大直徑速成勻質水泥土樁高壓旋噴微孔噴漿嘴群攪拌器的製作方法

2023-06-06 09:52:26

本發明涉及一種水泥土樁深層均勻攪拌設備，具體一種大直徑速成勻質水泥土樁高壓旋噴微孔噴漿嘴群攪拌器。採用本發明生產出來的水泥土樁成本低廉，可廣泛應用於軟土地基處理、水工建築物的堤防、水庫大壩防滲、煤礦港道防滲、市政工程的地下公共管廊、地下電力管廊、地下熱力管廊、地下通信管廊、地下供排水管廊和超深深基坑支護及止水帷幕等領域。

背景技術：

《建築樁基技術規範》中規定，直徑大於800mm的樁體稱為大直徑樁。

目前，國內外常用雙軸或單軸施工機械生產水泥土樁，相互咬合搭接成排帷幕，形成咬合搭接止水帷幕。為了保證基坑的順利施工及周邊建築物的安全，通常在基坑外圍設置止水帷幕以阻止基坑外的地下水流入基坑內。止水帷幕由水泥漿與土壤拌攪形成的水泥土攪拌樁連接而成。目前，國內、外較先進的Φ700雙軸頭施工機械進行水泥土攪拌樁施工水泥土攪拌機，其施工形成的兩個水泥土樁組成一個柱狀固結體，為防止基坑內的水流入基坑內，兩個水泥土拌攪樁之間不僅有200mm咬合重疊搭接，而且二個柱狀水泥土之間也有200mm咬合重疊搭接。但在工程實踐中，由於雙軸水泥土攪拌機定位誤差、地層、施工振動等因素影響，常在地下-5m以下二個柱狀體之間會出現開叉的現象，隨著地下樁長長度的增加，在地下-10m以下二個柱狀體之間會開叉更大，無論是單軸還是雙軸水泥土攪拌機施工機械進行水泥土攪拌樁施工，在砂層，特別是在高敏感性富水厚砂層中，開叉的到處可見，造成止水帷幕防滲功能降低，導致基坑止水帷幕止水失效、出現湧水翻砂等事故，危及深基坑安全，重者出現深基坑塌坑事件，不僅中斷深基坑工程的施工，而且影響深基坑周邊建築物的安全。無論是單軸還是雙軸的現有機械施工，其直徑均小於700mm,在保證摻入水泥漿比例的前提之下，要想水泥漿與土壤充分均勻拌攪，按其施工工藝均採用多次重複上下拌攪的辦法來實現，無法做到往返一次不用多次重複攪拌，即不增加重複上下拌攪次數同樣可以確保快速生產優質高效的水泥土帷幕樁,生產直徑大於800mm的水泥土帷幕樁這樣的施工機械截至目前還沒有。

按傳統工藝施工，工人操作時為了偷工減料早點完工，實際上用往返一次替代設計要求的往返三次進行深層攪拌，開挖後取巖芯意外地發現樁周邊緣圓周外包一層3~6mm厚度的水泥皮，樁芯土體與水泥漿拌攪幾乎還是極不均勻的巖土，用水鑽取不出來巖芯。為此再次做試驗樁，嚴格按設計人員的要求往返深層攪拌3次，開挖後取巖芯發現樁芯土體與水泥漿拌攪仍攪拌不均幾乎還是極不均勻的巖土。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的上述問題和技術難題，本發明提供一種大直徑速成勻質水泥土樁高壓旋噴微孔噴漿嘴群攪拌器。

