一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置及其施工方法与流程

本发明属于地基处理，具体涉及一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置及其施工方法，适用于加强岩层钻进时扩径效果的同时降低对搅拌叶片磨损。

背景技术：

1、地基加固桩按照工艺划分有三种：粉喷桩，利用压缩空气将水泥粉通过空心钻杆压入土中，同时旋转带动钻头上的刀片切割土体使土与水泥粉混合成桩；搅拌桩，水泥浆通过空心钻杆和钻头下端开口喷出，同时钻头上的刀片切割土体，搅拌水泥浆和土体成桩；旋喷桩，用高压水泥浆、压缩空气、高压水、称为三管，或者用高压水泥浆和压缩空气，称为二管，或者只用高压水泥浆，称为单管，通过空心钻杆下端喷口，旋转喷射，切割土体成桩。

2、中国专利：公开号为cn101962949a的发明提出了一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工方法及其装置，该装置由长螺旋钻机、搅浆系统、二重管高压喷搅系统三部分组成，其中长螺旋钻机上装有变速控制系统，二重管高压喷搅系统包括中空钻杆、高压输浆管、高压水管、搅拌叶片、二重管旋喷搅拌钻头、二重管旋转注浆接头、水泥浆输送管、高压水输送管、高压水泥注浆泵、高压水泵，该装置通过钻头侧面固接的搅拌叶片可以形成对桩孔内泥浆的搅拌效果，而且在钻头下潜的过程中搅拌叶片也可以对桩孔进行预扩径，以提高后续高压水冲击孔壁时进行扩径的效率，但是在钻头钻进遇到岩层时，钻头仅能对钻头外径区域进行破岩，此时搅拌叶片更多的地会与岩层直接接触，会加剧搅拌叶片磨损，降低搅拌叶片的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种既能加强岩层钻进时扩径效果，又能降低对搅拌叶片磨损的长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置及其施工方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

3、一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置，包括长螺旋钻机、钻杆、钻头，所述钻杆为中空结构，其内部设有高压输浆管、高压水管，其侧壁上设有搅拌叶片、多层喷浆嘴组、多层喷水嘴组，所述喷浆嘴组由多个与高压输浆管连通的喷浆嘴组成，所述喷水嘴组由多个与高压水管连通的喷水嘴组成；

4、所述喷水嘴可转动的设置在钻杆侧壁上，所述钻杆内部还设置有同动机构、弹性组件、探测杆，所述探测杆的顶部穿过弹性组件后与同动机构固定连接，所述同动机构可与喷水嘴上远离喷水口的一端相配合，所述探测杆的底部轴向穿过钻头后可与桩孔底面相接触；

5、所述喷水嘴具有第一位置、第二位置，喷水嘴处于第一位置时其喷出的水流落点在桩孔侧壁上且位于搅拌叶片外径的外侧，喷水嘴处于第二位置时其喷出的水流落点在桩孔底面上且位于钻头外径的外侧；

6、所述探测杆可在施工装置钻进桩孔土体过程中，受到来自土体的作用力压缩弹性组件向上移动，或者在来自被压缩的弹性组件的弹性作用力下向下移动；

7、所述同动机构可在探测杆向上移动时驱动喷水嘴由第一位置向下转动至第二位置，或者在探测杆向下移动时驱动喷水嘴由第二位置向上转动至第一位置。

8、所述探测杆的侧壁上开设有滑槽，所述滑槽包括沿探测杆侧壁竖向设置的直形段、周向设置的螺旋形段，所述直形段的顶部与螺旋形段的底部相连接，所述钻头沿其中轴线开设有探测孔，所述探测孔的内壁上固定有可沿滑槽滑动的滑块。

9、所述螺旋形段两端之间的夹角不大于45°。

10、所述喷水嘴上远离喷水口的一端可转动的设置在钻杆侧壁上开设的安装孔内部，并且与设置在安装孔内部的齿轮中部固定连接，所述同动机构包括第一支架，所述第一支架为开口朝上的桶状结构，其底端中部与探测杆顶部固定连接，其外侧壁上设置有齿条，所述齿条在滑块位于螺旋形段内部时与齿轮相啮合。

11、所述喷水嘴上远离喷水口的一端通过转轴安装在安装孔内部，所述转轴与电机传动连接；

12、所述电机用于驱动转轴转动，从而调节喷水嘴处于第一位置下的喷射角度。

13、所述探测杆顶部穿过第一支架底端中部开设的通孔后伸入第一支架内部，探测杆侧壁与通孔内壁固定连接，探测杆上伸入第一支架内部的部位上安装有磁块，所述第一支架内部安装有磁控开关，所述磁控开关与电机信号连接；

14、所述磁控开关用于在磁控开关与磁块对准时发送切断电源信号至电机。

15、所述喷水嘴组位于喷浆嘴组下方，多层喷水嘴组沿钻杆竖向由上至下依次布置，同一喷水嘴组中的多个喷水嘴绕钻杆周圈均匀布置，不同喷水嘴组中位于同一竖排的多个喷水嘴处于第一位置时所喷出的水流交汇于a点，所述a点位于桩孔侧壁上且在搅拌叶片外径的外侧，不同喷水嘴组中位于同一竖排的多个喷水嘴处于第二位置时所喷出的水流交汇于b点，所述b点位于桩孔底面上且位于钻头外径的外侧。

