振冲粉喷碎石桩的制桩工艺及其制桩振冲设备的制作方法

振冲粉喷碎石桩的制桩工艺及其制桩振冲设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种振冲粉喷碎石桩的工艺，其是：启动振冲器，振冲器开始造孔，在地面造孔达到设定深度，然后向上提升振冲器至一设定距离，振冲器继续运转，同时向孔中添加填充料，振冲器下料管中的填充料从下端的下料管管口落入孔中，该填充料包括碎石：还包括固化剂，其为水泥，或者该固化剂包括水泥，以及粉煤灰和／或建筑砂，振冲器将该设定距离的桩孔中的填充料密实。本发明在向桩孔中放入填充料的同时喷入可以使得填充料固为一体的粉喷料固化，使得碎石硬结具有整体性、水稳性和较高的强度，能够高效方便且廉价地获得优质地基。本发明还提供上述工艺中使用的制桩振冲设备。
【专利说明】振冲粉喷碎石粧的制粧工艺及其制粧振冲设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及碎石桩制桩【技术领域】，提供一种振冲碎石桩的制桩工艺，尤其是提供一种振冲喷粉碎石桩的制桩工艺。本发明还提供该制桩工艺中使用的制桩振冲设备。

【背景技术】
[0002]现有技术中，振冲桩是利用振冲器在施工场地内向下造孔至设计深度，由于振冲器在造孔中形成大于振冲器本身直径的垂直孔，因此可沿振冲器与成形孔之间的间隙填入石料，石料落至孔底部后被振冲器挤密，而后将振冲器提升一定高度继续填入石料挤密，反复此过程直至施工地面，制桩结束。以此工法形成的振冲桩虽经过挤密，但是所形成桩体仍然仅是石料的紧密排列，并未凝固形成一体式桩柱，这种碎石桩的整体性及水稳性不高，因此，单桩承载力相对较低，在相同施工面积内需要施工桩基数量大大增加，复合地基承载力受到限制，施工成本也相对较高。已有技术中还有一种工法，是粉喷桩技术，利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和浆液状或粉体状的固化剂强制搅拌，再浇注到桩孔中，使软土硬结一定强度的地基。粉喷桩由胶凝材料与原状土和天然水硬结形成，其中不掺加粗细骨料。由于组成材料的特点，粉喷桩强度较低。粉喷桩在受压时容易产生一定的变形。因此，这种粉喷桩的适用面较窄。现有技术中，将制桩的物料放入搅拌机中搅拌，然后输送至桩孔中，这样的工法也使得制桩的设备和操作都复杂了。


【发明内容】

[0003]本发明之主要目的在于提供一种振冲碎石桩施工中结合粉喷工艺的振冲粉喷碎石桩制桩工艺，使粉喷材料与粗细骨料充分结合形成整体的单桩，以提高桩基的单桩承载力，减少单位面积内的制桩数量，减少刚性制桩的成本，增加制桩施工的经济效益。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种上述振冲粉喷碎石桩的工艺中使用的制桩振冲设备。
[0005]本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
[0006]一种振冲粉喷碎石桩的工艺，包括如下步骤:
[0007]步骤1:启动振冲器，振冲器开始造桩孔，在地面造孔达到设定深度；
[0008]步骤2:向上提升振冲器至一设定距离，振冲器继续运转，振冲器下料管中的填充料从下端的下料管管口落入孔中，该填充料包括碎石，还包括固化剂，其为:水泥；或者，包括水泥，以及粉煤灰和/或建筑砂，该固化剂通过另外的导管即粉喷管送入，在振冲器下料管的下部与所述碎石一起落入桩孔中，在振冲器常规喷水的参与下，所述固化剂与碎石混合，振冲器将桩孔中该设定距离的填充料密实；
[0009]重复步骤2，直至整个孔中填料密实，干燥凝固后形成固为一体的粉喷碎石桩。
[0010]在填充料中，固化剂的配比优选是:0.7?0.85m3的碎石中，加入水泥400?450Kg,或者，加入320?360Kg水泥和0.6m3建筑砂，或者，加入250?290Kg水泥和10kg粉煤灰，或者，加入250?290Kg水泥、10kg粉煤灰和0.55m3建筑砂。