本發明採用如下技術方案：一種大直徑速成勻質水泥土樁高壓旋噴微孔噴漿嘴群攪拌器，包括注漿主幹管，在其頂端設有用於與長螺旋鑽機空心鑽杆下端的法蘭盤均布多個備用穿螺栓的通孔，通過多根螺栓連接的法蘭盤，在該法蘭盤上設有沿圓周均布的通孔，其特徵在於，在所述注漿主幹管上部管壁上設有四個沿圓周均布的叉管洩漿孔，在該注漿主幹管中部和下部的管壁上分別設有兩個沿圓周均布的叉管洩漿孔，其中位於中部的兩個叉管洩漿孔的位置與上部的兩個相對的叉管洩漿孔相對應，下部的兩個叉管洩漿孔的位置與上部的另外兩個相對的叉管洩漿孔相對應；在該注漿主幹管中部和下部的叉管洩漿孔處分別徑向連接一根上層橫向扁刺刀和下層橫向扁刺刀的近端，上層橫向扁刺刀和下層橫向扁刺刀在以注漿主幹管為軸心向下的水平投影為十字形；該上層橫向扁刺刀和下層橫向扁刺刀的平面與水平面傾斜設置，傾斜方向相同；在該注漿主幹管的底部焊接有堵頭對中針；在所述上層橫向扁刺刀和下層橫向扁刺刀的背面中線上焊接有水平橫向叉管，每一水平橫向叉管的近端與所對應的叉管洩漿孔連接；設在上層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的長度大於上層橫向扁刺刀的一半；設在下層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的長度與下層橫向扁刺刀相等；在所述注漿主幹管上部的四個叉管洩漿孔各與一根斜向叉管的上端連接，其中相對設置的一對斜向叉管的下端與所對應的上層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的遠端連接，另一對斜向叉管的下端與所對應的下層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的一個節點連接，該節點距該注漿主幹管的距離小於上層橫向扁刺刀的一半；在每一所述斜向叉管的兩側對稱焊接有二塊帶齒的厚鋼板氣割製作而成的斜向扁刺刀，該斜向扁刺刀的下端與該上層橫向扁刺刀和下層橫向扁刺刀的上面焊接；在所述的斜向叉管的中下部、該上層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的遠端、下層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的節點和遠端分別焊接有微孔噴漿嘴。

所述的下層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的節點距該注漿主幹管軸線的距離為下層橫向扁刺刀長度的1/3；上層橫向扁刺刀背面的水平橫向叉管的遠端距該注漿主幹管軸線的距離為上層橫向扁刺刀長度的2/3。

所述的叉管洩漿孔為螺孔，管連接頭的近端外表面套設有外絲扣旋入帶內絲的洩漿孔內，通過螺紋連接，該管連接頭的遠端分別與各個所述的斜向叉管或水平橫向叉管的近端焊接連接。

設在上層橫向扁刺刀上的斜向叉管的微孔噴漿嘴的方向向內；設在下層橫向扁刺刀上的斜向叉管的微孔噴漿嘴的方向向外。

在所述橫向叉管的外側設有護套，該護套採用角鋼，其兩邊焊接在上層橫向扁刺刀或下層橫刺刀的背面，將橫向叉管包在角鋼內。

所述的上層橫向扁刺刀或下層橫刺刀與水平面的傾斜角度為0°-55°。

所述的微孔噴漿嘴的孔徑為2~3mm。

採用該攪拌器，將常壓注漿改為高壓注漿；在保證不減少噴漿出漿孔出漿總流量和出漿口孔口面積之總和的基礎之上，採用等截面互換的辦法將原常壓25mm大孔徑孔口噴漿嘴改為微孔群噴漿嘴均勻噴漿。

本發明的技術效果：採用該攪拌器施工，鑽杆往返一次替代設計要求的往返三次可製成水泥土樁，即製造一根樁所用攪拌時間相當於製造三根樁所用的時間，縮短2/3的成樁時間，根治了原生產工藝的工人為了爭產量故意用往返一次替代設計要求的往返三次生產不合格質量的帷幕樁。減輕了現場管理人員質量監督管理工作的難度，大大加快了施工進度，提高高(刪除多餘高字)了工作效率，保證了成樁質量，快捷方便，實現了大直徑（>0.8mm）速成勻質水泥土帷幕樁的理想目標。

