加固桩体。
③
上段的压力传感器2c)时刻监控地内压力，由于被破坏的土体与水泥浆液混合，产生较多的废浆量，为防止周边土体挤压和隆起，通过吸浆口2a与排泥管2连通并对排泥进行集中强制排放处理，从而将地内压力控制在设定范围。
26.如图2所示，设置有备用管9，用于向土层内喷射硬化剂等外加剂材料，辅助加固体成形，提高强度。
27.优选地，切削水管3的高压水压力为10mpa～20mpa,超高压浆液管5的浆液压力最大为45
±
2mpa，同时可以根据设计要求调整压力值从而控制成桩直径。
28.优选地，喷射杆本体1上设置的气浆同轴喷嘴为两个以上，且每个喷嘴可以进行开关设置和角度调整，即可根据施工需要选择喷嘴使用的数量，多余的喷嘴可以关闭，需要时再打开。
29.优选地，切削水喷嘴3a数量为3个。
30.优选地，喷射杆本体1上设置有四个螺栓孔11，沿喷射杆轴向分布且间隔均匀。
31.优选地，喷射杆本体1上设置的回流气管和回流水管，与吸浆口2a连通，通过回流水管喷出的高压水向吸浆口喷出，喷出的高压水使吸浆口产生压力差，使得废浆吸入排泥管2。回流水管7用于射流真空排泥，当施工过深时，再配合回流气管6实现辅助射流真空排泥。
32.优选地，排泥开闭器12为液压接头管路，排泥闸门2b用来实现与排泥管2的导通与截止，所以在喷射杆本体上设置两个排泥开闭器12，以液压的方式对排泥闸门2b进行控制。
33.结合图1、2、3，喷浆过程为，水泥浆通过超高压浆液管5从气浆同轴喷嘴5a、5b、5c、5d喷出，形成由主动空气2-1包裹着超高压浆液5-1喷出的浆气喷射流。喷射流对土体进行破坏，按照设计要求气浆同轴喷嘴5a、5b、5c、5d可以进行角度设定，喷射杆本体1也可以360
°
任意设定角度旋转，边喷射边旋转边提升喷射杆，水泥浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的水泥土固结体。而由于有四个甚至可以设置更多的气浆同轴喷嘴，喷浆量大，效率高，所以喷浆射程远，固结体直径大。
34.结合图1、2，排浆过程为：在喷浆的同时进行排浆，高压水通过回流水管7，由喷水嘴向吸浆口2a喷出。喷出的高压水使吸浆口2a产生压力差，使得废浆吸入排泥管2。当施工深度较深，再配合回流气管6实现辅助射流真空排泥。
35.在排浆过程中，废浆的产生和排出，都会引起地内压力的波动，因此，压力传感器2c的设置尤为重要。当地内压力小于设定值时，通过缩小排泥闸门2b的打开尺寸，减小排浆量；当地内压力高于设定值时，通过增大回流水管7、回流气管6的流量和增大排泥闸门2b的打开尺寸，增加排浆量，从而降低地内压力至设定值。
36.结合图1、2，排泥闸门2b用来实现与排泥管2的导通与截止，排泥开闭器12为液压接头管路，通过设置两个排泥开闭器12，以液压的方式对排泥闸门2b进行控制。