斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置及其施工方法。

背景技术

为有效提高斜撑钢管的承载能力，通常会在其端部相应位置设置约束仓后采用预埋注浆钢管、单（双）气囊进行注浆，或端口顶部封堵后设置注浆口直接进行注浆等。以上种种注浆工艺均存在诸多不足：

预埋注浆管注浆：封堵钢板、通长注浆钢管不能重复利用，增加了工程成本；现场制作相应结构，作业环境差，影响施工质量；无法凭借单根注浆管实现多断面定点注浆；且在高压反力作用下封堵钢板、注浆管有飞出钢管造成安全事故可能。

单（双）气囊注浆：虽然可以实现多截面定点注浆，但施工工序复杂，须投入辅助设备或工器具，技术要求较高，操作难度大，功效低下；气囊消耗较大，成本比较高；且气囊在高压反力作用下有钢管飞出造成安全事故可能。

钢管顶部封堵后实施注浆：无法实现多截面定点注浆；现场制作相应结构，作业环境差，质量容易受到影响；钢管空腔内空气余量大、高压下会出现爆燃现象，封堵钢板飞出易造成安全事故；钢管空腔内消耗大量浆液，增加了工程成本。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置及其施工方法，该注浆装置通过在斜撑钢管内经对中限位装置设置注浆钢管，通过注浆钢管上的注浆器实现同上约束仓段钢管上的注浆接收器进行连接，并通过注浆芯管实现对上约束仓段钢管和下约束仓段钢管内的注浆。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置，其特征在于包括自上而下依次连接设置的斜撑钢管、上约束仓段钢管以及下约束仓段钢管，所述斜撑钢管中设置有注浆钢管，所述注浆钢管的下端为注浆器；所述上约束仓段钢管内固定设置有注浆芯管，所述注浆芯管的上端为注浆接收器，所述注浆器与所述注浆接收器匹配对接，所述注浆芯管的下端为出浆器，所述出浆器与所述下约束仓段钢管相连通；所述上约束仓段钢管和所述下约束仓段钢管的管壁面上分别开设有出浆孔并分别套装有囊袋。

所述注浆钢管的外壁面上套装固定有至少两个对中限位装置；所述对中限位装置包括锁紧基座、支脚以及导向轮，所述锁紧基座套装固定在所述注浆钢管的外壁面上，所述锁紧基座上间隔分布有若干沿径向延伸的所述支脚，所述支脚的外端部安装有所述导向轮，所述导向轮紧贴所述斜撑钢管内壁面；其中，所述锁紧基座上设置有一贯穿的通孔，所述通孔的内径小于所述注浆钢管的外径，所述通孔与所述注浆钢管之间呈过盈配合，所述通孔上设置有一缺口，所述缺口自所述通孔内壁面延伸至所述锁紧基座的外壁面。

所述注浆钢管的上端部设置有一压浆限位施压装置，所述压浆限位施压装置的一端同所述斜撑钢管固定连接、另一端同所述注浆钢管的上端部固定连接；所述压浆限位施压装置包括锁定环、压顶盘以及螺杆，所述锁定环套装于所述注浆钢管外壁面上并紧固，所述压顶盘与所述锁定环同轴设置，所述压顶盘压紧设置在所述斜撑钢管的上端面上，所述压顶盘上对应于所述斜撑钢管的外缘部上间隔开设有若干长螺孔，所述螺杆贯穿所述压顶盘上的所述长螺孔设置，所述螺杆的一端同所述压顶盘固定连接、另一端同所述斜撑钢管的外壁面固定连接；其中，所述螺杆同所述斜撑钢管外壁面相连接的端部具有弯钩，所述斜撑钢管的外壁面上开设有通孔，所述螺杆的所述弯钩同所述通孔相勾连。