附圖說明

圖1是本發明實施例的總體結構示意圖；

圖2是圖1的C-C剖視圖；

圖3是圖1中的B-B剖視圖；

圖4是圖1中A處的放大圖（斜向注漿叉管和斜向扁刺刀組合結構的局部）；

圖5是圖4的D-D剖視圖。

附圖標記說明：1、法蘭盤；2、空心主幹管；3、叉管洩漿孔；4、管連接頭；5、斜向叉管；6、橫向叉管；7、護套；8、斜向扁刺刀；9、堵頭對中針；10、上層橫向扁刺刀；11、下層橫向扁刺刀；12、微孔噴漿嘴；13、（法蘭盤螺栓連接）通孔。

具體實施方式

參見圖1-圖5，本發明將法蘭盤1設置在攪拌器空心注漿主幹管2頂端與長螺旋鑽機空心鑽杆下端設置的法蘭盤1，通過法蘭盤1上的眾多螺栓孔穿螺栓連接構成一個整體，法蘭盤1的內徑與長螺旋鑽機空心鑽杆內徑等徑，法蘭盤1上設置有分布均勻的螺栓孔13。所述空心注漿主幹管2除了在其頂端設置有法蘭盤1外，在空心注漿主幹管2管壁還分別設置帶有內絲扣的叉管洩漿孔3、上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11的一端，與水平面成一定夾角（0°-55°）分別與空心注漿主幹管2外壁焊接，在空間的水平投影之下，上、下二層形成十字形刀葉；在空心注漿主幹管2底部焊接有堵頭對中針9；所述叉管洩漿孔3是在注漿主管2管壁鑽孔套有自帶內絲絲扣的通孔；所述帶內絲扣的叉管洩漿孔3，管連接頭4是用4分鍍鋅管制作而成，管連接頭的一端套有外絲絲扣，注漿主幹管2的叉管洩漿孔3自帶內螺紋，管連接頭4帶外螺紋旋入其中。所述上層橫向扁刺刀10是用二塊厚鋼板氣割製作而成的帶齒的扁平鋼板帶，對稱布置在注漿主幹管2管壁外側中部同一標高處，上層橫向扁刺刀10的一端焊接在注漿主幹管2管壁外側中部且自帶傾角（在注漿主幹管2的軸向為鉛直狀態時，與水平面傾斜的角度），自帶傾角的上層橫向扁刺刀10背面焊接有水平橫向叉管6以及叉管護套7；所述下層橫向扁刺刀11是用二塊厚鋼板氣割製作而成的帶齒的扁平鋼板帶，對稱布置在空心注漿主幹管2管壁外側下部同一標高處，下層橫向扁刺刀11的一端焊接在注漿主幹管2管壁外側下部且自帶傾角，自帶傾角下層橫向扁刺刀11背面焊接有橫向叉管6以及叉管護套7。

在所述注漿主幹管2上部的四個叉管洩漿孔3，每個叉管洩漿孔3內均攻有內絲絲扣，均將管連接頭4自帶外絲扣的一端旋入其中，另一端各與每根與之對應的斜向叉管5的上端焊接連接，其中相對設置的一對斜向叉管5的下端與所對應的上層橫向扁刺刀10背面的水平橫向叉管6的遠端焊接連接，另一對斜向叉管5的下端與所對應的下層橫向扁刺刀11背面的水平橫向叉管6的一個節點焊接連接，該節點距該注漿主幹管2的距離小於上層橫向扁刺刀10的一半；在每一所述斜向叉管5的兩側對稱焊接有帶齒的扁平鋼板組成的斜向扁刺刀8，該斜向扁刺刀8的下端與該上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11的上面焊接；在所述的斜向叉管5的中下部、該上層橫向扁刺刀10背面的水平橫向叉管6的遠端、下層橫向扁刺刀11背面的水平橫向叉管6的節點和遠端分別焊接有微孔噴漿嘴12。

