一种螺旋铰吸式加气轻质水泥土MJS装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基加固技术领域，尤其涉及一种螺旋铰吸式加气轻质水泥土MJS装置及其施工方法。

背景技术

随着城市浅层空间开发完善，城市建设用地日趋紧张，为高效利用城市密集建成区域的土地资源，地下空间开发快速推进。在地下空间开发过程中，地基加固技术常被用于保证已建成建构筑物周边的地下工程近接施工的顺利实施。

地基加固中常见的三轴搅拌加固方法，易对加固区域周侧土体产生一定侧压力，同时，加固区域水泥土的密度增加，会在地基中产生竖向附加应力，进而引起地基沉降，可能引发管线破裂、路面下沉以及周边建构筑物基础位移。

因此，为减小和消除传统地基加固方法引起土体沉降变形的危害，促使地基加固施工更加高效、可靠，同时增加地基加固技术的适用条件，亟需一种自钻进式加气水泥土MJS装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种螺旋铰吸式加气轻质水泥土MJS装置及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种螺旋铰吸式加气轻质水泥土MJS装置，包括多孔管、螺旋带输送装置、外套筒、集成装置、铰刀头、压力监测系统、质量测定仪和控制台；所述压力监测系统包括压力传感器和采集仪；

所述多孔管、集成装置和铰刀头自上而下连接，所述多孔管外侧安装有外套筒，构成钻杆主体；

所述多孔管集成高压水泥浆管、备用管、负压气管、液压管、负压水管、主气管、压力传感器线管、压力水管、预备气管和电源线管；

所述外套筒顶部设有出泥口，所述出泥口与废液箱连接；

所述螺旋带输送装置包括轴式螺旋传输带和电动装置；所述螺旋带输送装置设置在多孔管与外套筒之间，入口设置在近集成装置一端，出口与出泥口连通；所述电动装置用于驱动轴式螺旋传输带；

所述集成装置的筒壁外侧自上至下设有高压喷水口、压力传感器和高压注浆口；

所述铰刀头位于集成装置底部，通过集成装置内部的排泥通道连通；

所述集成装置内设置电机装置，用于驱动铰刀头单独旋转切削土体，避免提升过程中钻杆整体旋转取土对周围土体产生扰动；

所述集成装置内还设有排土通道，所述排土通道近铰刀头处为入口，在入口处设置碎石机，出口与所述螺旋带输送装置的入口连接，并于排土通道出口处设置排泥压力仓阀门，使得碎土从排土通道进入螺旋带输送装置，并用于排出高压水切削后形成的土—水混合物，以及高压注浆后多余的水泥浆；

所述主气管连接至高压注浆口；所述负压气管、负压水管、预备气管均在集成装置内形成设有压力控制阀门的管路，与排土通道连通后辅助排泥和出土；

所述液压管在集成装置内形成两个设有压力控制阀门的支路，分别连排泥压力仓阀门和电机装置；

所述压力水管在集成装置内形成两个设有压力控制阀门的支路，分别连通集成装置筒壁的高压喷水口和铰刀头顶部的压力出水口；

所述高压水泥浆管分为加气水泥浆管和轻质水泥浆管，连通至集成装置的高压注浆口；使用所述加气水泥浆管时，主气管分出分支气管连通至加气水泥浆管用于水泥土打气；使用所述轻质水泥浆管时，水泥浆仓内的轻质水泥浆含有发泡剂；

所述电源线管用于供电；所述高压喷水口通过高压水切削土体；所述排泥口用于排出高压水切削后形成的土—水混合物，以及高压注浆后多余的水泥浆；

所述压力控制阀门通过压力传感器线管内的导线与控制台连接，根据水土压力数据调节分支气管内气压，控制气体进入高压水泥浆管的水泥浆中；

所述质量测定仪设置在废液箱内，对排泥管抽至废液箱的土—水混合物质量进行测定，将测定数据传输至控制台；

所述压力传感器通过压力传感器线管内的导线与采集仪连接，所述采集仪与控制台连接；所述控制台用于调控各个压力控制阀门协同控制作业和控制电机。

进一步地，所述加气水泥浆管上端连接至水泥浆仓，所使用的水泥浆中掺入速凝剂，加气水泥浆管在集成装置内通过若干设有压力控制阀门的分支气管，连通主气管，所述加气水泥浆管与分支气管连通注入气体后，在高压注浆口处穿入主气管中，形成连通高压注浆口的同轴双层管结构。

