一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔系统以及施工方法与流程

本技术涉及基础工程领域，尤其是涉及一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔系统以及施工方法。

背景技术：

1、水泥土搅拌桩广泛应用于软基施工中，其具有工艺简单、施工速度快、造价成本低等优点。水泥土搅拌桩通常利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌钻具在地基深处将软土和固化剂进行搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的物理化学反应，使软土硬化成具有一定强度的优质地基。

2、在水泥土搅拌桩施工过程中，部分施工场地存在砂质地层，搅拌钻具需穿越砂层，而因砂层中存在强度相对较高的砂砾石，导致搅拌钻具钻进与提钻受到的阻力大，从而导致钻进速度慢，成孔效率低，极大地影响了施工进度。

技术实现思路

1、为了解决上述中水泥土搅拌桩成孔效率低的问题，本技术提供一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔系统以及施工方法。

2、第一方面，本技术提供的一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔系统，包括：

3、钻头机构，所述钻头机构包括：

4、钻机和钻杆，所述钻机驱动所述钻杆转动；

5、钻筒和叶片，所述钻杆与所述钻筒活动连接，所述叶片安装于所述钻筒外周侧以及两端；

6、振动件和配合件，所述振动件与所述钻筒固定连接，所述配合件与所述钻机固定连接；当所述钻机驱动所述钻杆转动时，所述振动件与所述配合件配合使得所述振动件在不同方向上振动；

7、监控机构，用于监控成孔数据并发出信号；

8、以及控制模块，分别与所述钻头机构和所述监控机构电性连接，用于接收所述监控组件发出的信号并向所述钻头机构发送控制信号。

9、通过采用上述技术方案，在水泥搅拌桩施工时，钻机驱动钻杆转动，从而带动钻筒转动，钻筒转动则使得其周侧以及对侧的叶片对砂质地层进行多方位的切割，从而保证成孔效率。同时振动件和配合件配合能够使得钻筒在不同方位振动，从而使得砂质地层中的土体能够相应的松动且能够调节土体的流动性，进一步地提高对砂质地层的切割效果。同时，在后续水泥土搅拌中，叶片、振动件以及配合件也能搅拌并振动水泥浆液和土体，提高了水泥浆液和土体的混合效果以及成桩质量。最后，通过监控机构能够获取成孔数据，从而能够通过控制模块及时控制钻头机构的运行以保证成桩强度。

10、可选的，所述振动件包括环形套筒和多个第一凸起，所述环形套筒固定安装于所述钻筒靠近所述钻机的一侧；多个所述第一凸起固定于所述环形套筒的内壁，多个所述第一凸起呈环形分布且位于同一高度，两所述第一凸起之间形成有让位槽；

11、所述配合件包括连接板和第二凸起，所述连接板固定连接于所述钻机的驱动源的外周壁；所述第二凸起固定连接于所述连接板远离所述钻机的一侧；其中，当所述钻机驱动所述钻杆转动时，所述第二凸起在位于所述让位槽内或者与所述第一凸起抵接两种状态之间反复切换。

12、通过采用上述技术方案，钻机驱动钻杆转动，从而带动钻筒转动，钻筒转动带动环形套筒转动，从而使得第二凸起在位于让位槽内或者与第一凸起抵接两种状态之间反复切换，从而能够使得钻筒在水平面的不同方向上振动，提高了对砂质地层的成孔效率。

13、可选的，所述第一凸起设置有第一倾斜面，所述第一倾斜面在所述环形套筒周向方向上的两对侧设置有高度差，所述第二凸起的对应位置设置有与所述第一倾斜面倾斜角度对应的第二倾斜面，以使得所述第二凸起与所述第一凸起相互抵接滑动。

14、通过采用上述技术方案，第一倾斜面与第二倾斜面配合能够使得第二凸起与第一凸起的相对位置关系带动钻筒在竖直方向上振动，通过在不同方向上均进行振动，能够有效提高钻头机构的切割成孔效率。

15、可选的，还包括多根伸缩杆，所述钻杆穿设于所述钻筒内，所述伸缩杆一端与所述钻杆的外周壁万向铰接，另一端与所述钻筒的内周壁万向铰接，所述伸缩杆两端的连接点在不同高度以使得所述伸缩杆倾斜设置。