[0011]如果按照体积比计，所述固化剂和投放碎石的体积比例可以为10?40:100。
[0012]施工过程中填充料的投放速度:0.5?Im3 /分钟。振冲器的振冲频率可以是1450Hz ?3500Hz ο
[0013]所述固化剂通过压力输送，呈气化态在下料管内的下部与碎石混合。所述喷粉管的输送压力可以为0.3?0.5Mpa。
[0014]所述碎石可以是通过振冲设备上的与下料管连接的压力仓提供的气压不断向下料管中添加。
[0015]所述加料仓的压力可以为0.3?0.5Mpa。
[0016]碎石的平均直径一般是3?10厘米。
[0017]在步骤2中进行密实过程中，可以关闭振冲器中向其喷水孔输水通道，冷却振冲器电机的水由其中设置的回水管返回地面水箱中。
[0018]本发明提供的上述工艺中所使用的一种振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，包括振冲器和下料装置，
[0019]所述下料装置包括下料管、电缆管和粉喷管，
[0020]所述下料管的上端连接加料仓和上料装置，该下料管的下端固设所述振冲器；
[0021]所述电缆管设置在所述下料管的内部或外部，与该下料管固定联接，其中设电缆线与所述振冲器连接；
[0022]所述粉喷管设置在所述下料管内部，其上端穿出所述下料管与固化剂加压储罐连接，其下端口设置在所述下料管的下部。
[0023]所述下料管的下部具有一渐扩锥形段，在该渐扩锥形段的下面连接一直筒段，所述振冲器置于该渐扩锥形段下方，贴靠直筒段的一侧筒壁，振冲器上方设置导向板使得下料管通道在其下部偏向直筒段的另一侧。
[0024]所述喷粉管的下端出口设置在所述渐扩锥形段的下部为宜。
[0025]所述喷粉管的下端出口高于所述填充料下料管的下端出口的距离最好是:2?4米。
[0026]进一步地，所述下料装置还可以包括送水管和回水管，所述送水管与下料管固定连接，该送水管的上端口连接水泵，下端口连接所述振冲器用于冷却振冲器电机；所述回水管一端连接所述电机，另一端连接储水箱，在当所述振冲器中的喷水装置上的转换阀门关闭喷水孔时，冷却振冲器电机的水通过所述回水管流出振冲器电机返回储水箱。
[0027]另外，对于压力输送情况下，可以将所述喷粉管的管径设计的较细，设置在所述下料管的内壁上，不影响碎石的输送，该粉喷管的管径与下料管管径关系可以是:下料管管径:粉喷管管径为5?10倍。这样的粉喷管还可以在保证喷粉输送压力足够的同时使得提供的输送压力比较小，从而使得输送设备更简单和更安全。在粉喷管设置在下料管内情况下也不会对于碎石的输送产生影响。
[0028]进一步地，所述加料仓中设置进口阀门和出口阀门。
[0029]所述加料仓最好是压力式加料仓，其上设有压缩空气输送装置。
[0030]所述加料仓的压力可以为0.3?0.5Mpa。
[0031]所述喷粉管的压力可以为0.3?0.5Mpa。
[0032]本发明提供的振冲粉喷碎石桩的制桩工艺，在向桩孔中放入碎石的同时喷入可以使得填充料固为一体的固化剂，使得碎石桩硬结具有整体性、水稳性和较高的强度，能够高效方便且廉价地获得优质地基。本发明提供的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，结构简单紧凑，为振冲的同时喷粉提供了可靠保证。

【专利附图】

【附图说明】
[0033]图1为本发明提供的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备设置在桩孔中作业的示意图。
[0034]图2为本发明提供的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备的结构示意图。
[0035]图3为图2的A-A剖面结构示意图。

【具体实施方式】
[0036]本发明提供的振冲粉喷碎石桩的工艺，使用如图1和图2所示的制桩振冲设备中进行。振冲粉喷碎石桩的制桩设备，包括振冲器I和下料装置，下料装置包括下料管2、电缆管7a和粉喷管7b (见图3)，下料管2的上端连接加料仓5和上料装置6，下料管2的下端固设振冲器I ;