进一步地，所述压力控制阀门通过压力传感器线管内的导线与控制台连接，根据压力传感器采集的水土压力数据调节分支气管内气压，控制气体进入高压水泥浆管的水泥浆中。所述分支气管的直径由待注入高压水泥浆管内的气体通量确定；所述连通高压注浆口的同轴双层管结构中的高压水泥浆管直径小于主气管。

进一步地，所述轻质水泥浆管上端连接至水泥浆仓，水泥浆仓内的轻质水泥浆含有发泡剂，所述发泡剂分为第一类发泡剂与第二类发泡剂；

所述第一类发泡剂为表面活性类发泡剂，

所述第二类发泡剂由铝粉、铁粉、拉开粉和引气剂，按9：9：1：1的比例混合；所述发泡剂用于在水泥浆料中产生密闭气泡；所述引气剂使气泡数量增加且均匀；所述第二类发泡剂也可根据室内试验和现场试验进行配比调整以适应更多的工程场景。

进一步地，所述发泡剂加入水泥浆仓的量，根据压力传感器采集的水土压力数据实时调整，要求轻质水泥土的体积与排出土—水混合物的体积相同。

进一步地，所述螺旋带输送装置与所述多孔管以及所述外套筒之间具有空隙，所述空隙由出渣碎土颗粒的级配确定，用于减少碎土流失量和碎土引起的卡壳问题；所述螺旋带输送装置设置的倾斜角度由出渣碎土与传输带的摩擦力确定，需保证土粒与泥浆大部分能够被运出。

进一步地，所述预备气管内为压力气体，可用于管路堵塞时加压清孔；所述主气管上端连接空压机；所述负压气管、负压水管、液压管、压力水管和预备气管支路的压力控制阀门、压力传感器、压力控制阀门通过电源线管内的电源线供电，均经压力传感器线管内的导线与控制台连接。

进一步地，所述控制台连接多孔管、集成装置、压力监测系统和质量测定仪，调控螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的钻孔作业、高压水削土作业、高压注浆加固作业、排泥作业以及各个压力控制阀门协同控制作业。所述电机装置与液压管的支路、电源线管内的电源线连接，电机装置的控制导线穿过压力传感器线管与控制台连接。

另一方面，还提供了一种施工方法，该方法包括以下步骤：

定位放线，在待加固区域内设置地下水位、地面沉降监测点，对地下水位和地面沉降进行实时监测；

将螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的各个管路连接完毕后，通过控制台，启动螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置进行钻孔作业；电机装置驱动铰刀头高速旋转，铰刀钻头及其上的铰刀刀片切削土体，同时碎石机将待抽出混合物中的砾石搅碎；切削后的土体与压力出水口喷出压力水形成土—水混合物，和搅碎后的砾石一同经排土通道、排泥压力仓阀门、螺旋带输送装置排出；根据地下水位变化监测数据，通过注入压力水补给地下水，保持地下水位不变；

钻孔至设计深度后，关闭电机装置、压力出水口、排泥压力仓阀门，停止钻孔作业；

通过控制台，启动螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的高压水削土和高压水泥浆注浆加固系统：通过高压喷水口喷射出高压水切削土体后，通过高压注浆口喷射高压水泥浆进行注浆加固；钻杆以一定速度旋转提升，高压喷水口和高压注浆口分别持续进行高压水切削土体和高压注浆加固作业；

在高压水切削土体过程中，压力传感器将水土压力数据经采集仪传输至控制台，通过控制台调整排泥压力仓阀门开合程度，控制排出的高压水泥浆和高压水，保证加固区域的水土压力维持恒定；

在高压注浆过程中，若需要给加气水泥浆管加气，则通过控制台控制压力控制阀门，使得分支气管内的压力气体注入高压水泥浆管的水泥浆中，形成气泡均匀分布的加气水泥浆；由高压注浆口喷射出进行注浆加固；由质量测定仪对土—水混合物和砾石的质量进行测定，将测定数据传输至控制台，通过控制台调整控制灌入加固区域水泥浆的质量，使加固区域施工前后地层自重应力等效；