16、所述同动机构还包括第二支架，所述第二支架为开口朝下的桶状结构，其底部与钻头的顶面中部固定连接，所述弹性组件位于第二支架内部，其两端分别与第二支架顶端下表面、钻头顶面相抵接，弹性组件为弹簧，所述探测杆的底部依次穿过第二支架顶端、弹性组件、钻头后伸出至钻头底端外部。

17、所述安装孔上设置有保护罩，所述保护罩上开设有供喷水嘴转动的活动口。

18、一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置的施工方法，所述施工方法具体为：

19、将施工装置上钻杆及钻头对准桩孔的中心点回转钻进，一边通过喷水嘴喷射高压水流，一边通过喷浆嘴喷射高压水泥浆，直至钻至桩孔设计深度；在钻进过程中，当钻进软质土层时来自软质土体的作用力不足以推动探测杆，此时喷水嘴处于第一位置，其喷出的水流落点在桩孔侧壁上且位于搅拌叶片外径的外侧，切削桩孔周侧土体，形成扩径效果，当钻进硬质土层时来自硬质土体的作用力推动探测杆压缩弹性组件向上移动，所述探测杆上移带动同动机构上移，所述同动机构上移驱动喷水嘴由第一位置转动至第二位置，所述喷水嘴处于第二位置时喷出的水流落点在桩孔底面上且位于钻头外径的外侧，切削桩孔底部土体，形成破岩效果。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、本发明一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置中，喷水嘴可转动的设置在钻杆侧壁上，钻杆内部还设置有同动机构、弹性组件、探测杆，探测杆的顶部穿过弹性组件后与同动机构固定连接，同动机构可与喷水嘴上远离喷水口的一端相配合，探测杆的底部轴向穿过钻头后可与桩孔底面相接触，喷水嘴具有第一位置、第二位置，喷水嘴处于第一位置时其喷出的水流落点在桩孔侧壁上且位于搅拌叶片外径的外侧，喷水嘴处于第二位置时其喷出的水流落点在桩孔底面上且位于钻头外径的外侧；该装置的工作原理为，将施工装置上钻杆及钻头对准桩孔的中心点回转钻进，一边通过喷水嘴喷射高压水流，一边通过喷浆嘴喷射高压水泥浆，直至钻至桩孔设计深度，在钻进过程中，当钻进软质土层时，如低风化岩层，来自软质土体的作用力不足以推动探测杆，此时喷水嘴处于第一位置，其喷出的水流落点在桩孔侧壁上且位于搅拌叶片外径的外侧，切削桩孔周侧土体，此为喷水嘴的扩径状态，与搅拌叶片一起扩径，提高扩径效率，当钻进硬质土层时，如中风化以上的岩层，来自硬质土体的作用力推动探测杆压缩弹性组件向上移动，探测杆上移带动同动机构上移，同动机构上移驱动喷水嘴由第一位置转动至第二位置，喷水嘴处于第二位置时喷出的水流落点在桩孔底面上且位于钻头外径的外侧，切削桩孔底部土体，此为喷水嘴的破岩状态，对钻头外径区域进行破岩，降低搅拌叶片的磨损，提高搅拌叶片的使用寿命，本设计中的喷水嘴能够在钻头钻进过程中根据土层软硬性质自主在扩径状态和破岩状态之间切换，无需设置复杂的检测结构，尤其适用于一些复杂地层的搅喷桩高质量施工。因此，本发明不仅能加强岩层钻进时扩径效果，还能降低对搅拌叶片磨损，提高搅拌叶片使用寿命。

22、2、本发明一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置中，喷水嘴上远离喷水口的一端通过转轴安装在安装孔内部，转轴与电机传动连接；由于在搅喷桩的施工过程中，桩孔桩径的选取一般会根据地层土质或者设计要求而定，本设计通过电机驱动转轴转动，调节喷水嘴处于第一位置下的喷射角度，从而调整扩径值，避免喷水嘴喷射角度调节不便的问题。因此，本发明便于调节喷水嘴的扩径值。

23、3、本发明一种长螺旋二重管高压搅喷桩施工装置中，喷水嘴组位于喷浆嘴组下方，多层喷水嘴组沿钻杆竖向由上至下依次布置，同一喷水嘴组中的多个喷水嘴绕钻杆周圈均匀布置，不同喷水嘴组中位于同一竖排的多个喷水嘴处于第一位置时所喷出的水流交汇于a点，a点位于桩孔侧壁上且在搅拌叶片外径的外侧，不同喷水嘴组中位于同一竖排的多个喷水嘴处于第二位置时所喷出的水流交汇于b点，b点位于桩孔底面上且位于钻头外径的外侧；本技术通过将多个喷水嘴的射流交汇于一点，能够合理弥补高压水流在桩孔内泥浆中穿行时的动能损失，从而有效保证高压水流对土体的切割效果。因此，本发明中高压水流对土体的切割效果好。