所述注浆器包括管体以及所述管体端部的公接头，所述公接头呈锥形状。

所述管体与所述公接头的交界位置外壁面上设置有一圈限位环和O型密封环。

所述上约束仓段钢管的上端口和下端口内壁面上分别固定有分隔板，所述分隔板的外缘部同所述上约束仓段钢管内壁面焊接固定，所述分隔板的中心开设有一中心通孔，所述中心通孔上固定设置有套管；所述注浆芯管包括芯管管体，所述芯管管体依次贯穿通过所述上约束仓段钢管上、下端的所述分隔板上的所述套管，其中，所述芯管管体的上端口为所述注浆接收器，所述注浆接收器的外壁面具有上凸缘部，在所述凸缘部与所述分隔板之间设置有一弹簧；所述芯管管体的下端口为所述出浆器，所述出浆器的外壁面具有下凸缘部，所述出浆器的侧壁面上间隔开设有若干出浆孔。

位于上端的所述套管上设置有上逆止阀橡胶套，所述上逆止阀橡胶套的一端固定在上端的所述套管上，另一端包裹在所述芯管管体外壁面上；位于下端的所述套管上设置有下逆止阀橡胶套，所述逆止阀橡胶套分布在下端的所述分隔板的内、外两端，所述逆止阀橡胶套的一端固定在下端的所述套管上，另一端包裹在所述芯管管体外壁面上。

所述芯管管体的上部外壁面上设置有至少一个限位凹槽，所述限位凹槽呈直角三角形状；所述套管的内壁面上设置有一内凹槽，所述内凹槽中铰接有一呈直角三角形状的限位弹卡，所述限位弹卡可匹配进入所述限位凹槽中，以对所述芯管管体构成竖直向下的限位。

所述芯管管体内的上端部设置有一初始限位卡簧，所述初始限位卡簧包括弹簧以及自所述弹簧两端向外侧贯通所述芯管管体并延伸入套管内的弹簧钢丝。

一种涉及任一所述的斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置的施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：（1）在注浆钢管的外壁面上套装固定至少两个对中限位装置，并在所述注浆钢管的前端安装注浆器；（2）在上约束仓段钢管内设置安装注浆芯管，依次完成斜撑钢管、所述上约束仓段钢管以及下约束仓段钢管之间的固定连通；（3）将所述斜撑钢管、所述上约束仓段钢管以及所述下约束仓段钢管沉设至土体中设计深度；（4）将所述注浆钢管在所述对中限位装置的导向下深入至所述斜撑钢管底部，使所述注浆器进入所述注浆芯管上端的注浆接收器中，并使所述注浆芯管下端口侧壁面上的出浆孔位于所述下约束仓段钢管内；在所述注浆钢管的上端部设置压浆限位施压装置，并使所述压浆限位施压装置的螺杆端部的弯钩同所述斜撑钢管外壁面上的通孔之间实现勾连，以对所述注浆钢管实现轴向上的限位；（5）启动注浆装置泵送浆液，初始限位卡簧脱落，浆液经所述注浆钢管和所述注浆芯管后，经所述注浆芯管下端壁面上的出浆孔撑开包裹在外侧壁面上的逆止阀橡胶套，以使浆液进入所述下约束仓段钢管内，持续注浆直至所述下约束仓段钢管上的囊袋膨胀至设计要求后停止注浆；（6）调整松动所述压浆限位施压装置，在弹簧的复位作用下所述注浆芯管回弹并使套管上的限位弹卡卡接在其限位凹槽内对其构成轴向上的限位，使所述注浆芯管下端侧壁面上的出浆孔位于所述上约束仓段钢管内，再次锁紧所述压浆限位施压装置；（7）启动注浆装置泵送浆液，浆液经所述注浆钢管和所述注浆芯管后，经所述注浆芯管下端壁面上的出浆孔撑开包裹在外侧壁面上的所述下逆止阀橡胶套，以使浆液进入所述上约束仓段钢管内，持续注浆直至所述上约束仓段钢管上的囊袋膨胀至设计要求后停止注浆；（8）拆除所述压浆限位施压装置，上提所述注浆钢管离开所述斜撑钢管；（9）留置所述斜撑钢管、所述上约束仓段钢管以及所述下约束仓段钢管在土体中，在所述斜撑钢管中充填浇筑混凝土类物料；（10）将所述斜撑钢管上端同基坑围檩固定连接以形成基坑支护体。