待土体注浆加固完成后，关闭螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置，断开螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置各个管路的连接；

重复上述步骤，直至完成待加固区域的所有注浆加固施工。

进一步地，所述高压注浆过程中，应对水泥浆的质量进行检测，保证满足注浆加固要求；钻杆通过顶部动力装置旋转提升，旋转提升速度应保证排土通道将含大量土体的泥浆抽出，并保证注浆的加气水泥土能充分替换加固区域的原状土体，满足加固施工前后地层重力等效的同时提升加固区域的土体强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明中螺旋带输送装置连接负压装置，在集成装置部分通过排土通道将土—水混合物、砾石抽至轴式螺旋传输带，再应用物理摩擦通过机械将土—水混合物、砾石至废液箱，较直接通过负压将土粒、水泥直接抽出，减少资源消耗，符合绿色环保的理念。

2、本发明中螺旋带输送装置单独设置电动装置，与多孔管分开运作，避免多孔管转速太快使轴式螺旋传输带上泥浆离心飞溅，难以被运出，从而降低排土效率。

3、本发明中本发明设置有两种高压水泥浆管，使用加气水泥浆管时，通过主气管分支出分支气管向高压水泥浆管中持续加气，能快速包裹气体形成封闭气泡，保证气体能够在水泥液中均匀分布、加固区域不同位置处的强度基本相同，避免出现部分气泡不均匀导致断裂。有效防止因注浆后加固区域密度增加产生附加应力引起地面沉降，以及可能危害周边建构筑物的情况，从根本上减小和消除传统地基加固方法引起土体沉降变形的危害，特别适用于在建筑密集区域内施工的情况。

加气水泥浆管与主气管形成同轴双层套管结构，在高压喷出的水泥周围包裹高压气体，规范水泥喷射范围，使得地基加固为规整的形状，其可靠性与可控性均提高。

使用轻质水泥浆管时，采用泡沫轻质水泥加固，水泥浆液与发泡剂在泥浆仓中充分混合均匀，使发泡剂有充足的时间在水泥浆里发泡，形成气泡稳定均匀的泡沫轻质水泥浆，保证泡沫轻质水泥浆的质量稳定。

4、本发明中铰刀头为锥形，铰刀头上铰刀刀片为带锯齿刀片，在进行切削的同时进行排土，且铰刀头与电动装置单独连接，提高切削与运输土体的效率，节约工期。

5、本发明中设置排土通道，在运输土粒与泥浆时通过排土通道抽出，既防止碎土对集成装置中其他管道碰撞产生损坏，又防止大量的土体在集成装置堆积发生堵塞。

6、本发明中碎石机将粗粒土中的砾石搅碎成粉状，避免从排土通道排出有砾石将排土通道堵塞，搅碎的砾石在负压较小的情况下即可抽至螺旋带输送装置，适用于含砾石的环境施工，节约资源损耗、保护装置。

7、本发明中使用质量测定仪，使排出的土的量与注入的加气水泥的质量之间达到平衡，保证加固区域内地层自重应力等效与水土压力平衡，进而保证加固区域地层的自重应力等效，避免加固后局部性密度增加发生沉降，减小对施工周边环境的扰动，安全可靠。

附图说明

图1是本发明螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的侧面图；

图2是图1的A—A剖面图；

图3是螺旋带输送装置剖面图；

图4是注浆导管单元示意图。

图中，多孔管1、高压水泥浆管1-1、备用管1-2、负压气管1-3、液压管1-4、负压水管1-5、主气管1-6、分支气管1-6-1、压力传感器线管1-7、压力水管1-8、预备气管1-9、电源线管1-10、螺旋带输送装置2、外套筒3、集成装置4、高压喷水口5、压力传感器6、高压注浆口7、铰刀头8、铰刀钻头8-1、铰刀刀片8-1-1、铰刀环8-2、压力控制阀门9、出泥口10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种螺旋铰吸式加气轻质水泥土MJS装置，包括多孔管1、螺旋带输送装置2、外套筒3、集成装置4、铰刀头8、压力监测系统、质量测定仪和控制台；所述压力监测系统包括压力传感器6和采集仪；所述多孔管、集成装置和铰刀头自上而下连接，所述多孔管外侧安装有外套筒，构成钻杆主体；

