名称：一种多变径点旋喷二次成桩方法、钻孔桩非圆形冲击扩孔装置及其扩孔方法、平移式凿岩成孔机

专利号：202311457734.8、201610406965.X、201620868069.0

专利权人：叶晓明

技术领域

本发明涉及到土木工程旋喷桩技术，具体涉及一种多变径点旋喷二次成桩方法。

背景技术

旋喷桩技术具有引孔直径小、成孔费用低、总体造价低廉等优点，近年来得到大量应用，已经拓展到边坡工程、基础工程等领域，有逐渐取代静压注浆技术的趋势。

研究表明：传统旋喷技术，水泥浆射流进入土体后，很快就会雾化，且随着射流压力增加，雾化距离没有明显改变，故旋喷桩直径一般限制在0.6-0.8m左右；多管喷射技术，在水泥浆出口增设环状加高压气射流提高水泥浆射流非雾化距离，增加高压水射流松动土体。这些改进效果比较显著，喷桩直径扩展到2m左右，但水泥浆射流路径太长，造成施工工期长、水泥用量大、桩体水泥浆均匀性较差等弊病；预成孔旋喷技术，采用预成孔土体返填，确保旋喷土体为松散体，喷桩直径扩展到2m以上，桩体可进入岩体，起到嵌固作用。这种技术也有水泥浆射流路径太长的弊病，同时增加了预成孔成本。

现有技术中，有文献提出采用在旋喷钻杆上设支架的方式将旋喷嘴向外延伸，以形成大直径旋喷的目的。但是，由于采用高压水、气、水泥浆同时作用，结构十分复杂。另外，在钻进时旋喷支架阻力极大，支架结构及钻机动力均难以承受。因此，至今未见相应机械出现。综上，对于大直径旋喷桩而言，还有很多问题有待解决。

发明内容

至少为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提出了一种多变径点旋喷二次成桩方法，首先对旋喷土体进行松动处理，使多变径点旋喷装置可以进入土体，然后在水泥浆射流的有效影响范围基础上，扩大旋喷桩直径。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种多变径点旋喷二次成桩方法，采用旋喷装置按旋喷桩半径R3预成孔返填土或土层松动旋喷，形成流塑态土体；

所述旋喷装置包括旋喷杆、锥形杆端、旋喷支架；

旋喷支架包括横向高压管、斜板、竖向板、加固板和圆环结构；斜板由上下两块组成，位于下方的斜板带刃口；

竖向板与旋喷杆和斜板固结；加固板与旋喷杆和横向高压管固结；横向高压管与旋喷杆固结并内部连通，并与斜板和圆环结构固结；锥形杆端上设置一级喷嘴P1，横向高压管端部设置二级喷嘴P2，一级喷嘴P1距旋喷杆轴线距离为R1，二级喷嘴P2距旋喷杆轴线距离为R2，R2-R1、R3-R2≤旋喷射流的有效影响范围Ry；

旋喷前，旋喷杆带动旋喷支架正向旋转，斜板向下切削土体，使锥形杆端沉入松散土体底部；旋喷时启动水泥浆泵，高压水泥浆由旋喷杆分别进入锥形杆端从一级喷嘴P1喷出，进入横向高压管从二级喷嘴P2喷出，同时旋喷杆反向转动往上提升，形成旋喷桩。

进一步地：采用预成孔方法松动土体时，旋喷装置先放置在孔中，然后返填土体；采用旋喷高压水、气方法松动土体时，土体形成流塑态后，旋喷装置旋转进入孔中。

再进一步地：旋喷支架的作用一是将二级喷嘴延伸到距旋喷杆轴线距离R2的位置，二是切削土体使锥形杆端沉入预成孔孔底，不受具体结构形式限制。

更进一步地：可通过增加设置旋喷支架方法，获得不同Ri的i级喷嘴结构；还可以通过在旋喷支架中横向高压管上增设喷嘴的方法，获得不同Ri的i级喷嘴结构。

还需要说明的是：旋喷支架的结构尺寸小于松散土体直径。

实施步骤

本发明多变径点旋喷二次成桩方法实施步骤为：

步骤1、根据经验和现场试验确定水泥浆旋喷射流影响范围；

步骤2、根据工程要求确定旋喷桩直径，根据旋喷桩直径和水泥浆体旋喷射流影响范围确定喷嘴级数；

步骤3、按传统方法设置一级喷嘴，按旋喷支架方法设置其它级喷嘴，每级喷嘴满足Ri-Ri-1≤Ry；

步骤4、调整旋喷支架上斜板倾斜度，使其容易快速旋转下沉，进入松动土体的底部；

步骤5、按步骤3、4加工各级旋喷支架及旋喷杆一体结构待用；

步骤6、按设计直径和旋喷桩长度，采用多管喷射技术由高压水、气、泥浆(或水泥浆)旋喷，在设计旋喷桩范围形成流塑性土体。当采用预成孔返土回填时，先将旋喷杆一体结构放入预成孔内，然后返土回填；