[0037]下料管2的下部具有一渐扩锥形段3，在该渐扩锥形段3的下面连接一直筒段21，振冲器I置于该渐扩锥形段3下方，贴靠直筒段21的一侧筒壁，振冲器I上方设置导向板31，使得下料管通道在其下部偏向直筒段的另一侧。这样可以避免由下料管落下的碎石砸到振冲器I。下料管2的下端口与振冲器I下端可以是基本平齐。
[0038]所述电缆管7a设置在下料管的内部，与该下料管2固定联接，其为空心结构，其中设电缆线与振冲器I连接。
[0039]所述粉喷管7b设置在下料管2内部，其上端穿出下料管2通过连接管70与固化剂加压储罐9连接，其下端口 71设置在所述下料管的下端口的上面，以设置在渐扩锥形段3的下部为佳。
[0040]下料装置还可以包括送水管8a和回水管Sb，送水管8a与下料管2的内壁固定连接，该送水管8a的上端口连接水泵，下端口连接所述振冲器，用于冷却振冲器电机，冷却电机的水还可以通过喷水孔喷出，以进行振冲造桩孔A ;回水管Sb —端连接振冲器电机，另一端连接储水箱，其上还设置调节阀板，用于择一沟通回水管而不喷水或截止回水管而喷水。
[0041]如图3所示，在下料管2中，电缆管7a、粉喷管7b以及送水管8a均匀地分布在下料管2圆周内壁上，回水管Sb可以贴在下料管内壁固设。
[0042]下料管管径:粉喷管管径为5-10倍。例如可以是7倍。
[0043]所述加料仓5最好的压力式加料仓，所述加料仓5中设置进口阀门51和出口阀门52。其分别通过驱动装置511和521驱动控制，如图2所示。加料仓5上设有压缩空气输送装置。
[0044]在上述设备中进行振冲粉喷碎石桩的工艺:
[0045]步骤1:启动振冲器1，振冲器开始造孔，在地面造桩孔A达到设定深度，
[0046]步骤2:自桩孔底部向上提升振冲器至一设定距离，振冲器I继续运转但调整阀板而不再喷水，同时通过加料仓5加压向孔中添加填充料B中的碎石，填充料B中还包括固化齐U，其是粉煤灰、水泥和建筑砂中的水泥和另外两种中的至少一种，该固化剂通过加压储罐9加压，经粉喷管7b喷出到填充料下料管2中，继而与碎石一起进入桩孔A，振冲器I将该设定距离的桩孔中的填充料与桩孔中的水混合密实；
[0047]重复步骤2，直至整个孔中填料填满密实。
[0048]上述工艺中，使用的填充料的配比可以是:
[0049]
实例水泥输赚建筑砂碎石
1320?360Kg 0.6m30.7?0.75m3
2250?290Kg 100kg 0.55m30.7~0.75m3
[0050]
3400?450Kg0.8?(I 85m3
4250?290Kg 100kg0.8?0.85m3
[0051]施工过程中填充料的投放速度:0.5?Im3 /分钟，振冲器的振冲频率可以是1450Hz?3500Hz。例如是2000赫兹，或者3000赫兹，或者1500赫兹，或者3500赫兹与上述四个实例匹配。碎石的平均直径可以是3?10厘米。例如可以是3-5厘米，或者5厘米，或者7厘米，或者是8.5厘米，或者是10厘米与上述四个实例匹配。
[0052]在填充碎石料的同时喷固化剂，固化剂与碎石料的比例为可以是10?40:100，举例，该比例为30:100。即填充碎石料100方时，喷固化剂30方。碎石和固化剂的喷粉压力分别是 0.5Mpa 和 0.4Mpa。
[0053]在振冲造桩孔时，需要提供水流用作冲击造孔和冷却振冲器电机，冲击和冷却的水流使用的是同一送水管8a，水在流经振冲器I的电机后从振冲器I头部喷出；振冲器I向下造孔时，冲击和冷却都需要水；在提升加密的过程中不再需要水冲击辅助造孔，但是电动机冷却水还是需要的；本发明提供的制桩振冲设备加回水管Sb的作用是通过转换阀门控制水的喷出，使得仅仅造孔时振冲器头部喷水，在加密时水沿回水管回到地面的水箱，这样可以减少水的浪费。即当调节阀板截止回水管时，冷却电机的水通过振冲器上的喷水孔喷出，用于造桩孔。在当所述振冲器中的喷水装置上的转换阀门关闭喷水孔时，冷却振冲器电机的水通过所述回水管流出桩孔返回储水箱，这是在对桩孔中填充的碎石和固化剂进行密实的过程。