如图2所示，所述多孔管1集成高压水泥浆管1-1、备用管1-2、负压气管1-3、液压管1-4、负压水管1-5、主气管1-6、分支气管1-6-1、压力传感器线管1-7、压力水管1-8、预备气管1-9和电源线管1-10；

所述外套筒3顶部设有出泥口10，所述出泥口10与废液箱连接；

如图3所示，所述螺旋带输送装置2包括轴式螺旋传输带和电动装置；所述螺旋带输送装置2设置在多孔管1与外套筒3之间；所述螺旋带输送装置2入口设置在近集成装置4处，出口与出泥口10连通；所述螺旋带输送装置2内靠近顶部区域设置电动装置，使轴式螺旋传输带单独运送土体，避免影响多孔管1旋喷注浆加固；

所述集成装置4的筒壁外侧自上至下设有高压喷水口5、压力传感器6和高压注浆口7；

所述铰刀头8由铰刀钻头8-1和铰刀环8-2组成；所述铰刀钻头8-1和铰刀环8-2固定连接，带锯齿的铰刀刀片8-1-1固定连接在铰刀钻头8-1上；所述铰刀头8位于集成装置4底部，通过集成装置4内部的排泥通道连通；

所述集成装置4内靠近底部区域设置电机装置，用于驱动铰刀头8单独旋转切削土体，避免钻杆整体旋转取土对周围土体产生扰动；

所述集成装置4还设有排土通道，所述排土通道近铰刀头8处为入口，在入口处设置碎石机，将碎土粒中的砾石搅碎，所述排土通道出口与所述螺旋带输送装置2连接，并于排土通道出口处设置排泥压力仓阀门，使得碎土从排土通道进入螺旋带输送装置2，并用于排出高压水切削后形成的土—水混合物，以及高压注浆后多余的水泥浆；

所述负压气管1-3、负压水管1-5、预备气管1-9均在集成装置4内形成设有压力控制阀门的管路，与排土通道连通后辅助排泥和出土；

所述液压管1-4在集成装置4内形成两个设有压力控制阀门的支路，分别连排泥压力仓阀门和电机装置；

所述压力水管1-8在集成装置4内形成两个设有压力控制阀门的支路，分别连通集成装置4筒壁的高压喷水口5和铰刀头8顶部的压力出水口；所述铰刀头8顶部的压力出水口喷出压力水，一方面，可用于铰刀头8切削土体时减阻和降温，同时便于土—水混合物从排土通道排出，另一方面，可用于平衡经排土通道排出的地下水量，以保证地下水位线不变，防止因地下水下降引起的地面沉降；

所述高压注浆口7成对设置，每个高压注浆口7配置一个注浆导管单元；所述注浆导管单元由高压水泥浆管1-1、主气管1-6、分支气管1-6-1和压力控制阀门9构成；所述分支气管1-6-1为主气管1-6在集成装置4内分支出，通过压力控制阀门9，与高压水泥浆管1-1连通；所述压力控制阀门9用于控制由分支气管1-6-1注入高压水泥浆管1-1气体的压力；

如图4所示，所述高压水泥浆管1-1与分支气管1-6-1连通注入气体后，在近高压注浆口7处穿入主气管1-6中，形成连通高压注浆口7的同轴双层管结构；所述压力控制阀门9通过压力传感器线管1-7内的导线与控制台连接，根据水土压力数据调节分支气管1-6-1内气压，控制气体进入高压水泥浆管1-1的水泥浆中，使得加固区域土体中的气泡均匀分布且孔隙含量稳定；

所述压力传感器6通过压力传感器线管1-7内的导线与采集仪连接，将实时采集的水土压力数据传输至采集仪；所述采集仪与控制台连接；若采集仪监测到水土压力异常，所述控制台将调整排泥压力仓阀门开合程度，以此控制排出的高压水泥浆和高压水，保证加固区域的水土压力维持恒定；

所述质量测定仪设置在废液箱内，对螺旋带输送装置2抽至废液箱的土—水混合物质量进行测定，将测定数据传输至控制台，通过控制台调整控制灌入加固区域水泥浆的质量，使加固区域施工前后地层自重应力等效。

