一种多层互剪搅拌桩施工装备及施工方法

技术领域

本发明属于地下施工机械设备技术领域，尤其涉及一种多层互剪搅拌桩施工装备及施工方法。

背景技术

搅拌桩因其施工成本低、施工速度快、施工设备简单被广泛应用在国内外软土地基的加固上，双向搅拌桩由于较单向搅拌桩在成桩质量上具有较大的优势，目前正在积极推广应用，但目前其施工设备及工艺上仍存在一定的不足之处，主要表现在以下几个方面：1、常规的双向搅拌桩施工钻具采用的是外搅拌叶片设置在外钻杆上布置在钻具上端，内搅拌叶片设置在内钻杆上布置在钻具下端，内外搅拌为两段分开设置的方式，叶片之间并未产生互相的剪切，对土体的扰动并不充分，在一定程度上降低了双向搅拌的效率；2、传统的双向搅拌桩钻机一般采用功率较低的单一驱动单元，输出扭矩有限，在针对较大直径及桩长较长的搅拌桩施工时有困难，同时因为单一驱动单元驱动内外钻杆通过齿轮转换实现，其内外钻杆的转速比为固定值，针对不同的地质条件及施工工艺时需要通过更换动力头的方式来进行内外钻杆转速比的调整，极不方便；3、一般的搅拌桩施工时，喷浆口呈圆孔开设在钻具底部钻杆上，在施工过程中喷浆不均匀，极易导致浆液的聚集或缺失，并导致桩身强度在各个部位差异性较大，成桩质量差；4、动力头的驱动单元悬挂在钻机顶部，其重心较不稳定，具有一定的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多层互剪搅拌桩施工装备及施工方法，采用该施工装备可以提高施工装备的整体安全性，采用双动力输出可保证较大的输出动力，施工中可实现内外钻杆转速比适应性调整，且通过改变搅拌钻头形式及喷浆方式可提高浆液撒布均匀性和搅拌均匀性，该施工装备可大幅度提高搅拌桩的成桩质量。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种多层互剪搅拌桩施工装备包括钻机主体、制浆后台、注浆泵，所述钻机主体包括双动力单元机构、钻杆和钻具，所述双动力单元机构包括箱体、第一驱动单元、第二驱动单元和齿轮变速箱，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用电机动力头或液压马达动力头，且所述第一驱动单元和所述第二驱动单元呈水平对称分布在所述箱体内，所述钻杆包括内杆和外杆，且所述钻杆中的内杆通过齿轮变速箱由所述第一驱动单元提供动力，所述钻杆中的外杆通过齿轮变速箱由所述第二驱动单元提供动力；所述内杆内部所设有的注浆通道的上端与水龙头连通，所述注浆通道的下端与所述钻具底端所设有的喷浆口连通；所述制浆后台与注浆泵相连，所述钻机主体上的水龙头通过注浆管与所述注浆泵连接。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，采用了可实现多层相互交错搅拌功能的钻具，可对土体发挥多层互剪搅拌功能，使被搅拌土体搅拌得更加充分，搅拌桩桩身均匀性和整体强度得到提高；同时，动力头采用双动力单元机构的形式，输出扭矩可大大提高，可针对硬质土体进行有效的钻掘与搅拌，施工桩长也得到保障，同时双动力单元可分别对内外钻杆进行控制，任意调节内外钻杆的钻速比及旋转方向，可满足各种地层和施工工艺要求。

作为优选，所述齿轮变速箱包括第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮相啮合，且所述第一从动齿轮通过内杆主轴与所述内杆相连接，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮相啮合，且所述第二从动齿轮与通过外杆主轴与所述外杆相连接；采用上述结构的设置，两个动力单元分别驱动内杆与外杆，内外杆分别独立控制转速，该结构设计可任意调节内杆与外杆的转速之比，可适用于各种地层与施工工艺要求，同时两个动力单元独立设置可快速排除故障，维修保养也更方便。

