淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置及方法

技术领域

本发明属于软基处理领域，特别涉及了一种淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置及方法。

背景技术

水泥搅拌桩是软基处理的一种常见形式，用于加固饱和粘性土地基的一种方法。它是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，将软土和水泥(固化剂)强制搅拌，并利用水泥和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩，从而提高地基强度和增大变形模量。可目前对于在淤泥环境下的水泥搅拌桩施工，因其淤泥的塑性较高，含水量较大，渗透性较低，使得该水泥搅拌桩的成桩质量较差，因此针对该淤泥环境下，需对水泥搅拌桩设备及施工方法进行优化。

现有技术中，还存在单一喷浆口易被堵塞，用通常的一次性从桩顶至桩底搅拌下钻和提升的施工方法，淤泥层土与水泥浆液间搅拌不充分，成桩的质量效果不理想等问题。

发明内容

本发明要解决的现有技术中淤泥环境下的水泥搅拌桩施工，因其淤泥的塑性较高，含水量较大，渗透性较低，使得该水泥搅拌桩的成桩质量较差的问题。

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明具体涉及一种淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置，其特征在于：包括一号导管、二号导管、一号喷浆口、钻头叶片、二号喷浆口及水泥搅拌桩机钻杆；

一号导管一端和外部水泥浆液输料装置连接，另一端插入水泥搅拌桩机钻杆内部并延伸向位于水泥搅拌桩机钻杆底部的钻头叶片的内部并与钻头叶片表面的一号喷浆口连通，用于输送要喷射的水泥浆液；

二号导管一端和外部外加剂输料装置连接，另一端插入水泥搅拌桩机钻杆内部并延伸向位于水泥搅拌桩机钻杆底部的钻头叶片的内部并与钻头叶片表面的二号喷浆口连通，用于输送要喷射的外加剂；

喷浆口位于水泥搅拌桩钻头叶片表面，作为喷射水泥浆液的出口；

二号喷浆口位于水泥搅拌桩钻头叶片表面，作为喷射外加剂的出口；

钻头叶片位于水泥搅拌桩钻杆底部，呈倾斜角度，便于切割土体。

进一步的，所述一号喷浆口、二号喷浆口有多个，均呈散射状布置在钻头叶片表面，不仅可防止喷浆口被堵塞无法喷浆，还可保证喷浆范围。

进一步的，所述钻头叶片的倾斜角度为10-20度。

进一步的，所述水泥搅拌桩机钻杆外侧还设置有压力传感器，通过钻孔时压力的不同以形成的电流大小来实时改变所需的喷浆压力。

进一步的，所述喷浆口出口处安装可替换的磨口环,作为快速更换的磨损部件,当磨口环磨损后可以快速更换,延长喷浆口使用寿命(或者在喷浆口出口处，应用新型防磨涂层,如铝氧化物溅涂层等,预先涂覆在易磨部位，增强耐磨性)。

做为本发明的另一方面，还涉及淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置的施工方法，包括如下步骤：

S1、根据地勘资料，地质中含有淤泥质土，水泥搅拌桩后台位置处设有一个泥浆池和一个外加剂集料桶；

S2、桩机根据现场测量放点摆好就位后，采取分段搅拌的施工方法，对不同地质土依据土质进行分成淤泥段标段和非淤泥段标段(也可称为素填土标段)，确定标段标高的最低点、分界点；

S3、启动桩机设备，通过泥浆泵在泥浆池从一号导管泵送水泥浆液至钻头叶片，边喷浆边搅拌下钻，在钻头叶片转动下钻时使一号喷浆口喷射的水泥浆液达到有效的喷浆范围，也避免喷浆口堵塞，根据钻头下钻时压力传感器反馈的电流大小实时改变所需的喷浆压力大小，保证喷浆口有效喷浆，钻头喷浆搅拌下钻至淤泥段标段标高最低处；

S4、从淤泥段标段标高最低处喷水泥浆液搅拌提升至淤泥段标段的中点处；因该处土层为淤泥层，地下水含水量大，为了保证桩底的成桩质量，从淤泥段标段的中点处到至淤泥段标段标高最低处不喷水泥浆液搅拌下钻和提升m次，然后第m+1次时不喷水泥浆液搅拌下钻到淤泥段标段标高最低处，从淤泥段标段标高最低处喷水泥浆液并通过二号导管加入该段水泥含量0.05％(是指以重量计，这段喷的水泥浆液含量的0.05％)的20％浓度三乙醇胺外加剂搅拌提升至淤泥段标段的中点处；