所述螺旋带输送装置2与所述多孔管1以及所述外套筒3之间具有一定距离，所述距离的设置既要保证螺旋带输送装置2运作时与多孔管1、外套筒3之间无摩擦，也需保证流失碎土量较少；所述螺旋带输送装置2设置的倾斜角度需保证土粒与泥浆大部分可被运出；

进一步地，所述多根多孔管1可通过螺栓连接接长；所述高压水泥浆管1-1上端连接水泥浆仓；所述高压水泥浆管1-1的水泥浆中应掺入速凝剂，经分支气管1-6-1注入气体后，能快速包裹气体形成封闭气泡；所述压力水管1-8上端连接压力水箱；所述预备气管1-9内为压力气体，可用于管路堵塞时加压清孔；所述主气管1-6上端连接空压机；所述负压气管1-3、负压水管1-5、液压管1-4、压力水管1-8和预备气管1-9支路的压力控制阀门、压力传感器6、压力控制阀门9通过电源线管1-10内的电源线供电，均经压力传感器线管1-7内的导线与控制台连接；

所述集成装置4上至少设置一对高压注浆口7；所述分支气管1-6-1的直径由待注入高压水泥浆管1-1内的气体通量确定；所述连通高压注浆口7的同轴双层管结构中的高压水泥浆管1-1直径小于主气管1-6；

进一步地，所述电机装置与液压管1-4的支路、电源线管1-10内的电源线连接，电机装置的控制导线穿过压力传感器线管1-7与控制台连接。

进一步地，所述控制台连接多孔管1、集成装置4、压力监测系统和质量测定仪，调控螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的钻孔作业、高压水削土作业、高压注浆加固作业、排泥作业以及各个压力控制阀门协同控制作业。

进一步地，所述集成装置4最大直径与所述外套筒3直径相同；所述铰刀头8最大外径应大于外套筒3、集成装置4的外径；

另一方面，本发明实施例还提供了一种使用加气泥桨管的施工方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：定位放线，在待加固区域内设置地下水位、地面沉降监测点，对地下水位和地面沉降进行实时监测；

步骤2：将螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的各个管路连接完毕后，通过控制台，启动螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的钻进系统进行钻孔作业：电机装置驱动铰刀头8高速旋转，铰刀钻头8-1及其上的铰刀刀片8-1-1切削土体，同时碎石机将待抽出混合物中的砾石搅碎；切削后的土体与压力出水口喷出压力水形成土—水混合物，和搅碎后的砾石一同经排土通道、排泥压力仓阀门、螺旋带输送装置2排出；根据地下水位变化监测数据，通过注入压力水补给地下水，保持地下水位不变；

步骤3：钻孔至设计深度后，关闭电机装置、压力出水口、排泥压力仓阀门，停止钻孔作业；

步骤4：通过控制台，启动螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置的高压水削土和高压水泥浆注浆加固系统：通过高压喷水口5喷射出高压水切削土体后，通过高压注浆口7喷射高压水泥浆进行注浆加固；钻杆以一定速度旋转提升，高压喷水口5和高压注浆口7分别持续进行高压水切削土体和高压注浆加固作业；

在高压水切削土体过程中，压力传感器6将水土压力数据经采集仪传输至控制台，通过控制台调整排泥压力仓阀门开合程度，控制排出的高压水泥浆和高压水，保证加固区域的水土压力维持恒定；

在高压注浆过程中，通过控制台控制压力控制阀门9，使得分支气管1-6-1内的压力气体注入高压水泥浆管1-1的水泥浆中，形成气泡均匀分布的加气水泥浆后，由高压注浆口7喷射出进行注浆加固；由质量测定仪对土—水混合物和砾石的质量进行测定，将测定数据传输至控制台，通过控制台调整控制灌入加固区域水泥浆的质量，使加固区域施工前后地层自重应力等效；

步骤5：待土体注浆加固完成后，关闭螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置，断开螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置各个管路的连接；

步骤6：重复上述步骤直至完成待加固区域的所有注浆加固施工；

应对水泥浆的质量进行检测，保证满足注浆加固要求；钻杆通过顶部动力装置旋转提升，旋转提升速度应保证排土通道将含大量土体的泥浆抽出，并保证注浆的加气水泥土能充分替换加固区域的原状土体，满足加固施工前后地层重力等效的同时提升加固区域的土体强度。

