專利名稱：一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑施工中攪拌樁裝置及其應用，尤其是涉及一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置及其應用，主要應用于市政基礎、工業及民用工程建設中的地基加固、改良及基坑圍護等領域。
背景技術：
攪拌樁成樁是利用固化劑與土體混合、攪拌，通過固化劑的水化學反應來提高樁體的工程力學性能。固化劑通過輸漿管注入的過程中可能會對樁周土體產生擠壓，也可能會提高樁體周圍超孔隙水壓力極值。工程中應避免這一效應對周邊環境的影響。目前一般基坑圍護止水和地基加固多采用二軸攪拌樁、SMW工法，其中二軸攪拌樁施工時注入的一定體積漿液、注漿壓力、土體中積聚的超孔隙水壓力等都將對周圍地層產 生擠壓作用，不可避免將導致土體的側向擠出和垂直向的隆起變形。二軸攪拌樁施工對周邊房屋和管線產生擠壓造成了周邊建筑物的變形。SMW工法屬于置換式的攪拌樁，雖然擠土現象解決了，但產生了 30% 50%的水泥置換土，造價高，大量水泥浪費在土中，給環境造成很大影響。而本發明的一種新工藝可以很好的解決攪拌樁施工過程中的擠土效應和水泥置換土的沉樁裝置及施工方法。原有二軸和三軸攪拌樁，在沉樁及噴漿過程中沒有安裝智能化的監測系統，施工用量全靠工人經驗，現本方法把相關的技術數據全集成到電腦，由電腦來進行分析判斷成樁的質量。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種鉆孔成型好、對周圍環境影響小、水泥利用率高的可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置及其應用。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，包括主機、卷揚機、導桿、動力頭、變速箱、減速機及鉆桿，所述的卷揚機及導桿均固定在主機上，所述的動力頭、變速箱及減速機由上到下設在到導桿上，動力頭通過鋼絲繩連接導桿頂端滑輪，鋼絲繩帶動動力頭上下升降，動力頭依次通過變速箱和減速機帶動多根鉆桿轉動，所述的鉆桿設有I 9根，多根鉆桿的旋轉方向為正反交錯，所述的鉆桿的上端設有進漿口，所述的鉆桿的下端連接帶翼鉆桿，所述的帶翼鉆桿的下端可更換式連接多功能鉆頭，所述的多功能鉆頭上設有噴漿口與噴氣口。所述的帶翼鉆桿由帶翼鉆桿本體及多個螺旋葉片組成，所述的螺旋葉片以5度 45度的角度焊接在帶翼鉆桿本體上，多個螺旋葉片按4 6排環繞排列在帶翼鉆桿本體上，每排螺旋葉片的垂直間隔為O. 8 I. 2m。所述的帶翼鉆桿本體的直徑為180mm，所述的螺旋葉片的長度為3 5mm。所以桿件總直徑為186 190mm。這樣做較原來的工法好處有可以通過螺紋鉆桿向上抬土，來較快的疏散因施工對土體有擠壓作用而產生的超孔隙水壓力，這樣能夠有效地減少成樁過程對樁周土體、管線等造成的壓力。所述的帶翼鉆桿上設有抱箍。
所述的多功能鉆頭選自螺旋多功能鉆頭、兩片耙式多功能鉆頭或三片耙式多功能鉆頭，其目的在于針對不同的土層情況可選用不同的鉆頭應對，所述的多功能鉆頭上設有一個或多個噴漿口與噴氣口。相應的噴漿方式有單點噴漿和多點噴漿，用以調節樁體的均勻性。多點噴漿讓固化漿液能充分攪拌到樁中，讓同樣攪拌的次數能達到加倍的攪拌效果。所述的進漿口上設有流量儀，所述的導桿與動力頭連接處設有入土深度傳感儀，所述的流量儀與入土深度傳感儀均與主機內的集成計算機連接。集成計算機顯示每米下降深度、每米噴漿量、總噴漿量和總攪拌時間，每根樁結束計算機能分析出每根樁的沉樁質量情況。該裝置還包括后臺水泥漿攪拌系統，后臺水泥漿攪拌系統通過存漿桶后連接鉆桿上的進漿口。所述的鉆桿為普通光鉆桿或小邊距螺旋鉆桿，由于小邊距螺旋鉆桿在沉樁過程中正轉具有提土效果，可根據土層情況選擇不同數量的普通光鉆桿與小邊距螺旋鉆桿進行組合，通過鉆桿的正轉和反轉具有提土和壓土的作用來使得土體和固化劑充分攪拌，有效地減少超孔隙水壓力，從而減少擠土效應。