[0054]现有技术中制作碎石桩时，振冲器在振冲造桩孔时要喷水，在对桩孔中的碎石振冲密实时，也要喷水。振冲施工时加密喷水量很大，水会充满整个造出的孔，并返至地面。由于在造孔过程中周围的土壤被挤密，透水性变差，因此只有少部分的水渗入地层，大部分水随着石料的填入而被排回地面。
[0055]在本发明的工艺中，振冲器的喷水与现有技术相同，可以不做调整改变。常规造桩孔和密实施加的水量就能够满足固化剂和碎石料混合使用了。当该设定距离的桩孔中填充料振冲密实后再向上提升振冲器至一设定距离，再输送碎石和固化剂，再振冲密实。就这样逐段填充碎石料及固化剂粉喷料，不断循环，直至整个孔中填料密实。在本发明提供的方法中，如果只是使用现有技术的振冲方法，振冲器始终都喷水，有时候可能会造成水量过多，这样不仅造成水的浪费，同时，还会使得固化剂被上涌的水带走，影响振冲固化的效果。因此，在密实振冲过程中振冲器可以不喷水。如果当桩孔中的水不足时，也可以调节阀板，让振冲器喷出满足密实振冲的水量，然后再关闭振冲器的喷水，让冷却电机的水由回水管返回地面上的水箱中。
[0056]本施工工艺利用固化剂和碎石之间所产生的一系列物理一化学反应，使碎石硬结成具有整体性、水稳性和较高强度的优质地基。
[0057]所述喷粉管7的下端出口 71高于所述填充料下料管2的下端出口 21。这样，就可以保证在振冲过程中，将固化剂粉从上面喷下，与下料管2中的碎石混合一起落入桩孔中，经过振冲作用，可以使得固化剂粉体与碎石能够均匀混合。
[0058]所述加料仓5在本实施例中为压力式加料仓，其上设有压缩空气输送装置。碎石是通过振冲设备上的与下料管2连接的压力仓提供的气压不断向下料管中添加，输送碎石的压力为0.3-0.5Mpa。
[0059]在现有技术中，做基础，或者是只填充碎石，经过振冲制成碎石桩，或者在碎石中加入水泥、粉煤灰等，将其与碎石一起放入搅拌机中搅拌成砂浆，再浇注到桩孔中(即CFG工法)，而本发明的方法制造的粉喷碎石桩一反常规，采用振冲方法造桩孔，将碎石和固化剂干料一起通过振冲器的下料管下入桩孔中，通过振冲器振冲密实，得到一体桩，即本发明与现有CFG工法的区别是将固化剂干粉通过特殊的管道送到桩孔中，在振冲器中以及在桩孔中的振冲过程中与碎石等混合起来。而与通常的碎石桩的区别在于加入了固化剂，得到一体的振冲桩。本发明提供的方法克服了单纯碎石桩单桩承载力不足的缺点，使得碎石桩的单桩承载力达到CFG桩的90?95%。与CFG工法比较，在工艺上，具有如下优点:
[0060]在施工设备成本方面可以降低50 %，粉喷碎石桩仅使用振冲设备及辅助的汽车吊或履带吊即可施工，CFG桩在施工时必须使用专用的旋挖钻机，还要使用搅拌机，设备成本高昂。从施工人员数量上看，粉喷碎石桩施工时仅需要吊车司机、碎石加料操作手和粉料加料操作手各一名即可施工，而CFG桩在施工时需要旋挖钻机操作手，水泥搅拌机操作手、水泥泵车操作手各一名及在钻孔中下钢筋人员2?3名才可进行施工。
[0061 ] 从一般的规律看，本发明直接在桩孔中振冲，在将碎石密实的过程中将水泥等固化剂混合在碎石中，因为不如CFG工法中搅拌混合的均匀，水泥等固化剂的用量需要增加，但实际上，本粉喷碎石桩的制桩方法中固化剂的加入量可以不增加，如果能够把握好碎石和固化剂的下料速度，即保证从振冲器下料管中排出时碎石和固化剂就得到较好的混合，本方法中使用的填充料的配比与CFG法的配比可以基本相同，甚至于还可以减少固化剂的用量。
[0062]所述喷粉管的下端出口高于所述填充料下料管的下端出口的距离是:2?4米，即在填充料喷出下料管前2?3米，填充料开始与气化态的固化剂充分混合。
[0063]所述加料仓的压力为0.3?0.5Mpa。所述喷粉管的输送压力为0.3?0.5Mpa。这样的喷粉压力可以使得固化剂呈气化态，更好地与碎石混合。
【权利要求】