作为优选，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用电机动力头时，所述第一驱动单元包括第一减速机和第一电机，所述第二驱动单元包括第二减速机和第二电机，所述第一电机通过所述第一减速机与所述第一主动齿轮相连接，所述第二电机通过所述第二减速机与所述第二主动齿轮相连接，电机与减速机带动主动齿轮各自旋转且方向相同或相反；采用上述结构的设置，通过水平对称布置的电机作为动力头驱动来源，减速机的配置达到了第一级减速功能，有利于钻机在运行时的整体稳定性，两个电机可根据钻机的功能用途匹配相应的功率从而达到一定的经济效益。

作为优选，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用液压马达动力头时，所述第一驱动单元包括第一液压马达、第二液压马达、第一减速机、第二减速机和第一驱动转轴，所述第二驱动单元包括第三液压马达、第四液压马达、第三减速机、第四减速机和第二驱动转轴，所述第一液压马达和所述第二液压马达呈上下对称布置，所述第一液压马达与所述第一减速机相连接，所述第二液压马达与所述第二减速机相连接，所述第一驱动转轴安装在所述第一减速机和所述第二减速机之间，且所述第一驱动转轴与所述第一主动齿轮相连接；所述第三液压马达和所述第四液压马达呈上下对称布置，所述第三液压马达与所述第三减速机相连接，所述第四液压马达与所述第四减速机相连接，且所述第二驱动转轴安装在所述第三减速机和所述第四减速机之间，且所述第二驱动转轴与所述第二主动齿轮相连接，驱动单元带动主动齿轮各自旋转且方向相同或相反；采用上述结构的设置，通过上下对称布置的液压马达作为动力头驱动来源，传动结构清晰，所需传动机构少，输出扭矩可大幅提升，能实现大深度、大直径的搅拌桩施工，可有效减少动力头的几何尺寸、重量及成本，从而提高钻机的安全性及稳定性，大大提高了搅拌的有效性和均匀性。

作为优选，所述钻杆为单节或多节设置，并包括内杆和外杆，所述内杆为圆管，外杆为内空圆管或四方管，所述内杆套装在所述外杆内部，所述外杆内壁安装有通套导向环，所述通套导向环的外壁紧贴在所述外杆内壁上，所述通套导向环的内壁与所述内杆转动接触以防止所述内杆在旋转过程中晃动；所述内杆内部设置有至少一条注浆通道供浆液流通；多节所述内杆通过六方接头插接而成，多节所述四方管外杆通过四方接头插接而成，并利用销孔插入销钉的方式进行固定；采用上述结构的设置，分节安装的钻杆有利于设备的运输，与市场上采用焊接连接的钻杆相比钻杆的垂直度得到了保证，通套导向环的设置使内杆与外杆在相对转动时能相对固定，不至于内杆与外杆之间产生磕碰或晃动，有效的保护了钻杆；单节设置的钻杆保证了钻杆的整体性，在施工过程中可更好的传递扭矩；采用外方内圆的钻杆结构，在钻进过程中有利于释放地内压力与气体，避免因空气滞留的原因使桩身出现孔隙。

作为优选，所述钻具安装在所述钻杆底部，所述钻具包括与内杆相连接的钻具内杆和与外杆相连接的钻具外杆，所述钻具内杆内部中空并形成注浆通道，钻具外部设有至少两副的搅拌外框，所述搅拌外框上部与钻具外杆固定连接，下部通过旋转支撑轴套与钻具内杆转动连接，所述搅拌外框内部设置有若干层呈倾斜状的第二搅拌叶片；所述钻具内杆上设有至少两副具有若干层呈倾斜状的第一搅拌叶片；所述第一搅拌叶片与第二搅拌叶片相互错层布置且倾斜角度相反；所述搅拌外框上端和下端的横向框架设有若干导向板；所述钻具底部设有至少两副掘进叶片，所述掘进叶片呈倾斜状分布且切割土体的一侧布置有若干掘进齿，所述钻具底部中心设有螺旋钻尖；通过上述结构的设置，搅拌外框与第二搅拌叶片在搅拌过程中与外杆同向与内杆反向，第一搅拌叶片与内杆同向与外杆反向，使搅拌过程中交错布置的第一搅拌叶片和第二搅拌叶片对叶片之间的土体进行对向互剪作用，同时在搅拌外框上加设具有一定角度的导向板，在搅拌过程中可将土体向远离或靠近中心的位置扰动，使搅拌更加均匀，搅拌桩桩身质量更好。