本发明的优点是：实现相关构配件工厂化、标准化生产，现场快速组（安）装，确保产品质量；注浆系统可重复多次使用；有效简化注浆工艺、提高注浆功效和单位浆液的经济效益；可实现定点多截面（含：单点）按需注浆；多途径实现经济效益提升，综合效果显著。

附图说明

图1为本发明中斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置的结构示意图；

图2为本发明中注浆芯管的结构示意图；

图3为本发明中注浆钢管下端注浆器与注浆芯管上端注浆接收器之间的配合示意图；

图4为本发明中注浆芯管下端的结构示意图；

图5为本发明图3中局部放大示意图A处的限位弹卡的状态变化示意图；

图6为本发明中压浆限位施压装置的结构示意图；

图7为本发明中压顶盘的平面示意图；

图8为本发明中锁定环的结构示意图；

图9为本发明中对中限位装置的结构示意图；

图10为本发明中锁紧基座上缺口的示意图；

图11为本发明中斜撑钢管顶部锁定式远程约束仓注浆装置应用在基坑围护结构外侧的示意图；

图12为本发明中斜撑钢管顶部锁定式远程约束仓注浆装置应用在基坑围护结构内侧的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-12，图中各标记分别为：压浆限位施压装置1、对中限位装置2、注浆钢管3、斜撑钢管4、上约束仓段钢管5、注浆芯管6、囊袋7、囊袋8、下约束仓段钢管9、弹簧10、分隔板11、套管12、初始限位卡簧13、上逆止阀橡胶套14、芯管管体15、下逆止阀橡胶套16、出浆孔17、注浆器18、注浆管体19、限位环20、O型密封环21、公接头22、注浆接收器23、气水分离器24、限位凹槽25、内凹槽26、限位弹卡27、压顶盘28、锁定环29、螺杆30、螺母31、通孔32、弯钩33、长螺孔34、中心孔35、半圆环36、锁紧基座37、弹簧组38、支脚39、导向轮40、螺栓41、缺口42、围檩43、基坑围护结构44。

实施例：如图1-12所示，本实施例具体涉及一种斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置及其施工方法，该装置包括自上而下依次连接设置的斜撑钢管4、上约束仓段钢管5以及下约束仓段钢管9，斜撑钢管4中设置有注浆钢管3，注浆钢管3的下端部为注浆器18，注浆芯管6的上端部为注浆接收器23，注浆器18与注浆接收器23匹配对接，注浆芯管6的下端为出浆器，出浆器与下约束仓段钢管9相连通；上约束仓段钢管5和下约束仓段钢管9的管壁面上分别开设有出浆孔并分别套装有囊袋7。

如图1所示，斜撑钢管4、上约束仓段钢管5以及下约束仓段钢管9同轴连接，上约束仓段钢管5的管壁面上设置有若干出浆孔，且在上约束仓段钢管5的外壁面上经卡扣固定设置有囊袋7，各出浆孔位于囊袋7的包裹区域内；同样的，在下约束仓段钢管9的管壁面上设置有若干出浆孔，且在下约束仓段钢管9的外壁面上经卡扣固定设置有囊袋7，各出浆孔位于囊袋7的包裹区域内。

如图1-5所示，注浆钢管3的前端部为注浆器18，注浆器18包括注浆管体19和公接头22，在注浆管体19与公接头22的外壁面交界位置处设置有一向外突出的限位环22，并在限位环22上设置一个O型密封环21，限位环22和O型密封环21用于注浆器18同注浆接收器23连通时作为密封件使用。