斜向叉管5是用6分鍍鋅管加工而成，其上端通過管連接頭4與帶內絲扣的叉管洩漿孔3連接，下端分別與上層橫向扁刺刀10、下層橫向扁刺刀11的上表面的等分點焊節，斜向叉管5上設置有高壓旋噴微孔噴漿嘴12。所述斜向叉管5用二塊厚鋼板氣割製作而成的帶齒的扁平鋼板帶在斜向叉管5兩側對稱焊接扁刺刀8。

微孔噴漿嘴12的分布；下層橫向扁刺刀11兩端的邊緣設置有二個微孔噴漿嘴12，朝向水平方向；下層橫向扁刺刀11距空心主幹管2的中心軸的1/3處設有對稱的2個微孔噴漿嘴12，噴嘴向上。上層橫向扁刺刀10兩端的邊緣均沒有設置微孔噴漿嘴12，上層橫向扁刺刀10距空心主幹管2的中心軸的2/3處設有對稱的2個微孔噴漿嘴12，噴嘴向上。上層橫向扁刺刀10頂面與斜向扁刺刀8交點處距離注漿主幹管2的中心軸水平長度，較下層橫向扁刺刀11頂面與斜向扁刺刀8交點處距離注漿主幹管2的中心軸水平長度要大很多。上層橫向扁刺刀10頂面之上的斜向扁刺刀8上設有二個微孔噴漿嘴12，且微孔噴漿嘴12的方向均向外；下層橫向扁刺刀11頂面之上的斜向扁刺刀8上設有二個微孔噴漿嘴12，且微孔噴漿嘴12的方向均向內。焊接在注漿主幹管2上的上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11在空間的水平投影之下使上、下二層橫向扁刺刀構成了十字形刀葉架。

斜向扁刺刀8由二塊鋼板帶氣割成帶刺的刀，以斜向叉管5為中心對稱布置並焊接成為一個整體。

所述橫向叉管6分別焊接在上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11的背面，並用角鋼作為護套7焊接在橫向叉管6的外側保護橫向叉管6，在攪拌器高速旋轉時上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11的背面的橫向叉管6不被損壞。在注漿主幹管2的底部設有堵頭對中針9。

採用本發明的攪拌器，並改常壓單孔旋噴注漿為高壓旋噴微孔群注漿工藝，施工的試驗樁，鑽杆往返一次替代設計要求的往返三次製成的試驗樁，其樁芯土體與水泥漿拌攪很均勻，在水泥土試驗樁上用水鑽取出來的水泥土巖芯送試驗室作抗壓試驗，其抗壓強度值在5MPa左右，即取出來的水泥土巖芯合格。

試驗室作抗壓試驗，合格，挖開後的結果發現，鑽杆往返一次製成的試驗樁樁芯土體與水泥漿拌攪很均勻，在水泥土試驗樁上用水鑽取出來的水泥土巖芯送試驗室作抗壓試驗，其抗壓強度值在5MPa左右。

呈八字形的斜向扁刺刀8與水泥土漿在前進方向遇到的阻力呈線性狀，傳統的斜向刀葉片與水泥土漿在旋轉前進方向遇到的阻力呈面狀，故八字形的斜向扁刺刀8與傳統的斜向刀葉片相比在旋轉時接觸到的水泥土漿體的阻力很小，不會給動力設備增加過大的動力負荷。

傳統的斜向刀葉片在旋轉時破碎土體就是一個圓周，而八字形的斜向扁刺刀8在旋轉時破碎土體卻不是一個圓周，而是一個傾斜的面，其傾斜面的水平投影長度等於斜向扁刺刀8的上端起點至下端終點的水平投影長度，斜向扁刺刀8的上端起點是上部水平段與斜向扁刺刀8的上端交匯處，斜向扁刺刀8的下端終點是斜向扁刺刀8與上層橫向扁刺刀10或下層橫向扁刺刀11的交點處。

八字形斜向扁刺刀8與斜向叉管5對稱焊接拼裝在一起，增加了斜向叉管5的剛度，起到了保護斜向叉管5在旋轉前進過程中克服水泥土漿液與八字形斜向扁刺刀之間的阻力，使之避免其彎曲變形。