作为优选，所述喷浆口与所述注浆通道连通，所述喷浆口开在所述掘进叶片后端的横向注浆管上，所述横向注浆管与所述注浆通道呈直角连接部位设圆弧倒角，所述横向注浆管设置在所述掘进叶片的下方，所述喷浆口沿所述掘进叶片倾斜方向的上方或下方设置，所述喷浆口包括喷浆缝和孔口，所述孔口与所述喷浆缝贯通，且所述孔口设有若干个并沿所述掘进叶片的长轴方向呈由小变大设置；通过上述结构的设置，注浆管与注浆通道之间的圆弧倒角可充分保证浆液的流通顺畅，避免材料堆积堵塞，保证浆液喷出时的压力与流速，喷浆口隐藏在掘进叶片后方，在搅拌钻进过程中可有效的避免喷浆口直接接触被搅土体，避免了因主动迎土造成的喷浆口堵塞，其次喷浆口开口形状设计成规律变化的形式可使叶片旋转半径范围内扫过的单位面积上撒布的固化剂浆液量相等，从而在喷浆时就保证了桩身的均匀喷浆，提高了桩身的质量。

作为优选，所述喷浆口的面积S与流量Q和流速v的关系如公式(I)：

因需要保证各孔口在其所包含的圆环上喷洒的浆液均匀且等量，假设液在喷浆口处的流速与压力均相等,故圆环的面积与各孔口的开口截面积S

利用以上公式可确定各孔口的开口面积与各孔口位置的相对关系，进而可以保证固化剂浆液的均匀撒布。

一种采用如上述权利要求任意一项所述的多层互剪搅拌桩施工装备的施工方法，该多层互剪搅拌桩施工装备的施工方法包括如下步骤：

S1、桩位确定后，钻机主体移动至指定桩位，调整钻机主体塔架垂直度；钻机移位过程中，制浆后台利用控制系统根据拟施工的工程桩所用固化剂浆液参数自动进行浆液的配置与搅拌，并储存在储浆桶内备用；

S2、下钻搅拌阶段，钻机准备工作完成后，开启钻机进行下钻搅拌施工，内杆正向旋转，外杆反向旋转，此时具有多层互剪搅拌功能的钻具底部的掘进叶片以正向旋转对土体进行前导切削松动原状土，并利用喷浆口向土体内均匀喷射浆液，搅拌外框上的第二搅拌叶片与设置在钻具内杆上的第一搅拌叶片相互反向旋转，第一搅拌叶片与第二搅拌叶片呈交错布置的形式，在搅拌过程中土体被多层切割对向搅拌，使固化剂浆液与土体充分混合搅拌均匀；在此下钻搅拌过程中喷浆控制系统会根据对钻进的速度及喷浆量的实时监测自动调节喷浆压力和输浆速率，保证每延米桩体内的固化剂浆液量保持均匀，直至下钻搅拌至设计桩底标高；

S3、提钻搅拌阶段，提钻搅拌时，喷浆口停止喷浆，此时内杆反向旋转，外杆正向旋转，对加固土体进行二次搅拌，进一步提高桩身均匀性，直至钻具提出地表，此时采用两搅一喷施工工艺的桩体施工完成，若采用四搅一喷或四搅两喷施工工艺，则需再次进行下钻与提钻过程；

S4、钻机移位，重复S1～S3步骤进行下一根工程桩的施工。

本发明的有益效果为：采用了可实现多层相互交错搅拌功能的钻具，可对土体发挥多层互剪功能，使被搅拌土体搅拌更加充分，搅拌桩桩身均匀性和整体强度得到提高；同时该施工装备配备了制浆后台以及可实现智能变频喷浆的注浆系统，在固化剂浆液喷射过程中即保证了段灰量的一致，在桩身纵向保证了固化剂的均匀撒布，同时也保证了搅拌桩的整体成桩质量。