S5、从淤泥段标段的中点处喷水泥浆液搅拌提升至淤泥段标段的最高点处，为了保证桩身的整体性，对淤泥段标段的中点处下钻0.5～1.5米进行接桩，因该处地质仍是淤泥层，故从淤泥段标段的最高点处到接桩处重复不喷水泥浆液搅拌下钻和提升m次，然后从淤泥段标段的最高点处第m+1次不喷水泥浆液搅拌下钻至接桩处，再从接桩处喷水泥浆液及通过二号导管加入该段水泥含量0.05％的20％浓度三乙醇胺外加剂搅拌提升至淤泥段标段的最高点处；

S6、从淤泥段标段的最高点处喷水泥浆液搅拌提升到非淤泥段标段中点处，为了保证桩身的整体性，对淤泥段标段的最高点处下钻0.5～1.5米进行第二次接桩,因该段地质为较好的土层，故从非淤泥段标段中点处到接桩处之间只需重复不喷水泥浆液搅拌下钻和提升n次，再从非淤泥段标段中点处第n+1次不喷水泥浆液搅拌下钻至第二次接桩处，再从第二次接桩喷水泥浆液搅拌提升至非淤泥段标段中点处，因该处土层含水量较少，则无需加入三乙醇胺外加剂；

S7、非淤泥段标段中点处喷浆搅拌提升到非淤泥段标段最高点处；为了保证桩身的整体性，对非淤泥段标段中点处下钻0.5～1.5米进行第三次接桩,只需不喷水泥浆液搅拌下钻和提升p次，再从非淤泥段标段最高点处不喷水泥浆液搅拌下钻至第三次接桩处后从第三次接桩处喷水泥浆液搅拌提升至非淤泥段标段最高点处，因该处土层含水量较少，则无需加入三乙醇胺外加剂

进一步的，所述步骤S1中泥浆池中搅拌掺入量为20％的42.5(R)硅酸盐水泥，水灰比为0.55的水泥浆，集料桶中为20％浓度的三乙醇胺，施工参数中，喷浆压力为0.4～0.6MPa，下钻速度为0.7-0.8m/min，提升速度为0.4-0.5m/min。

进一步的，所述m的取值范围为4-6，n的取值范围为1-3,p的取值范围为1～2。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工方法，采用水泥搅拌桩的钻头叶片增设有多个喷浆口，避免单一喷浆口被堵塞，并且在叶片旋转带动下，更利于保证水泥浆液喷射范围；

(2)本发明的淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工方法，采用钻杆内设置两条导管，可只在水泥固结效果差的土层进行外加剂的掺入，减少施工成本；

(3)本发明的淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工方法，采用水泥搅拌桩钻杆底部设置压力传感器，可通过感应钻头下钻不同深度时感受到的压力大小，通过由不同压力形成的电流大小来实时改变喷浆压力大小，以免喷浆压力不足，无法有效喷浆；

(4)本发明的淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工方法，对于不同地质层采取不同次数的重复搅拌下钻和提升，能使水泥搅拌桩在淤泥地质中更好的成形，提高成桩质量。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的水泥搅拌桩钻头结构图；

图2为本发明较佳实施例的施工流程示意图；

图中附图标记分别表示：1：一号导管，2：二号导管，3：一号喷浆口，4：钻头叶片，5：压力传感器，6-二号喷浆口，7-水泥搅拌桩机钻杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参考图1，本发明具体涉及一种淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置，包括一号导管1、二号导管2、一号喷浆口3、钻头叶片4、二号喷浆口6及水泥搅拌桩机钻杆7；

一号导管1一端和外部水泥浆液输料装置连接，另一端插入水泥搅拌桩机钻杆内部并延伸向位于水泥搅拌桩机钻杆底部的钻头叶片4的内部并与钻头叶片4表面的一号喷浆口3连通，用于输送要喷射的水泥浆液；