上層橫向扁刺刀10之上的斜向扁刺刀8直徑（寬度和厚度）根椐權利要求2的第二款確定，其值相當於小於上層橫向扁剌刀10長度的2/3（距注漿主幹管）；下層橫向扁刺刀11之上的斜向扁刺刀8直徑根椐權利要求2的第一款確定，其值相當於小於下層橫向扁剌刀11長度的1/3（距注漿主幹管）；前者大於後者。

上層橫向扁刺刀10與斜向扁刺刀8焊接交點處在上層橫向扁刺刀10刀葉長度的2/3處（距主幹管）設有微孔噴漿嘴12，且噴嘴向上；下層橫向扁刺刀11與斜向扁刺刀8焊接交點處，在下層橫向扁刺刀11刀葉長度的1/3處（距主幹管）也設有微孔噴漿嘴12，且噴嘴向上。

上層橫向扁刺刀10和下層橫向扁刺刀11相當於圓的直徑或半徑，相當於把圓的半徑分成三等分，相當於把圓的直徑分成六等分，相當於在圓的直徑分成六等分，每一等分點均設有微孔噴漿嘴12。

相當於把圓的半徑分成三等分的結構，鑽杆在旋轉時這三等分點均沿圓周噴漿，由直徑分成六等分的另外的三等分設置的微孔噴漿嘴12，在鑽杆旋轉時對前述三等分點均沿圓周再次復噴三次水泥漿。

在前述平面投影相當於把圓的直徑分成六等分之後，在每一等分之間防止復噴不徹底，為此在斜向叉管5的空間上再設置有對稱的微孔噴漿嘴12。

在上層橫向扁刺刀10之上的斜向叉管5上的內側設置有與斜向叉管垂直的90°夾角且向內對稱布置的的二個微孔噴漿嘴12，履蓋以注漿主幹管2為軸心，上、下層橫向扁刺刀10或11距注漿主幹管2軸心1/2~1/3以內影響半徑未復攪均勻的土體，使之再復攪二次；在下層橫向扁刺刀11之上的斜向叉管5上設置有與斜向叉管5夾角45~75°（斜向叉管5軸向與注漿主幹管2軸向的夾角）且向外對稱布置的的二個微孔噴漿嘴12，履蓋以注漿主幹管2為軸心，上、下層橫向扁刺刀10或11距主漿主幹管軸心以外1/3以外（即1/3~3/3之間區域）影響半徑未復攪均勻的土體，使之再復攪二次。

在上層橫向扁刺刀10背面設有橫向叉管6與其焊接成一個整體，橫向叉管6外包三角鐵作為護套7與上層橫向扁刺刀10背面焊接成一體，防止橫向叉管6旋轉時遇摩阻力使之變形破壞，橫向叉管6與斜向叉管5及空心主幹管2構成一個封閉的連通器，使之循環輸入高壓漿液。

在下層橫向扁刺刀11背面設有橫向叉管6與其焊接成一個整體，橫向叉管6外包三角鐵作為護套7與下層橫刺刀11背面焊接成一體，防止橫向叉管6旋轉時遇摩阻力使之彎曲變形破壞，橫向叉管6與斜向叉管5及注漿主幹管2構成一個封閉的連通器，使之循環輸入高壓漿液。

下層橫向扁刺刀11與上層橫向扁刺刀10不同的是：上層橫向扁刺刀10二端（遠端）不設微孔噴漿嘴12；下層橫向扁刺刀11二端（遠端）各設置一個對稱的微孔噴漿嘴12。

按前述更進一步的全部內容施實該方案，可使鑽杆往返一次替代設計要求的往返三次製成的試驗樁樁芯土體與水泥漿拌很（刪除原有多餘的「其」字）均勻，在水泥土試驗樁上用水鑽取出來的水泥土巖芯送試驗室作抗壓試驗，其抗壓強度值在5MPa左右，即取出來的水泥土巖芯合格，滿足設計要求。