所述的鉆桿的內部作為噴氣與噴漿的通道，所述的鉆桿的中部設有中間支承架，下部設有下部支承架。所述的主機為履帶式主機或步履式主機，所述的動力頭由2 3只起重機組成，所述的起重機為4 8P雙速、功率為55kw 240kw的起重機，所述的重電機通過變速箱與減速機帶動多根鉆桿以I 60轉/分的轉速同時轉動，多根鉆桿的旋轉方向為正反交錯。一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，該應用包括以下步驟(I)放樣，根據施工圖放出實樣；(2)開溝槽，根據圖紙要求開溝槽；(3)裝置就位，將可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置移動到待施工位置；(4)啟動后臺水泥漿攪拌系統，然后把水泥漿送至存漿桶；(5)開啟集成計算機，讓計算機來控制預先設置的數據噴氣壓力、每米下降速度、每米噴漿量、樁端設計標高、總噴漿量和總攪拌時間；(6)開啟嗔氣裝直，從多功能鉆頭的嗔氣口嗔氣，并開啟動力頭驅動多功能鉆頭，邊向上抬升土體邊從噴漿口噴水泥漿，使土體和水泥漿液形成上下循環，鉆桿正轉下沉到設計樁底標高，反轉邊噴漿邊提鉆至帶翼鉆桿長度，再正轉邊噴漿邊向下鉆至設計標高；(7)再反轉鉆桿，邊提升鉆桿邊噴水泥漿邊攪拌，一次成樁；(8) 一組結束，移至第二組繼續施工。步驟￠)中噴漿的方式有兩種一種為鉆桿下沉時噴100%的漿液，提升時不噴漿，另一種為鉆桿下沉時噴50 % 80 %的漿液，提升時噴20 % 50 %的漿液。步驟(7)中成樁時的搭接方式有兩種一種為部分搭接，即搭接長度為一根樁的15% 50%，另一種為整根樁的全搭接，當采用重力壩式擋土或止水時采用第一種方式搭接，當采用單排止水時采用第二種方式搭接。進行步驟(7)的過程中可噴氣。步驟￠)中，攪拌樁實施下沉噴漿的過程中，螺旋葉片正轉抬升土體，為漿液提供上升的通道，可通過多根鉆桿一起配合工作在土體內部形成一個自下而上，再由上到下的一個內循環，這樣能夠釋放掉由施工過程中引起的超孔隙水壓力，有效地減少擠土效應。攪拌樁下沉噴漿過程中，鉆桿下沉速度控制在小于5m/min ;鉆桿提升攪拌時，鉆桿反轉，提升速度控制為小于5m/min。一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，可一次成樁多根，成樁直徑為700mm,鉆距為 500mm。與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果I、增加的螺旋葉片在鉆桿下沉的同時能起到向上提土的作用，有效地減少了攪拌施工過程中的擠土效應；而多根轉桿一起工作時可以是土體在內部形成一個自下而上，再由上到下的一個內循環，這樣能夠釋放掉由施工過程中引起的超孔隙水壓力，有效地減少擠土效應。
2、加設了螺旋葉片之后，鉆桿直徑變大，所以下鉆穩定性好，鉆孔成型好。3、采用鉆桿內噴漿方式，噴漿孔位于鉆頭上，可在下沉掘進的同時進行攪拌，提升了攪拌功效；噴漿采用單點噴漿或多點噴漿，讓固化漿液能充分攪拌到樁中，讓同樣攪拌的次數能達到加倍的攪拌效果。4、原鉆桿固化劑通過輸漿管注入的過程中可能會對樁周土體產生擠壓，也可能會提聞粧體周圍超孔隙水壓力極值，對周圍環境廣生一定的破壞，現有小邊距螺紋鉆桿在攬拌樁實施下沉噴漿的過程中，正轉排土，為漿液提供上升的通道，減少樁內土體的膨脹，減小對周圍環境的影響，靠近地鐵和房屋對擠土有要求的基坑圍護多了一種選擇。5、與SMW工法相比減少了排土量，是SMW工法排土量的1/3 1/5，節約了水泥，減少了污染，與SMW工法相比本工法的水泥利用率更高，水泥在土中得到充分利用，同水泥的情況下，增加了水泥土的強度。6、多種鉆頭的互換，增強鉆進的能力。