如图1-5所示，上约束仓段钢管5内设置有注浆芯管6，注浆芯管6的主体为芯管管体15，芯管管体15的上端部为注浆接收器23，下端部为出浆器（图中未标记），在上约束仓段钢管5的上端口和下端口内壁面处分别固定有分隔板11，分隔板11的外缘部同上约束仓段钢管5的内壁面焊接固定，且分隔板11的中心开设有中心通孔，中心通孔上同轴设置有套管12，芯管管体15贯穿通过上、下两端的分隔板11的中心通孔和套管12，且需要说明的是，芯管管体14和套管12的内壁面之间为可滑动配合，此外，在上部的套管12上套装有上逆止阀橡胶套14，上逆止阀橡胶套14的一端同套管12的外壁面固定连接，另一端在弹性力作用下包裹紧芯管管体14，避免注浆过程中浆液进入两者之间的滑动缝隙中；芯管管体15的上端口具有外凸的凸缘部，且在该凸缘部与上端的分隔板11之间同轴套装设置有弹簧10，当公接头22伸入至芯管管体15内时，O型密封环21和限位环20抵靠在芯管管体15上端口的凸缘部上并将其下压构成密封接触，弹簧10同样受到压缩。芯管管体15的下端口为出浆器，且在芯管管体15的下端部设置有一圈出浆孔17，芯管管体15的下端部贯穿通过套管12和分隔板11，在套管12上设置有下逆止阀橡胶套16，下逆止阀橡胶套16的一端同套管12之间固定，另一端包裹紧芯管管体15的下端外壁面，当注浆器18同芯管管体15上端部相接触但并未下压时，芯管管体15下端的出浆孔17位于上约束仓段钢管5内；当注浆器18同芯管管体15上端部相接触但下压弹簧10时，芯管管体15下端的出浆孔17位于下约束仓段钢管9内。当注浆时，浆液可使下逆止阀橡胶套14张开并向相应的约束仓段钢管内进行注浆，浆液进一步溢出至囊袋7，从而形成扩大体。

需要说明的是，如图3、5所示，在芯管管体15的上端部设置有一初始限位卡簧13，初始限位卡簧13包括弹簧以及自弹簧两端向外侧贯通芯管管体15并延伸入套管12内的弹簧钢丝，该初始限位卡簧13。该初始限位卡簧13可承受一定的下压力并确保芯管管体15位置不动。此外，在芯管管体15的上部外壁面上设置有至少一个限位凹槽25，限位凹槽25呈直角三角形状；套管12的内壁面上设置有一内凹槽26，内凹槽26中铰接有一呈直角三角形状的限位弹卡27，限位弹卡27可匹配进入限位凹槽25中，以对芯管管体15构成竖直向下的限位。参见图5所示为两者限位匹配的状态变化示意图。

如图1-10所示，在注浆钢管3深入至斜撑钢管4内的过程中，借助于至少两个对中限位装置2进行对中限位导向，对中限位装置2主要包括锁紧基座37、支脚39以及导向轮40，锁紧基座37的中心开设有一贯通的通孔，该通孔用以使锁紧基座37能够套装固定在注浆钢管3的外壁面上，因此，锁紧基座37的通孔内径略小于注浆钢管3的外径，从而使两者能够构成过盈配合确保两者之间的紧固性，且需要说明的是，在锁紧基座37上开设有一缺口42，缺口42自通孔内壁延伸至锁紧基座37的外壁面，因此使锁紧基座37具有一定的回弹性，在向注浆钢管3上套装时在外力作用下能够撑开一点内径，且在套装完成后能够收缩紧固在注浆钢管3的外壁面上。在锁紧基座37的上表面外缘部一圈间隔设置有四组螺栓孔，相应的，各支脚39对应的安装在各组螺栓孔位置处并依靠螺栓41进行紧固，以使各支脚39同锁紧基座37固定连接。各支脚39分别沿斜撑钢管4的径向设置，在支脚39的外端部固定有导向轮40，导向轮40由多个滑轮组成并沿竖向布置从而使锁紧基座37能够在斜撑钢管4内沿竖向移动，且需要说明的是，在支脚39的外端部与导向轮40之间设置有弹簧组38，通过弹簧组38的设置能够使得导向轮40在压缩回弹力的作用下始终与斜撑钢管4的内壁面紧密接触。