二号导管2一端和外部外加剂输料装置连接，另一端插入水泥搅拌桩机钻杆内部并延伸向位于水泥搅拌桩机钻杆底部的钻头叶片4的内部并与钻头叶片4表面的二号喷浆口6连通，用于输送要喷射的外加剂；

喷浆口3位于水泥搅拌桩钻头叶片4表面，作为喷射水泥浆液的出口；

二号喷浆口6位于水泥搅拌桩钻头叶片4表面，作为喷射外加剂的出口；

钻头叶片4位于水泥搅拌桩钻杆底部，呈倾斜角度，便于切割土体。

所述一号喷浆口3、二号喷浆口6有多个，均呈散射状布置在钻头叶片4表面，不仅可防止喷浆口被堵塞无法喷浆，还可保证喷浆范围。

所述钻头叶片的倾斜角度为10-20度。

所述水泥搅拌桩机钻杆7外侧还设置有压力传感器5，通过钻孔时压力的不同以形成的电流大小来实时改变所需的喷浆压力。

请参考图2，作为本发明的另一方面，还涉及淤泥环境下分段水泥搅拌桩施工装置的施工方法，包括如下步骤：

S1、根据地勘资料，地质中含有淤泥质土，水泥搅拌桩后台位置处设有一个泥浆池和一个外加剂集料桶，具体的施工参数为：泥浆池中搅拌掺入量为20％的42.5(R)硅酸盐水泥，水灰比为0.55的水泥浆，集料桶中为20％浓度的三乙醇胺，施工参数中，喷浆压力为0.4～0.6MPa，下钻速度为0.7-0.8m/min，提升速度为0.4-0.5m/min。

S2、桩机根据现场测量放点摆好就位后，采取分段搅拌的施工方法，对不同地质土进行分段数划分，确定不同标段的搅拌下钻提升次数，假设现水泥搅拌桩的施工桩长为20米，地勘资料的淤泥层厚度为10米，位于桩顶标高-10米处，可将其分成5米一段进行分段施工；

S3、启动桩机设备，通过泥浆泵在泥浆池从一号导管1泵送水泥浆液至钻头叶片4，边喷浆边搅拌下钻，钻头叶片4上设有多个喷浆口3，在钻头叶片4转动下钻时可使喷浆口3喷射的水泥浆液达到有效的喷浆范围，也避免喷浆口3堵塞，根据钻头下钻时压力传感器5反馈的电流大小实时改变所需的喷浆压力大小，保证喷浆口3有效喷浆，钻头喷浆搅拌下钻至标高-20米处；

S4、从-20米处喷水泥浆液搅拌提升至-15米，因该处土层为淤泥层，地下水含水量大，为了保证桩底的成桩质量，从-15米处不喷水泥浆液搅拌下钻和提升5次，然后第6次时不喷水泥浆液搅拌下钻-20米，从-20米处喷水泥浆液并通过二号导管2加入该段水泥含量0.05％的20％浓度三乙醇胺外加剂搅拌提升至-15米处；

S5、从-15米处喷浆搅拌提升至-10米处，为了保证桩身的整体性，对已喷水泥浆液搅拌施工好的下标段下钻0.5～1.5米进行接桩，因该处地质仍是淤泥层，故从-10米到-16米处重复不喷水泥浆液搅拌下钻和提升5次，然后从-10米处第6次不喷水泥浆液搅拌下钻至-16米处，再从-16米喷水泥浆液及通过二号导管(2)加入该段水泥含量0.05％的20％浓度三乙醇胺外加剂搅拌提升至-10米处；

S6、从-10米位置处喷水泥浆液搅拌提升到-5米，因该段地质为较好的土层，故从-5米到-11米之间只需重复不喷水泥浆液搅拌下钻和提升2次，再从-5米处第3次不喷水泥浆液搅拌下钻至-11米处，再从-11米处喷水泥浆液搅拌提升至-5米处，因该处土层含水量较少，则无需加入三乙醇胺外加剂；

S7、从-5米处喷浆搅拌提升到±0米处，只需不喷水泥浆液搅拌下钻和提升1次，再从±0米处不喷水泥浆液搅拌下钻至-6米后从-6米处喷水泥浆液搅拌提升至±0米；

该分段施工方法以含有淤泥层地质作为示范例子，其也可适用于其他不良地质的施工，分段次数及搅拌次数需结合实际地勘的地质资料进行调整。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。