圖I為本發明的可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的結構示意圖；圖2為螺旋鉆頭的結構示意圖；圖3為兩片耙式鉆頭的結構示意圖；圖4為三片耙式鉆頭的結構示意圖；圖5為一根小邊距螺旋鉆桿時的結構示意圖；圖6為兩根小邊距螺旋鉆桿組合式的結構示意圖；圖7為兩根光鉆桿和一根小邊距螺旋鉆桿組合式的結構示意圖；圖8為三根小邊距螺旋鉆桿組合式的結構示意圖；圖9為三根光鉆桿和兩根小邊距螺旋鉆桿組合式的結構示意圖；圖10為五根小邊距螺旋鉆桿組合式的結構示意圖；圖11為成樁時部分搭接的結構示意圖；圖12為成樁時整根樁全部搭接的結構示意圖；圖13為成樁后的樁形狀和鉆桿的旋轉方向示意圖。圖中，I為主機、2為卷揚機、3為導桿、4為鋼絲繩、5為進衆口、6為動力頭、7為變速箱、8為減速機、9為鉆桿、10為中間支承架、11為下部支承架、12為帶翼鉆桿、13為抱箍、14為多功能鉆頭、15為噴氣口、16為噴漿口、17為臺水泥漿攪拌系統。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例I一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，結構如圖I所示，包括主機I、卷揚機2、導桿3、動力頭6、變速箱7、減速機8及鉆桿9，卷揚機2及導桿3均固定在主機I上，動力頭
6、變速箱7及減速機8由上到下設在到導桿3上，動力頭6通過鋼絲繩4連接導桿3頂端滑輪，鋼絲繩4帶動動力頭6上下升降，動力頭6依次通過變速箱7和減速機8帶動多根鉆桿9轉動，鉆桿9設有I 9根，多根鉆桿9的旋轉方向為正反交錯，鉆桿9的上端設有進
漿口 5，鉆桿9的下端連接帶翼鉆桿12，帶翼鉆桿12的下端可更換式連接多功能鉆頭14，多功能鉆頭14上設有噴漿口 16與噴氣口 15。本實施例中，多功能鉆頭14選自螺旋多功能鉆頭，結構如圖2所示。多功能鉆頭14上設有一個或多個噴漿口 16與噴氣口 15。相應的噴漿方式有單點噴漿和多點噴漿，用以調節樁體的均勻性。多點噴漿讓固化漿液能充分攪拌到樁中，讓同樣攪拌的次數能達到加倍的攪拌效果。鉆桿9為普通光鉆桿或小邊距螺旋鉆桿，由于小邊距螺旋鉆桿在沉樁過程中正轉具有提土效果，可根據土層情況選擇不同數量的普通光鉆桿與小邊距螺旋鉆桿進行組合，通過鉆桿9的正轉和反轉具有提土和壓土的作用來使得土體和固化劑充分攪拌，有效地減少超孔隙水壓力，從而減少擠土效應。本實施例中，鉆桿9的組合方式如圖5所示，為一根鉆桿。鉆桿9的內部作為噴氣與噴漿的通道，鉆桿9的中部設有中間支承架10，下部設有下部支承架11。帶翼鉆桿12由帶翼鉆桿本體及多個螺旋葉片組成，螺旋葉片以5度 45度的角度焊接在帶翼鉆桿本體上，多個螺旋葉片按4 6排環繞排列在帶翼鉆桿本體上，每排螺旋葉片的垂直間隔為O. 8 I. 2m。帶翼鉆桿12上設有抱箍13。帶翼鉆桿本體的直徑為180mm，螺旋葉片的長度為3 5mm。所以桿件總直徑為186 190mm。這樣做較原來的工法好處有可以通過螺紋鉆桿9向上抬土，來較快的疏散因施工對土體有擠壓作用而產生的超孔隙水壓力，這樣能夠有效地減少成樁過程對樁周土體、管線等造成的壓力。進漿口 5上設有流量儀，導桿3與動力頭6連接處設有入土深度傳感儀，流量儀與入土深度傳感儀均與主機I內的集成計算機連接。集成計算機顯示每米下降深度、每米噴漿量、總噴漿量和總攪拌時間，每根樁結束計算機能分析出每根樁的沉樁質量情況。該裝置還包括后臺水泥漿攪拌系統17，后臺水泥漿攪拌系統17通過存漿桶后連接鉆桿9上的進漿口 5。主機I為履帶式主機或步履式主機，動力頭6由2 3只起重機組成，起重機為4 8P雙速、功率為55kw 240kw的起重機，重電機通過變速箱7與減速機8帶動多根鉆桿9以I 60轉/分的轉速同時轉動，多根鉆桿9的旋轉方向為正反交錯。一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，該應用包括以下步驟