1.一种振冲粉喷碎石桩的工艺，包括如下步骤: 步骤1:启动振冲器，振冲器开始造桩孔，在地面造桩孔达到设定深度； 步骤2:向上提升振冲器至一设定距离，振冲器继续运转，振冲器下料管中的填充料从下端的下料管管口落入孔中，该填充料包括碎石，还包括固化剂，其为水泥；或者包括水泥，以及粉煤灰和/或建筑砂；该固化剂通过另外的导管即粉喷管通过压力输送送入，在振冲器下料管的下部与所述碎石一起落入桩孔中，在振冲器常规喷水的参与下，所述固化剂与碎石混合，振冲器将桩孔中该设定距离的填充料密实； 重复步骤2，直至整个孔中填料密实，干燥凝固后形成固为一体的粉喷碎石桩。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于: 在填充料中，固化剂与碎石的配比是:0.7?0.85m3的碎石中，加入水泥400?450Kg，或者，加入320?360Kg水泥和0.6m3建筑砂，或者，加入250?290Kg水泥和10kg粉煤灰，或者，加入250?290Kg水泥、10kg粉煤灰和0.55m3建筑砂。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于:施工过程中填充料的投放速度:0.5?Im3 /分钟；和/或， 振冲器的振冲频率是1450Hz?3500Hz ;和/或， 所述固化剂通过压力输送，呈气化态在下料管内的下部与碎石混合；和/或， 所述碎石是通过振冲设备上的与下料管连接的压力仓提供的气压不断向下料管中添加；和/或， 所述加料仓的压力为0.3?0.5Mpa ;和/或， 所述喷粉管的压力为0.3?0.5Mpa ;和/或， 碎石的平均直径是3?10厘米；和/或， 所述固化剂和投放碎石的体积比例为10?40:100 ;和/或， 在步骤2中进行密实过程中，关闭振冲器中向其喷水孔输水通道，冷却振冲器电机的水由其中设置的回水管返回地面水箱中。
4.一种振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:包括振冲器和下料装置， 所述下料装置包括下料管、电缆管和粉喷管， 所述下料管的上端连接加料仓和上料装置，该下料管的下端固设所述振冲器； 所述电缆管设置在所述下料管的内部或外部，与该下料管固定联接，其中设电缆线与所述振冲器连接； 所述粉喷管设置在所述下料管内部，其上端穿出所述下料管与固化剂加压储罐连接，其下端口设置在所述下料管的下部。
5.根据权利要求4所述的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:所述下料管的下部具有一渐扩锥形段，在该渐扩锥形段的下面连接一直筒段，所述振冲器置于该渐扩锥形段下方，贴靠直筒段的一侧筒壁，振冲器上方设置导向板使得下料管通道在其下部偏向直筒段的另一侧。
6.根据权利要求5所述的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:所述喷粉管的下端出口设置在所述渐扩锥形锥管段的下部为宜；和/或， 所述喷粉管的下端出口高于所述填充料下料管的下端出口的距离是:2?4米。
7.根据权利要求4或5或6所述的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:所述下料装置还包括送水管和回水管，所述送水管与下料管固定连接，该送水管的上端口连接水泵，下端口连接所述振冲器用于冷却振冲器电机；所述回水管一端连接所述电机，另一端连接储水箱。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:所述喷粉管设置在所述下料管的内壁上。
9.根据权利要求4至8之一所述的振冲粉喷碎石桩的制桩振冲设备，其特征在于:所述下料管管径:所述粉喷管管径为5?10。
【文档编号】E02D15/04GK104131564SQ201310542130
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年5月27日
【发明者】张广彪 申请人:北京振冲工程机械有限公司