附图说明

图1是本发明多层互剪搅拌桩施工装备整体结构图。

图2是本发明钻机主体结构示意图。

图3是本发明双动力单元机构结构示意图。

图4是本发明采用电机动力头的双动力单元机构结构示意图。

图5是本发明采用液压马达动力头的双动力单元机构结构示意图。

图6是本发明钻杆结构示意图。

图7是本发明钻杆结构剖面图。

图8是本发明钻具结构示意图。

图9是本发明喷浆口结构示意图。

图10是本发明实施例一喷浆口开口位置示意图。

图11是本发明实施例二喷浆口开口位置示意图。

图12是本发明实施例一喷浆口开口形式示意图。

图13是本发明实施例二喷浆口开口形式示意图。

图14是本发明注浆通道与喷浆口之间的圆弧通道结构示意图。

图15是本发明双动力单元机构、钻杆与钻具之间的连接剖面结构示意图。

图16是本发明的喷浆口位置及喷浆口开孔面积关系说明示意图。

附图中的标号分别为：1、钻机主体；2、制浆后台；3、注浆泵；11、平台；12、塔架；121、桁杆；122、滑轮组；123、钻杆限位座；124、轨道；13、撑脚；131、横向撑脚；132、纵向撑脚；14、双动力单元机构；141、第一电机；142、第二电机；143、箱体；144、第一主动齿轮；145、第二主动齿轮；146、第一减速机；147、第二减速机；148、内杆主轴；149、外杆主轴；150、齿轮变速箱；15、钻杆；151、内杆；152、外杆；153、第一从动齿轮；154、第二从动齿轮；155、销孔；156、注浆通道；157、通套导向环；158、水龙头；16、钻具；161、搅拌外框；162、第一搅拌叶片；163、第二搅拌叶片；164、喷浆口；165、旋转支撑轴套；166、掘进叶片；167、掘进齿；168、螺旋钻尖；169、导向板；17、斜撑架；18、配重；32、注浆管；200、第一液压马达；201、第二液压马达；202、第一驱动转轴；203、第三液压马达；204、第四液压马达；205、第二驱动转轴；206、第一减速机；207、第二减速机；208、第三减速机；209、第四减速机；16-1、钻具内杆；16-2、钻具外杆；164-1、喷浆缝；164-2、孔口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1、2、15所示，本发明包括钻机主体1、制浆后台2、注浆泵3，所述钻机主体1包括双动力单元机构14、钻杆15和钻具16，所述双动力单元机构14包括箱体143、第一驱动单元、第二驱动单元和齿轮变速箱150，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用电机动力头或液压马达动力头，且所述第一驱动单元和所述第二驱动单元呈水平对称分布在所述箱体143内，所述钻杆15包括内杆151和外杆152，且所述钻杆15中的内杆151通过齿轮变速箱150由所述第一驱动单元提供动力，所述钻杆15中的外杆152通过齿轮变速箱150由所述第二驱动单元提供动力；所述内杆151内部所设有的注浆通道156的上端与水龙头158连通，所述注浆通156道的下端与所述钻具16底端所设有的喷浆口164连通；制浆后台2包括了水泥料桶，搅拌桶，储浆桶及控制台，利用制浆后台制作固化剂浆液并与注浆泵3相连，钻机主体1上的水龙头158通过注浆管32与注浆泵3连接，实现将固化剂浆液输送至地下进行搅拌的目的。

制浆后台2通过控制系统可预设固化剂浆液配置参数，包括水灰比、用水量、用灰量、外加剂用量等，浆液制备时灰罐内的固化剂与水自动进入搅拌桶，并利用称重系统控制水灰比，上料完成后开始搅拌，搅拌完成后自动落入储浆桶，储浆桶与注浆泵3相连，注浆泵3通过智能变频喷浆控制调节喷浆的压力与速率来与钻机的钻进搅拌相匹配。