所述步骤5中，分支气管1-6-1注入高压水泥浆管1-1的水泥浆中压力气体应根据注浆加固深度进行实时调整，保证不同深度处加固土体中的气泡均匀分布且孔隙含量稳定；所述灌入加固区域水泥浆的质量应等于排土通道排出的天然土体质量；所述步骤6中，应通过规范规定的方法对注浆加固土体的质量进行检测。

实施例2

一种用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置，包括多孔管1、螺旋带输送装置2、外套筒3、集成装置4、铰刀头8、压力监测系统、质量测定仪和控制台；所述压力监测系统包括压力传感器6和采集仪；

所述多孔管1集成高压水泥浆管1-1、备用管1-2、负压气管1-3、液压管1-4、负压水管1-5、主气管1-6、压力传感器线管1-7、压力水管1-8、预备气管1-9、电源线管1-10；

所述螺旋带输送装置2包括轴式螺旋传输带和电动装置；所述螺旋带输送装置2设置在多孔管1与外套筒3之间；所述螺旋带输送装置2的入口与排泥压力阀门连通，出口与出泥口10连通；所述螺旋带输送装置2内顶部区域设置电动装置，连接轴式螺旋传输带单独运送土体，避免影响多孔管1旋喷注浆加固；

所述出泥口10设置在外套筒3顶部，并与外部的废液箱连接；

所述集成装置4的筒壁外侧自上至下设有高压喷水口5、压力传感器6和高压注浆口7

所述铰刀头8由铰刀钻头8-1和铰刀环8-2组成；所述铰刀钻头8-1和铰刀环8-2固定连接，带锯齿的铰刀刀片8-1-1固定连接在铰刀钻头8-1上；所述铰刀头8位于集成装置4底部，通过集成装置4内部的排泥通道连通；

所述集成装置4内靠近底部区域设置电机装置，单独与铰刀头8连接，仅驱动铰刀头8旋转切削土体，避免牵动钻杆整体旋转取土对周围土体产生扰动；

所述集成装置4还设有排土通道，所述排土通道近铰刀头8处设置碎石机，将碎土粒中的砾石搅碎，所述排土通道出口与所述螺旋带输送装置2连接，并于排土通道出口处设置排泥压力仓阀门，控制碎土从排土通道进入螺旋带输送装置2的速度；

所述负压气管1-3、负压水管1-5、预备气管1-9均在集成装置4内设有压力控制阀门，与排土通道连通后辅助排泥和出土；

所述液压管1-4在集成装置4内形成两个设有压力控制阀门的支路，分别连排泥压力仓阀门和电机装置；

所述压力水管1-8在集成装置4内形成两个设有压力控制阀门的支路，连通集成装置4筒壁的高压喷水口5和铰刀头8顶部的压力出水口；所述铰刀头8顶部的压力出水口喷出压力水，一方面，可用于铰刀头8切削土体时减阻和降温，另一方面，可用于平衡经排土通道排出的地下水量，以保证地下水位线不变，防止因地下水下降引起的地面沉降；

所述高压喷水口5喷出高压水切削土体；所述排土通道用于排出高压水切削后形成的土—水混合物，以及高压注浆后多余的水泥浆；所述高压注浆口7高压水泥浆进一步切削土体并加固；

所述压力传感器6通过压力传感器线管1-7内的导线与采集仪连接，将实时采集的水土压力数据传输至采集仪；所述采集仪与控制台连接；若采集仪监测到水土压力异常，所述控制台将调整排泥压力仓阀门开合程度，以此控制排出的高压水泥浆和高压水，保证加固区域的水土压力维持恒定；

所述质量测定仪设置在废液箱内，对螺旋带输送装置2抽至废液箱的土—水混合物质量进行测定，将测定数据传输至控制台，通过控制台调整控制灌入加固区域水泥浆的质量，使加固区域施工前后地层自重应力等效。

所述螺旋带输送装置2内设置电动装置，使轴式螺旋传输带单独运作，避免多孔管1进行旋喷注浆时转速较快，轴式螺旋传输带上的碎石或土—水混合物离心飞溅，对外套筒3碰撞产生损坏；