步骤7、对于土体松动旋喷方法，将带旋喷支架的旋喷杆一体结构放入孔口，正向旋转一体结构使下部进入流塑性土体底部；

步骤8、开启水泥浆体泵使浆体压力达到设计值，按施工要求的旋喷杆反向旋转、提升速度实施旋喷，直到上部孔口，实施完毕，关机。

本发明首次提出了将旋喷土体松动成流塑性状态，使带“变径点”多级旋喷装置可以进入土体旋喷；“变径点”多级旋喷解决了单级喷嘴由于雾化效应喷射半径有限的问题，无需增加高压水、气辅助，使大直径旋喷桩成为可能；从本发明原理上，桩径只与“变径点”多喷嘴分级有关，只受松动土体直径限制；多径向点旋喷有分层搅拌作用，旋喷支架有机械搅拌作用，浆体在桩体中分布均匀程度比传统单级旋喷大幅度提高，质量更可靠；⑤多径向点旋喷出浆量大，旋喷杆提升速度大，效率高；旋喷时不需要大量切割洗土，水泥浆返浆量大幅度降低，成本降低。大直径旋喷桩一直是工程中亟待解决的难题，本发明解决了这个难题，在地基加固、基础、水利、边坡等工程中有很大的应用前景。

附图说明

图1是多变径点旋喷二次成桩方法示意图；

图2是图1中旋喷支架部分放大示意图；

图3是图1中1-1剖面示意图；

图4是图1中2-2剖面示意图；

图5是多变径点旋喷二次成桩方法的结构剖面示意图。

图中：1-旋喷杆、2-锥形杆端、3-旋喷支架、4-横向高压管、5-斜版、6-竖向板、7-加固板、8-圆环结构、9-旋喷射流、10-高压水泥浆、P1-一级喷嘴、P2-二级喷嘴、R1-一级喷嘴与旋喷杆轴线之间的距离、R2-二级喷嘴与旋喷杆轴线之间的距离、R3-旋喷桩半径。

实施例

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

工程简况：某水利工程大坝地基承载力达不到设计要求，需要对软土坝基进行加固处理。现采用大直径旋喷桩对地基进行加固，提高地基承载力。旋喷桩直径R3＝1.5m，桩长40-60m，桩距4x4m。传统技术为一级旋喷，喷射半径有限，达不到1.5m直径要求，因此采用本发明的“多变径点旋喷二次成桩方法”实施旋喷桩。

考虑到预成孔后旋喷装置放入的孔内松散土层中，旋喷射流9的有效影响范围较大，取Ry＝0.35m。分两级设置喷嘴，一级旋喷R1＝0.076m，R2＝0.4m，R2-R1＝0.324m<Ry，二级喷嘴距孔边距离为R3-R2＝0.35m＝Ry。

如图1至图5所示，一种多变径点旋喷二次成桩方法，其特征在于：按旋喷桩半径R3预成孔返填土或土层松动旋喷，形成流塑态土体；旋喷装置由旋喷杆1、锥形杆端2、旋喷支架3组成；旋喷支架3由横向高压管4、斜板5、竖向板6、加固板7和圆环结构8组成；斜板5由上下两块组成，下块带刃口；竖向板6与旋喷杆1和斜板5固结；加固板7与旋喷杆1和横向高压管4固结；横向高压管4与旋喷杆1固结并内部连通，并与斜板5和圆环结构8固结；锥形杆端2上设置一级喷嘴P1，横向高压管4端部设置二级喷嘴P2，距旋喷杆1轴线距离分别为R1和R2，R2-R1、R3-R2≤旋喷射流9的有效影响范围Ry；旋喷前，旋喷杆1带动旋喷支架3正向旋转，斜板5向下切削土体，使锥形杆端2沉入松散土体底部；旋喷时启动水泥浆泵，高压水泥浆10由旋喷杆1分别进入锥形杆端2从一级喷嘴P1喷出，进入横向高压管4从二级喷嘴P2喷出，同时旋喷杆1反向转动往上提升，形成旋喷桩。

旋喷支架4的外端直径为2R2＝0.8m<2R3＝1.5m。

实施按“[0012]段”所述步骤实施，其中斜板5与水平线夹角取20°。