如附图4、5所示，所述齿轮变速箱150包括第一主动齿轮144、第二主动齿轮145、第一从动齿轮153和第二从动齿轮154，所述第一主动齿轮144与所述第一从动齿轮153相啮合，且所述第一从动齿轮153通过内杆主轴148与所述内杆151相连接，所述第二主动齿轮145与所述第二从动齿轮154相啮合，且所述第二从动齿轮154与通过外杆主轴149与所述外杆152相连接。

如附图4所示，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用电机动力头时，所述第一驱动单元包括第一减速机146和第一电机141，所述第二驱动单元包括第二减速机147和第二电机142，所述第一电机141通过所述第一减速机146与所述第一主动齿轮144相连接，所述第二电机142通过所述第二减速机147与所述第二主动齿轮145相连接，电机与减速机带动主动齿轮各自旋转且方向相同或相反。通过将动力输出分开的方式实现内外钻杆可独立控制，从而任意调节内外杆的转速和旋转方向以匹配不同的施工工艺及施工参数。该第一电机141和第二电机142采用功率为37～90kw的变频电机。

如附图5所示，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元均采用液压马达动力头时，所述第一驱动单元包括第一液压马达200、第二液压马达201和第一驱动转轴202，所述第二驱动单元包括第三液压马达203、第四液压马达204和第二驱动转轴205，所述第一液压马达200和所述第二液压马达201呈上下对称布置，所述第一驱动转轴202安装在所述第一液压马达200和所述第二液压马达201的动力端之间，且所述第一驱动转轴202与所述第一主动齿轮144相连接；所述第三液压马达203和所述第四液压马达204呈上下对称布置，所述第二驱动转轴205安装在所述第三液压马达203和所述第四液压马达204的动力端之间，且所述第二驱动转轴205与所述第二主动齿轮145相连接，驱动单元带动主动齿轮各自旋转且方向相同或相反。

如附图6、7、15所示，所述钻杆15为单节或多节设置，并包括内杆151和外杆152，所述内杆151为圆管，外杆152为内空四方管，所述内杆151套装在所述外杆152内部，所述外杆152内壁安装有通套导向环157，所述通套导向环157的外壁紧贴在所述外杆152内壁上，所述通套导向环157的内壁与所述内杆151转动接触以防止所述内杆151在旋转过程中晃动；所述内杆151内部设置有至少一条注浆通道156供浆液流通；多节所述内杆151通过六方接头插接而成，多节所述外杆152通过四方接头插接而成，并利用销孔155插入销钉的方式进行固定，既方便安装拆卸也保证了钻杆直接连接的牢固；内杆151内部留设有注浆通道156，与双动力单元机构14上端的水龙头158相连通供固化剂浆液通过。因内杆151与外杆152之间存在空隙，故设置有通套导向环157，通套导向环157一端卡在密封轴套台阶上，另一端通过卡套固定防止其任意活动，利用通套导向环157可将内杆151与外杆152相对固定，仅可相对旋转，上下不能产生移动，保证了在钻进施工中钻杆的稳定。

如附图8至13所示，所述钻具16安装在所述钻杆15底部，所述钻具16包括与内杆151相连接的钻具内杆16-1和与外杆152相连接的钻具外杆16-2，所述钻具内杆16-1内部中空并形成注浆通道156，钻具16外部设有至少两副的搅拌外框161，所述搅拌外框161上部与钻具外杆16-2固定连接，下部通过旋转支撑轴套165与钻具内杆16-1转动连接，所述搅拌外框161内部设置有若干层呈倾斜状的第二搅拌叶片163；所述钻具内杆16-1上设有至少两副具有若干层呈倾斜状的第一搅拌叶片162；所述第一搅拌叶片162与第二搅拌叶片163相互错层布置且倾斜角度相反；所述搅拌外框161上端和下端的横向框架设有若干导向板169；所述钻具16底部设有至少两副掘进叶片166，所述掘进叶片166呈倾斜状分布且切割土体的一侧布置有若干掘进齿167，所述钻具16底部中心设有螺旋钻尖168。