所述多根多孔管1可通过螺栓连接接长；所述高压水泥浆管1-1上端连接水泥浆仓；所述预备气管1-9内为压力气体，可用于管路堵塞时加压清孔；所述压力水管1-8上端连接压力水箱；所述主气管1-6上端连接空压机；所述备用管1-2、负压气管1-3、液压管1-4、负压水管1-5、压力水管1-8和预备气管1-9支路的压力控制阀门、压力传感器6通过电源线管1-10内的电源线供电，均经压力传感器线管1-7内的导线与控制台连接。

所述发泡剂分为第一类发泡剂与第二类发泡剂；所述第一类发泡剂为表面活性类发泡剂，发泡剂经发泡产生的气泡应符合下列要求：

气泡应均匀、细密，气泡密度为48kg/m

标准气泡柱1小时的沉降高度不大于6mm；

标准气泡柱1小时的泌水量不大于20ml；

经消泡试验确定的湿容重增加率应不超过10％。摘自《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》表面活性类发泡剂厂家直接供应；所述第二类发泡剂由铝粉、铁粉、拉开粉和少量引气剂，按9：9：1：1的比例混合；所述发泡剂用于在水泥浆料中产生密闭气泡；所述引气剂使气泡数量增加且均匀；所述第二类发泡剂也可根据室内试验和现场试验进行配比调整以适应更多的工程场景。

所述发泡剂加入水泥浆仓的量，根据压力传感器6采集的水土压力数据实时调整，要求轻质水泥土的体积与排出土—水混合物的体积相同；

所述控制台连接多孔管1、集成装置4、压力监测系统和质量测定仪，调控用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置的钻孔作业、高压水切削作业、高压注浆加固作业、排泥作业以及各个压力控制阀门协同控制作业。

所述集成装置4最大直径与所述外套筒3直径相同；所述铰刀头8最大外径应大于外套筒3、集成装置4的外径；

所述电机装置与液压管1-4的支路、电源线管1-10内的电源线连接，电机装置的控制导线穿过压力传感器线管1-7与控制台连接。

另一方面，本发明实施例还提供了一种用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置的施工方法，该方法包括以下步骤：

S1、定位放线，在待加固区域内设置地下水位、地面沉降监测点，对地下水位和地面沉降进行实时监测；

S2、将用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置的各个管路连接完毕后，通过控制台，启动用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置的钻进系统进行钻孔作业：电机装置驱动铰刀头8高速旋转，铰刀钻头8-1及其上的铰刀刀片8-1-1切削土体，同时碎石机将待抽出混合物中的砾石搅碎；切削后的土体与压力出水口喷出压力水形成土—水混合物，与碎石一同经排土通道、排泥压力仓阀门进入螺旋带输送装置2，并通过出泥口10排至废液箱；根据地下水位变化监测数据，通过压力出水口注入压力水补给地下水，保持地下水位不变；

S3、钻孔至设计深度后，关闭电机装置、压力出水口、排泥压力仓阀门，停止钻孔作业；

S4、通过控制台，启动用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置的高压水削土和高压水泥浆注浆加固系统：通过高压喷水口5喷射出高压水切削土体后，高压注浆口7喷射高压水泥浆进行注浆加固；同时，钻杆以一定速度旋转提升，高压喷水口5和高压注浆口7分别持续进行高压水切削土体和高压注浆加固作业；

在高压水切削土体过程中，压力传感器6将水土压力数据经采集仪传输至控制台，通过控制台调整排泥压力仓阀门开合程度，进而控制排出的高压水泥浆和高压水的量，保证加固区域的水土压力维持恒定；

S5、由质量测定仪对土—水混合物质量进行测定，将测定数据传输至控制台，通过控制台调整控制灌入加固区域泡沫轻质水泥浆的质量，使加固区域施工前后地层自重应力等效；

S6、待土体注浆加固完成后，关闭螺旋铰吸式加气水泥土MJS装置，断开用于轻质水泥土加固的螺旋铰吸式MJS装置各个管路的连接；

钻杆回拔的过程中控制回拔速度，保证砾石充分被排土通道内的碎石机搅碎，避免堵塞螺旋带输送装置2；

应对水泥浆的质量进行检测，保证满足注浆加固要求；钻杆通过顶部动力装置旋转提升，旋转提升速度应保证排土通道将含大量土体的泥浆抽出，并保证注浆的泡沫轻质水泥土能充分替换加固区域的原状土体，满足加固施工前后地层重力等效的同时提升加固区域的土体强度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。