(I)放樣，根據施工圖放出實樣；(2)開溝槽，根據圖紙要求開溝槽；(3)裝置就位，將可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置移動到待施工位置；(4)啟動后臺水泥漿攪拌系統17，然后把水泥漿送至存漿桶；(5)開啟集成計算機，讓計算機來控制預先設置的數據噴氣壓力、每米下降速度、每米噴漿量、樁端設計標高、總噴漿量和總攪拌時間；(6)開啟嗔氣裝直，從多功能鉆頭14的嗔氣口 15嗔氣，并開啟動力頭6驅動多功能鉆頭14，邊向上抬升土體邊從噴漿口 16噴水泥漿，使土體和水泥漿液形成上下循環，鉆桿9正轉下沉到設計樁底標高，反轉邊噴漿邊提鉆至帶翼鉆桿12長度，再正轉邊噴漿邊向下鉆至設計標高；
(7)再反轉鉆桿9，邊提升鉆桿9邊噴水泥漿邊攪拌，一次成樁；(8) 一組結束，移至第二組繼續施工。步驟￠)中噴漿的方式有兩種一、鉆桿9下沉時噴100%的漿液，提升時不噴漿；二、鉆桿9下沉時噴50 % 80 %的漿液，提升時噴20 % 50 %的漿液。步驟￠)中，攪拌樁實施下沉噴漿的過程中，螺旋葉片正轉抬升土體，為漿液提供上升的通道，可通過多根鉆桿9 一起配合工作在土體內部形成一個自下而上，再由上到下的一個內循環，這樣能夠釋放掉由施工過程中引起的超孔隙水壓力，有效地減少擠土效應。攪拌樁下沉噴漿過程中，鉆桿9下沉速度控制在小于5m/min ;鉆桿9提升攪拌時，鉆桿9反轉，提升速度控制為小于5m/min。步驟(7)中成樁時的搭接方式有兩種一、部分搭接，如圖11所示，即搭接長度為一根樁的15% 50% ;二、整根樁的全搭接，如圖12所示。當采用重力壩式擋土或止水時采用第一種方式搭接，當采用單排止水時采用第二種方式搭接。進行步驟(7)的過程中可噴氣。一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，可一次成樁多根，成樁直徑為700mm，鉆距為500mm，成樁后的樁形狀如圖13所示。實施例2如圖3所示，多功能鉆頭14為兩片耙式多功能鉆頭，其余同實施例I。實施例3如圖4所示，多功能鉆頭14為三片耙式多功能鉆頭，其余同實施例I。實施例4鉆桿9的組合方式如圖6所示，為兩根鉆桿的組合，其余同實施例I。實施例5鉆桿9的組合方式如圖7所示，為兩根光鉆桿和一根小邊距螺旋鉆桿組合，其余同實施例I。實施例6鉆桿9的組合方式如圖8所示，為三根小邊距螺旋鉆桿，其余同實施例I。實施例7鉆桿9的組合方式如圖9所示，為三根光鉆桿和兩根小邊距螺旋鉆桿，其余同實施例I。
實施例8 鉆桿9的組合方式如圖10所示，為五根小邊距螺旋鉆桿，其余同實施例I。
權利要求
1.一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，包括主機、卷揚機、導桿、動力頭、變速箱、減速機及鉆桿，所述的卷揚機及導桿均固定在主機上，所述的動力頭、變速箱及減速機由上到下設在到導桿上，動力頭通過鋼絲繩連接導桿頂端滑輪，鋼絲繩帶動動力頭上下升降，動力頭依次通過變速箱和減速機帶動多根鉆桿轉動，其特征在于，所述的鉆桿設有I 9根，多根鉆桿的旋轉方向為正反交錯，所述的鉆桿的上端設有進漿口，所述的鉆桿的下端連接帶翼鉆桿，所述的帶翼鉆桿的下端可更換式連接多功能鉆頭，所述的多功能鉆頭上設有噴漿口與噴氣口。
2.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，所述的帶翼鉆桿由帶翼鉆桿本體及多個螺旋葉片組成，所述的螺旋葉片以5度 45度的角度焊接在帶翼鉆桿本體上，多個螺旋葉片按4 6排環繞排列在帶翼鉆桿本體上，每排螺旋葉片的垂直間隔為O. 8 I. 2m，所述的帶翼鉆桿本體的直徑為180mm，所述的螺旋葉片的長度為3 5mm,所述的帶翼鉆桿上設有抱箍。
3.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，所述的多功能鉆頭選自螺旋多功能鉆頭、兩片耙式多功能鉆頭或三片耙式多功能鉆頭，所述的多功能鉆頭上設有一個或多個噴漿口與噴氣口。