螺旋钻尖168采用锥形更有利于破碎硬质土体，螺旋钻尖168上部为至少两个掘进叶片166，掘进叶片166上布置若干合金材料的掘进齿167，利用掘进叶片可先将土体打散有利于后续的进一步搅拌；钻具16的外杆152上固定设置有至少两副的搅拌外框161，高度1～1.5m，内部间隔设置有若干层第二搅拌叶片163，搅拌外框161在施工过程中随钻具外杆16-2旋转；钻具内杆16-1长度较外杆162长，并在上面布置了与第二搅拌叶片163交错的第一搅拌叶片162，第一搅拌叶片162随钻具内杆16-1旋转，各叶片的倾斜角度保持在5°～30°；钻具16在钻进施工过程中，第一搅拌叶片162和第二搅拌叶片163的旋转方向相反，钻速不同，钻具内杆16-1与钻具外杆16-2钻速比可控制在1～3，所述搅拌外框161上端及下端横向框架布置若干导向板169，具有一定角度的导向板169在搅拌过程中可将土体向远离或靠近中心的位置移动，保证内外土体均能得到有效搅拌；同时为了防止钻具长期使用的磨损，钻具易磨损部位均加设了耐磨条。

如附图10、11、14所示，所述喷浆口164与所述注浆通道156连通，所述喷浆口164开在所述掘进叶片166后端的横向注浆管上，所述横向注浆管与所述注浆通道156呈直角连接部位设圆弧倒角，横向注浆管设置在掘进叶片166的下方，喷浆口164沿掘进叶片倾斜方向的上方或下方设置，所述喷浆口164包括喷浆缝164-1和孔口164-2，所述孔口164-2与所述喷浆缝164-1贯通，且所述孔口164-2设有若干个并沿所述掘进叶片166的长轴方向呈由小变大设置。

如附图16所示，则喷浆口164的面积S与流量Q和流速v的关系如公式(I)：

因需要保证各孔口164-2在其所包含的圆环上喷洒的浆液均匀且等量，假设固化剂浆液在喷浆口164处的流速与压力均相等，故圆环的面积与各孔口164-2的开口截面积S

代表最外端孔口164-2的开口截面积，依次往内，S

该钻具喷浆口164采用了开口形状规律变化的形式，喷浆口164开在掘进叶片166后端横向注浆管上，喷浆口164沿掘进叶片倾斜方向的上方或下方设置，该结构在喷浆过程中可将固化剂浆液均与撒布在桩体横截面范围内，保证喷浆的均匀性，同时喷浆口164被一条细缝串联，在细缝上沿远离中心的方向布置由小到大的圆形、菱形孔口，其孔口164-2的面积与其在旋转过程中扫过的圆环面积成等比例关系，喷浆口165总开口面积根据桩径确定，各孔口之间的间距遵循内疏外密的原则，采用该种形式设置喷浆口可确保在桩径范围内单位面积的喷浆量保持一致，保证了喷浆均匀性，进而提升了桩身的整体质量。

如附图1、2所示，所述钻机主体1可采用不同类型桩架；所述钻机主体1包括平台11、塔架12、撑脚13、双动力单元机构14、钻杆15、钻具16、斜撑架17、配重18；所述塔架12采用若干桁杆121分节组成，所述塔架12顶端设置有滑轮组122用于悬吊所述双动力单元机构14，所述双动力单元机构14安装在轨道124上；所述塔架12下端设置有钻杆限位座123用于钻杆15限位；所述钻机主体1由斜撑架17和后端配重18配合保证钻机的平衡。塔架12利用桁杆121组成，使钻机整体重量减轻，有利于钻机的整体稳定性，能更好的适应各类土质不良的场地；钻杆限位座123的设置在塔架1底端对钻杆15进行了限位，防止施工过程中钻杆的晃动；斜撑架17有效的对塔架12进行支撑，配合后端配重18进一步保证了钻机在移动过程中的平衡与稳定，确保施工的安全性。所述撑脚13包括横向撑脚131和纵向撑脚132，所述撑脚13利用液压油缸顶升下降进行两个方向的位移。两个方向的撑脚13保证了钻机的高效移动，采用传统的技术成熟的步履式移动方式，方便操作与维修保养。