16、通过采用上述技术方案，第一，通过伸缩杆能够活动连接钻杆与钻筒，能够保证钻筒既能转动，也能产生一定的振动。第二，伸缩杆倾斜设置使得伸缩杆伸缩时既能产生水平方向上的位移，也能产生竖直方向上的位移，从而保证环形套筒能够在不同方向上振动。

17、可选的，所述伸缩杆包括硬质的伸缩套筒和伸缩套杆，所述伸缩套筒与所述钻筒的内周壁万向铰接，所述伸缩套杆与所述钻杆的外周壁万向铰接，所述伸缩套杆穿设于所述伸缩套筒内。

18、通过采用上述技术方案，将伸缩杆设置为硬质的伸缩套筒和伸缩套杆能够使得钻杆有效驱动钻筒转动。由于由硬质材料制成，因而可以尽可能保证钻筒的转动速度，进而保证叶片对砂质地层的切割效果和后续对水泥土的搅拌效果。

19、可选的，所述伸缩套杆靠近所述伸缩套筒的端部设置有卡接块，所述伸缩套筒的对应位置开设有卡接槽，所述卡接块与所述卡接槽内壁滑动连接。

20、通过采用上述技术方案，卡接块和卡接槽的设置能够限制伸缩杆的长度变化幅度，从而能够保证钻筒的振动频率。通过合适的振动频率能够有效提高钻头机构对砂质地层的切割混合效果。

21、可选的，所述钻杆外周壁与所述钻筒内周壁之间还连接有复位弹簧，所述复位弹簧具有使得所述钻筒的轴线与所述钻杆的轴线重合的弹性势能。

22、通过采用上述技术方案，复位弹簧能够驱动钻筒在产生振动偏移后能够利用复位弹簧带动钻筒及时复位以提高振动效果。

23、可选的，所述环形套筒远离所述钻杆一端可拆卸连接有盖板，所述盖板盖设于所述连接板与所述环形套筒远离所述钻筒一端的开口，所述盖板与所述连接板之间存在振动间隙。

24、通过采用上述技术方案，设置盖板能够尽可能少的使得切割产生的砂质地层进入至钻筒内，从而干扰钻筒的振动的情况产生。

25、第二方面，本技术提供一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔施工方法，基于上述一种砂质地层水泥搅拌桩多向切割成孔系统，包括以下步骤：

26、s1、清理施工现场并在施工现场放样得出水泥搅拌桩的施工点位；

27、s2、提供泵机和泵管，在施工现场通过泵管连接钻头机构与泵机；

28、s3、安装监控机构，并将控制模块分别与监控机构和钻头机构电性连接；

29、s4、向控制模块输入水泥土搅拌桩参数，并控制钻头机构在所述施工点位进行成孔施工，施工中通过所述监控机构实时获取成孔数据并向所述控制模块发送信号，所述控制模块接收信号并相应调整所述钻头机构的运行参数；

30、s5、检测成桩质量。

31、通过采用上述技术方案，上述步骤能够对水泥土搅拌桩进行智能化施工，从而保证水泥土搅拌桩的成孔质量。同时能够有效利用钻头机构对砂质地层进行充分地切割振动，提高施工效率。

32、可选的，所述监控机构包括深度传感器、电流计以及流量计；所述深度传感器用于监控所述钻头机构的实时位置，所述电流计用于监控所述钻头机构的搅拌参数；所述流量计用于监控所述泵管的水泥浆液流量值；

33、所述s3步骤中的成孔数据包括所述钻头机构的实时位置、搅拌参数以及所述泵管的水泥浆液流量值。

34、通过采用上述技术方案，监控机构通过及时地反馈监控数据，能够有效保证水泥土搅拌桩的精准施工，从而提高成桩质量。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、1.在对砂质地层进行施工时，钻筒既能转动，也能在不同方位振动，因而能够通过叶片对砂质地层进行多方位的切割，从而保证成孔效率；同时叶片还能提高水泥浆液和土体的混合效果以提高成桩质量；

37、2.伸缩杆两端与钻杆与钻筒万向铰接，能够保证钻筒既能转动，也能产生一定的振动；同时，伸缩杆倾斜伸缩时使得伸钻筒既能产生水平方向上的振动，也能产生竖直方向上的振动；

38、3.本技术能够对水泥土搅拌桩进行智能化施工，从而保证水泥土搅拌桩的成孔精度，进而保证成桩质量，最终提高施工效率。