如图1-10所示，当注浆器18和注浆接收器23对接并进行注浆时，将会产生反坐力，因此需要对注浆钢管3进行轴向上的限位，因此在注浆钢管3的尾端设置压浆限位施压装置1以同斜撑钢管4连接固定。压浆限位施压装置1主要包括锁定环29和压顶盘28，锁定环29具体由两个半圆环36组成，锁定环29用于套装在注浆钢管3的尾端部外壁面上并经螺栓旋紧固定，使两者形成一体。锁定环29的竖向截面呈凸台状，压顶盘28的中心开设有一中心孔35，压顶盘28的中心孔35同轴套设在锁定环29的凸台面上，如图5所示，当压顶盘28的位置固定后，可形成对锁定环29在轴向上的限位。压顶盘28的外径大于斜撑钢管4的外径，因此，压顶盘28可以压紧设置在斜撑钢管4的上端面上，压顶盘28在对应于斜撑钢管4的外缘部位置间隔设置有若干个长螺孔34，如图7所示，各长螺孔34均沿压顶盘28的径向设置，在各长螺孔34中竖向贯穿设置有螺杆30，斜撑钢管4的上端部外壁面上对应于长螺孔34的位置开设有通孔35，将螺杆30在长螺孔34中调整到紧贴斜撑钢管4的外壁面设置，并使螺杆30下端部的弯钩33穿设入通孔32中使两者构成勾连关系，此外，在螺杆30的上端部经螺母31旋紧，使螺杆30将压顶盘28同斜撑钢管4之间构成紧密的固定连接关系，即，对压顶盘28形成在斜撑钢管4轴向上的限位固定。

如图1-12所示，本实施例中斜撑钢管多段式远程约束仓注浆装置的施工方法包括以下步骤：

（1）在注浆钢管3的外壁面上套装固定至少两个对中限位装置2，并在注浆钢管3的前端安装注浆器18。

（2）在上约束仓段钢管5内设置安装注浆芯管6，依次完成斜撑钢管4、上约束仓段钢管5以及下约束仓段钢管9之间的固定连通。

（3）将斜撑钢管4、上约束仓段钢管5以及下约束仓段钢管9沉设至土体中设计深度。

（4）将注浆钢管3在对中限位装置2的导向下深入至斜撑钢管4的底部，使注浆器18进入注浆芯管6上端的注浆接收器23中，并使注浆芯管6下端口侧壁面上的出浆孔17位于下约束仓段钢管9内；在注浆钢管3的上端部设置压浆限位施压装置1，并使压浆限位施压装置1的螺杆30下端部的弯钩33同斜撑钢管4外壁面上的通孔32之间实现勾连，以对注浆钢管3实现轴向上的限位。

（5）启动注浆装置泵送浆液，初始限位卡簧13脱落，浆液经注浆钢管3和注浆芯管6后，经注浆芯管6下端壁面上的出浆孔17撑开包裹在外侧壁面上的下逆止阀橡胶套16，以使浆液进入下约束仓段钢管9内，持续注浆直至下约束仓段钢管9上的囊袋7膨胀至设计要求后停止注浆。

（6）调整松动压浆限位施压装置1，在弹簧10的复位作用下注浆芯管6回弹并使套管12上的限位弹卡27卡接在其限位凹槽25内对其构成轴向上的限位，使注浆芯管6下端侧壁面上的出浆孔17位于上约束仓段钢管5内，再次锁紧压浆限位施压装置1。

（7）启动注浆装置泵送浆液，浆液经注浆钢管3和注浆芯管6后，经注浆芯管6下端壁面上的出浆孔17撑开包裹在外侧壁面上的下逆止阀橡胶套16，以使浆液进入上约束仓段钢管5内，持续注浆直至上约束仓段钢管5上的囊袋7膨胀至设计要求后停止注浆。

（8）拆除压浆限位施压装置1，上提注浆钢管3离开斜撑钢管4。

（9）留置斜撑钢管4、上约束仓段钢管5以及下约束仓段钢管9在土体中，在斜撑钢管4中充填浇筑混凝土类物料。

（10）将斜撑钢管4上端同基坑围护结构44上的围檩43固定连接以形成基坑支护体。