一种运用于塌孔地层的高压冲击喷浆钻机及施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于基础工程中的粧基础施工技术领域，具体涉及一种运用于塌孔地层的 高压冲击喷浆钻机及施工方法。
【背景技术】
[0002] 在钻孔粧施工过程中，目前一般是直接采用冲击锤进行冲孔，但对于松散地层，成 孔过程中容易出现塌孔，不但阻碍了施工进度，还会影响了粧基孔的施工质量。而当粧基孔 的施工深度较大时，一般超过90米深度时，地下承压水的压力较大，只能等水流稳定后才 能进行后续的施工，且承压水向上喷射过程中的水压较大，存在安全隐患。
[0003] 目前对于松散地层和高承压水地层的钻孔灌浆施工的解决方法有两种，一种是采 用加大泥浆比重的方法防止塌孔，但该方法在冲击成孔扰动较大和遇到卵石漂石地层中， 效果不理想，且承压水喷射过程中会将填补液冲散，造成成本浪费。另一种方法是砸入辅助 护筒，该护筒在施工后无法取出，且钻孔深度越大，地下承压力也越大，对护筒的壁厚要求 越高，同时对底面的砸入设备的要求也相应提高，否则无法将护筒砸入预设深度，导致该方 法的成本较高，且护筒过长时，砸入的垂直度也无法保证，会直接影响最终的成孔精度。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决钻孔灌注粧遇到承压水和砂卵石等地层时容易塌孔的问题，进而 提供了一种运用于塌孔地层的高压冲击喷浆钻机及施工方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案： 一种运用于塌孔地层的高压冲击喷浆钻机，包括机体，所述机体上通过起吊轴竖向连 接有冲击锤，其特征在于：所述冲击锤的底部还连接有喷浆装置，所述喷浆装置包括固定环 和竖向连接于固定环上的若干高压注浆管，各高压注浆管上开有若干喷浆孔；所述喷浆装 置通过固定环与冲击锤连接，连接后各高压注浆管与起吊轴平行。
[0006] 所述的高压注浆管设置8~16根，沿固定环周长内侧均匀布置。
[0007] 所述各高压注浆管上的喷浆孔位于同一竖直面上，且喷浆孔为内端小、外端大的 锥形孔，锥形孔的大径端背离吊轴方向。
[0008] 所述锥形孔的开孔锥度为45° ~60°。
[0009] 采用所述的运用于塌孔地层的高压冲击喷浆钻机的施工方法，粧基成孔至易塌孔 地层时，采用先加固、再冲孔的分段施工方式，其具体施工过程如下： A、 将高压冲击喷浆钻机安装就位，准备开始冲击成孔施工； B、 利用未加装喷浆装置的冲击锤直接在非塌孔地层垂直向下成孔，直到成孔至塌孔地 层的顶部； C、 成孔至塌孔地层的顶部后，上提冲击锤并加装喷浆装置，然后利用冲击力将喷浆装 置的高压注浆管完全插入塌孔地层内； D、 采用15MPa以上的压力，将水泥浆液通过高压注浆管上的喷浆孔喷射至塌孔地层内 形成环形的第一段加固孔，然后提升冲击锤，拆除喷浆装置； E、 待第一段加固孔凝结后，采用未加装喷浆装置的冲击锤在第一段加固孔的内侧向下 冲击成孔至第一段加固孔的底端，完成对塌孔地层内的第一段加固孔处的成孔施工过程； F、 重复步骤C~E过程，采用先利用喷浆装置形成环形的加固孔，再在加固孔内侧利用 冲击锤冲孔的分段施工方式，完成对整个塌孔地层的成孔施工过程； G、 由塌孔地层成孔至非塌孔地层后，采用未加装喷浆装置的冲击锤继续冲击成孔，直 至完成对整个粧基的成孔施工。
[0010] 所述加固孔的直径大于粧基成孔直径。
[0011] 所述加固孔的分段施工长度等于高压注浆管的长度。
[0012] 所述的水泥浆液内混合有2%~3%的速凝剂。
[0013] 本发明具有如下有益效果： 1、 本发明在易塌孔地层采用先加固、再冲孔的分段施工方式，利用喷浆装置实现 了预先对塌孔层周围土体的加固，加固后再使用冲击锤冲击成孔，加固层的强度可达到 0. l~8MPa，有效解决了在钻孔施工过程中因承压水较大或砂卵石等地层容易造成塌孔的问 题，降低了施工难度，有效减少了在灌注粧过程中产生的断粧问题，避免了全护筒施工中护 筒垂直度难以控制的问题，提高了施工质量； 2、 本发明所述的施工方式不受钻孔深度、地质条件等的限制，能连续施工，避免了施工 中塌孔导致的工期延误，适用性广泛； 3、 以粧径2. 0m、深度93m的粧基施工工程为例，由下表可知，
本发明所述施工方法与泥浆平衡法、全护筒跟进法相比，既保证了施工周期和施工质 量，又控制了施工成本，在大量施工粧径、深度均较大的粧基时，综合优势更明显。
【附图说明】
[0014] 图1为开始成孔时的施工不意图； 图2为非塌孔地层的成孔施工示意图； 图3为到达塌孔地层顶部时加装喷浆装置后的示意图； 图4为施工第一段加固孔的示意图； 图5为第一段加固孔成形拆卸喷浆装置后冲击成孔的示意图； 图6为冲击成孔至塌孔地层底部时的示意图； 图7为喷浆装置的结构主视图； 图8为喷浆装置的结构俯视图； 图9为高压注浆管的结构示意图； 图10为图9的左视图； 图11为加装喷浆装置后的冲击锤结构示意图； 图中：1-机体、2-起吊轴、3-冲击锤、4-非塌孔地层、5-塌孔地层、6-喷衆装置、7-加 固孔、7a_第一段加固孔、7b_第二段加固孔、7c-第三段加固孔、7d_第四段加固孔、7e_第五 段加固孔； 61-固定环、62-高压注浆管、63-喷浆孔。
【具体实施方式】
[0015] 本发明在粧基成孔施工过程中，采用了一种运用于塌孔地层的高压冲击喷浆钻 机，包括机体1，所述机体1上通过起吊轴2竖向连接有冲击锤3,所述冲击锤3的底部还连 接有喷浆装置6,所述喷浆装置6包括固定环61和竖向连接于固定环上的若干高压注浆管 62,各高压注浆管62上开有若干喷浆孔63 ;所述喷浆装置6通过固定环61与冲击锤3连 接，连接后各高压注浆管62与起吊轴2平行。
[0016] 所述的高压注浆管62沿固定环61周长内侧均匀布置连接，即绕固定环61的圆心 环形阵列布置，一般采用8~16根高压注浆管62,高压注浆管62的长度即为加固孔的分段 施工长度，综合考虑高压注浆管62的强度和刚度，一般设计为Im左右的长度，同时可根据 塌孔层深度，适当加长高压注浆管62的长度。
[0017] 各高压注浆管62上的喷浆孔63位于同一竖直面上，且喷浆孔63为内端小、外端 大的锥形孔，锥形孔的大径端背离吊轴2方向，为了使高压浆液喷出后能扩散重叠铺开凝 结，根据粧径和高压注浆管62的数量，要求高压喷浆30cm范围内，相邻两个高压注浆管62 有重叠部分，高压注浆管62的数量越少、粧径越大，锥形孔的开孔锥度应越大，因此，锥形 孔的开孔锥度一