钻机主体1可采用长螺旋桩架、旋挖钻机桩机等通式桩架改装而成，不局限于本发明中的具体描述，其中塔架12由若干桁杆121组成并可进行分节安装，该构造可减轻装备的整体重量，适应较差的场地条件；钻机主体1由斜撑架17和后端配重18配合保持了装备整体移动和工作中的平衡，提高了施工的安全性；塔架12顶端设置有吊装双电机动力头14的滑轮组122，通过滑轮组122也可对钻杆施加下压力，针对较坚硬的土层，提升了钻具搅拌的效率，双电机动力头14通过卡槽钩挂在塔架12上设置的轨道124上，使双电机动力头14可沿制定的路径上下移动；钻机主体1下方设置有横向撑脚131与纵向撑脚132，撑脚3采用液压装置与钻机主体相连，两类撑脚的交错撑起、下放与滑动可实现装备的自由移动，该方式技术成熟，检修保养方便。

一种采用多层互剪搅拌桩施工装备的施工方法，该多层互剪搅拌桩施工装备的施工方法包括如下步骤：

S1、桩位确定后，钻机主体1移动至指定桩位，调整钻机主体塔架12垂直度；钻机移位过程中，制浆后台2利用控制系统根据拟施工的工程桩所用固化剂浆液参数自动进行浆液的配置与搅拌，并储存在储浆桶内备用；

S2、下钻搅拌阶段，钻机准备工作完成后，开启钻机进行下钻搅拌施工，内杆151正向旋转，外杆152反向旋转，此时具有多层互剪搅拌功能的钻具16底部的掘进叶片166以正向旋转对土体进行前导切削松动原状土，并利用喷浆口164向土体内均匀喷射浆液，搅拌外框161上的第二搅拌叶片163与设置在钻具内杆16-1上的第一搅拌叶片162相互反向旋转，第一搅拌叶片161与第二搅拌叶片162呈交错布置的形式，在搅拌过程中土体被多层切割对向搅拌，使固化剂浆液与土体充分混合搅拌均匀；在此下钻搅拌过程中喷浆控制系统会根据对钻进的速度及喷浆量的实时监测自动调节喷浆压力和输浆速率，保证每延米桩体内的固化剂浆液量保持均匀，直至下钻搅拌至设计桩底标高；

S3、提钻搅拌阶段，提钻搅拌时，喷浆口164停止喷浆，此时内杆151反向旋转，外杆152正向旋转，对加固土体进行二次搅拌，进一步提高桩身均匀性，直至钻具16提出地表，此时采用两搅一喷施工工艺的桩体施工完成，若采用四搅一喷或四搅两喷施工工艺，则需再次进行下钻与提钻过程；

S4、钻机移位，重复S1～S3步骤进行下一根工程桩的施工。

实施例一

本实施例的工程背景为一沿海软土地基的厂房建设，拟采用水泥搅拌桩进行软土地基的处理，其中搅拌桩桩径1000mm，桩长18m，搅拌桩复合地基设计极限承载力为240kPa，搅拌桩的28天无侧限抗压强度不小于1.0MPa。场地三层地基土分别为①黏性土，层厚3m，含水量为w＝30％，SPT＝5～10，②淤泥，层厚13m，含水量为w＝39％，SPT＝3～6，③粉质黏土，层厚12m，含水量为w＝24％，SPT＝13～25；采用水泥作为固化材料，掺入量为13％，水灰比为0.55。

经试桩试验后，拟采用本发明一种多层互剪搅拌桩施工装备进行施工，其中工艺参数如下：钻进速度1m/s，提钻速度1.5m/s，作业时内钻杆30r/min，外钻杆15r/min，内外钻杆转速比为2：1，采用四搅两喷的施工工艺。