4.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，所述的進漿口上設有流量儀，所述的導桿與動力頭連接處設有入土深度傳感儀，所述的流量儀與入土深度傳感儀均與主機內的集成計算機連接。
5.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，該裝置還包括后臺水泥漿攪拌系統，后臺水泥漿攪拌系統通過存漿桶后連接鉆桿上的進漿口。
6.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，所述的鉆桿為普通光鉆桿或小邊距螺旋鉆桿，所述的鉆桿的內部作為噴氣與噴漿的通道，所述的鉆桿的中部設有中間支承架，下部設有下部支承架。
7.根據權利要求I所述的一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置，其特征在于，所述的主機為履帶式主機或步履式主機，所述的動力頭由2 3只起重機組成，所述的起重機為4 8P雙速、功率為55kw 240kw的起重機，所述的重電機通過變速箱與減速機帶動多根鉆桿以I 60轉/分的轉速同時轉動，多根鉆桿的旋轉方向為正反交錯。
8.—種如權利要求I所述的可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，其特征在于，該應用包括以下步驟 (1)放樣，根據施工圖放出實樣； (2)開溝槽，根據圖紙要求開溝槽； (3)裝置就位，將可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置移動到待施工位置； (4)啟動后臺水泥漿攪拌系統，然后把水泥漿送至存漿桶； (5)開啟集成計算機，讓計算機來控制預先設置的數據噴氣壓力、每米下降速度、每米噴漿量、樁端設計標高、總噴漿量和總攪拌時間； (6)開啟噴氣裝置，從多功能鉆頭的噴氣口噴氣，并開啟動力頭驅動多功能鉆頭，邊向上抬升土體邊從噴漿口噴水泥漿，使土體和水泥漿液形成上下循環，鉆桿正轉下沉到設計樁底標高，反轉邊噴衆邊提鉆至帶翼鉆桿長度，再正轉邊噴衆邊向下鉆至設計標高； (7)再反轉鉆桿，邊提升鉆桿邊噴水泥漿邊攪拌，一次成樁；(8)一組結束，移至第二組繼續施工。
9.根據權利要求8所述的可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，其特征在于，步驟(6)中噴衆的方式有兩種一種為鉆桿下沉時噴100%的衆液,提升時不噴衆,另一種為鉆桿下沉時噴50% 80%的漿液，提升時噴20% 50%的漿液。
10.根據權利要求8所述的可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置的應用，其特征在于，步驟(7)中成樁時的搭接方式有兩種一種為部分搭接，即搭接長度為一根樁的15% 50%，另一種為整根樁的全搭接；進行步驟(7)的過程中可噴氣。
全文摘要
本發明涉及一種可減少擠土性的多軸攪拌樁裝置及其應用，該裝置包括主機、卷揚機、導桿、動力頭、變速箱、減速機及鉆桿，卷揚機及導桿均固定在主機上，動力頭、變速箱及減速機由上到下設在到導桿上，動力頭通過鋼絲繩連接導桿頂端滑輪，鋼絲繩帶動動力頭上下升降，動力頭依次通過變速箱和減速機帶動多根鉆桿轉動，鉆桿設有1～9根，多根鉆桿的旋轉方向為正反交錯，鉆桿的上端設有進漿口，鉆桿的下端連接帶翼鉆桿，帶翼鉆桿的下端可更換式連接多功能鉆頭，多功能鉆頭上設有噴漿口與噴氣口。與現有技術相比，本發明具有減少擠土效應、鉆孔成型好、水泥利用率高、對周圍環境的影響小等優點。
文檔編號E02D5/46GK102943468SQ20121049713
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者謝曉東, 謝益飛, 趙偉明, 周玉石, 陳龍, 黃立偉, 鮑國強, 湯武, 張群 申請人:上海城地建設股份有限公司