其中，该实施例中动力头采用液压马达作为动力单元，如图5所示，搅拌钻具16中的搅拌外框161采用三副的形式，第一搅拌叶片162与第二搅拌叶片163与水平面夹角为15°，搅拌外框161上下板上分别设有三幅导向板169，其倾斜角度25°，喷浆口164如图10、图12，采用缝式串孔形状，内测开孔直径3mm，外侧开孔直径12mm，之间的开孔直径介于5～12mm之间，开孔部位与开孔直径、所围圆环面积成相应比例，开缝部位设在注浆管前方，开缝宽度2.5mm，端部利用螺栓封口，方便后期清洗。

本实施例中施工装备的工作流程如下：

S1、桩位确定后，钻机主体1利用横向撑脚131与纵向撑脚132相互配合移动至指定桩位，调整塔架12垂直度；钻机移位过程中，制浆后台2利用控制系统拌制水灰比0.55的水泥浆液，充分搅拌均匀后存在储浆桶内备用；

S2、下钻搅拌阶段。钻机准备工作完成后，开启钻机进行下钻搅拌施工，内杆151正向旋转，外杆152反向旋转，此时具有多层互剪搅拌功能的钻具16底部的掘进叶片166以正向旋转对土体进行前导切削松动原状土，并利用具有特殊形式的喷浆口164向土体内均匀喷射浆液，搅拌外框161上的第二搅拌叶片163与设置在钻具内杆16-1上的第一搅拌叶片162相互反向旋转，第一搅拌叶片161与第二搅拌叶片162呈交错布置的形式，在搅拌过程中土体被多层切割对向搅拌，使固化剂浆液与土体充分混合搅拌均匀；在此下钻搅拌过程中智能变频喷浆控制系统会根据对钻进的速度及喷浆量的实时监测自动调节喷浆压力和输浆速率，保证每延米桩体内的固化剂浆液量保持均匀，直至下钻搅拌至设计桩底标高；

S3、提钻搅拌阶段。提钻搅拌时，喷浆口164停止喷浆，此时内杆151按设定转速反向旋转，外杆152按设定转速正向旋转，对加固土体进行二次搅拌，进一步提高桩身均匀性，直至钻具16提出地表，由于采用四搅两喷施工工艺，则需再次进行下钻与提钻过程，其中下钻过程继续喷浆，当完成第二次提钻过程后即结束该桩的施工；

S4、钻机移位。重复S1～S3步骤进行下一根工程桩的施工。

实施例二

本实施例的工程背景为学校宿舍楼的建设，设计拟采用劲芯复合桩基础，其中搅拌桩桩径800mm，桩长20m，芯桩直径500mm，桩长16m，设计桩体承载力特征值为5000kN，搅拌桩的28天无侧限抗压强度不小于1.0MPa。为了保证劲芯复合桩的施工质量，施工要求采用多层互剪搅拌桩，并将新型固化剂作为固化材料，掺入量为10％，水灰比为0.6。

经试桩试验后，其中工艺参数如下：钻进速度1m/s，提钻速度1m/s，作业时内钻杆36r/min，外钻杆20r/min，内外钻杆转速比为1.8：1，采用两搅一喷的施工工艺，其中喷浆口采用特殊形式，只含一条注浆通道，故采用本发明一种多层互剪搅拌桩施工装备。

其中，该实施例中动力头采用电机作为动力单元，如图4所示，搅拌钻具16中的搅拌外框161采用两副的形式，第一搅拌叶片162与第二搅拌叶片163与水平面夹角为10°，搅拌外框161上下板上分别设有两幅导向板169，其倾斜角度15°，喷浆口164如图11、13，采用缝式串菱形结构，内测开孔边长2.5mm，外侧开孔直径10mm，之间的开孔直径介于2.5～10mm之间，开孔部位与开孔边长、所围圆环面积成相应比例，开缝部位设在注浆管后方，开缝宽度2mm，端部利用螺栓封口，方便后期清洗。

本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。