專利名稱：能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種施工方法，具體地說，是一種能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法及其裝置，屬于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓旋噴技術(shù)上世紀(jì)70年代從日本引進(jìn)，現(xiàn)在在國內(nèi)已經(jīng)是一種普遍的軟弱地基加固和滲漏地基截滲止水的手段，國內(nèi)比較通行的高噴灌漿規(guī)范有《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200-2004)。但是，常規(guī)的高壓旋噴都是通過高壓水泥漿或者高壓水強(qiáng)力切割土體，水泥漿主動(dòng)或被動(dòng)與土體混合而形成有一定強(qiáng)度或有一定密度的水泥土固結(jié)體的。在這個(gè)水泥漿攪拌混合的過程中，由于水泥漿或水介質(zhì)向土體中的注入，使得孔口常常有大量的返漿溢出地面，返漿中有較高含量的水泥成分同時(shí)排出到地面上，造成水泥原材料的浪費(fèi)，不僅增大了旋噴樁的工程造價(jià)，而且污染了環(huán)境，再由于水泥是高耗能行業(yè)，更是增加了碳排放。特別是富水的淤泥層中，由于地層處于飽水狀態(tài)，往往是向地層中灌入了多少體積的物質(zhì)就會(huì)有同樣體積的返漿返出地面，水泥的利用率更低，甚至有一些三重管旋噴施工隊(duì)伍在淤泥中無論如何做都不成樁的情況出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明公開一種在淤泥層中進(jìn)行的高壓旋噴樁施工的方法，該方法可以大幅節(jié)約水泥原材料的消耗，同時(shí)也降低施工工程中的電能消耗；或者在同等水泥用量的情況下旋噴樁樁體抗壓強(qiáng)度大幅提高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的前一技術(shù)方案是這樣的:該能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工 方法，包括下述步驟，(I)在待成樁部位成孔后，向孔內(nèi)下入噴頭；(2)啟動(dòng)高壓清水泵和泥漿泵，使噴頭同時(shí)向淤泥中噴射出清水射流和水泥漿射流，其中的清水射流位于水泥漿射流上方，清水射流與水泥漿射流的噴射方向相反并能形成一個(gè)流體渦流圈，水泥漿在脫離該流體渦流圈的影響范圍后沉淀于渦流圈下；(3)啟動(dòng)高噴臺(tái)車帶動(dòng)噴頭邊旋轉(zhuǎn)邊向上提升，高壓水射流在上不斷噴射切割淤泥土體，水泥漿液在下不斷充填沉淀在渦流圈下堆積形成高強(qiáng)旋噴樁。進(jìn)一步的，上述的能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法，其特征在于，步驟
(2)中所述的清水射流的噴射壓力為20 40MPa ;水泥漿射流的噴射壓力為3 lOMPa。為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明的提供的裝置是這樣的:能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法的裝置，包括噴頭，所述的噴頭上部側(cè)壁設(shè)有連接清水泵的清水噴嘴，清水噴嘴的直徑為f 2.5mm ;所述的噴頭下部側(cè)壁設(shè)有連接水泥漿泵的水泥漿噴嘴，水泥漿噴嘴的直徑為3.5^8mm ;所述的清水噴嘴和水泥漿噴嘴的安裝方向相反，清水噴嘴與水泥漿噴嘴的垂直距離為0.5 1.5倍旋噴樁樁徑。上述的裝置，所述的噴頭上設(shè)有一個(gè)清水噴嘴和一個(gè)水泥漿噴嘴，清水噴嘴的噴射軸線與水泥漿噴嘴的噴射軸線位于同一平面內(nèi)。
上述的裝置，所述的噴頭上設(shè)有兩個(gè)清水噴嘴和一個(gè)水泥漿噴嘴，兩個(gè)清水噴嘴的噴射軸線垂直于噴頭側(cè)壁的同一平面內(nèi)，兩個(gè)清水噴嘴的噴射軸線之間夾角小于60度，水泥漿噴嘴的噴射方向與兩個(gè)清水噴嘴夾角的角平分線位于同一平面內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有在淤泥層中大幅節(jié)省水泥原材料的優(yōu)點(diǎn)。為了增加可比性，不管是采用本發(fā)明施工的旋噴樁還是雙重管或三重管旋噴樁都按照I米(為方便計(jì)算采用10分米)樁徑，旋噴樁固結(jié)體比重值按1.8t/m3 (為方便計(jì)算采用千克每立方分米)，水泥漿比重1.5千克/立方分米，水泥漿單位時(shí)間注入量60L/Min，樁體設(shè)計(jì)含15%水泥摻入比來進(jìn)行對(duì)比。I)采用本發(fā)明工法施工旋噴樁的水泥用量本發(fā)明采用的水漿二重管噴頭在噴射灌漿時(shí)，高壓水在上邊向左噴射，水泥漿在下邊向右噴射，上面的高壓水射流與下面的水泥漿射流之間的距離是設(shè)計(jì)樁徑的長度。噴頭所處的環(huán)境左右兩邊是原狀淤泥，下邊為尚未固結(jié)的旋噴樁體，上邊也為原狀的淤泥土地層，但留有約o 130mm大小的鉆孔與地面相通。根據(jù)流體運(yùn)行規(guī)律，高壓水射流與水泥漿射流應(yīng)該以一個(gè)近似圓作圓周運(yùn) 動(dòng)，運(yùn)動(dòng)圓圓心與噴桿上水嘴與漿嘴中點(diǎn)重合，其半徑為旋噴樁的半徑。由于高壓水的壓力遠(yuǎn)大于水泥漿的壓力，故作圓周運(yùn)動(dòng)的流體能量來源主要有高壓水射流提供，水泥漿向右噴射實(shí)際上是將水泥漿送到了圓圈的右下角，而且水泥漿的比重大于高壓水切割土體后形成的泥巴漿的比重，故絕大部分水泥漿得以保存在旋噴樁的樁體內(nèi)，隨返漿到達(dá)地面的水泥成分很少，據(jù)對(duì)返出漿液中水泥成分的測定，95%以上的水泥留在了旋噴樁樁體中。據(jù)此計(jì)算，每米旋噴樁耗用水泥量(W，單位千克)為:ff=r23i IGb+ n=52*3.14*10*1.8*15%^-95%=223 千克 (公式 I)其中:r-設(shè)計(jì)旋噴樁半徑，單位分米J1-3.141-旋噴樁長度，這里均取I米即10分米G-水泥土固結(jié)體比重，淤泥地層形成的旋噴樁比重一般為1.8千克/立方分米b-水泥摻入比，為15%n-水泥利用率，本工法中可達(dá)95%2)采用普通二重管高壓旋噴樁水泥用量普通二重管高壓旋噴是高壓水泥漿以極高的壓力從漿噴嘴噴出切割土體，壓縮空氣則是以環(huán)狀包圍水泥漿射流增加對(duì)土體的攪動(dòng)，旋噴噴具邊噴射邊旋轉(zhuǎn)邊提升形成圓柱狀水泥土固結(jié)體的。其切割攪拌土體的機(jī)理是水泥漿直接作用土體，由于淤泥的飽水性，不可能容納更多的外來物質(zhì)，也就是說灌入多少體積的水泥漿就有多少體積的廢漿返出地面，廢漿中的水泥含量與旋噴樁中的水泥含量也十分接近。計(jì)算基于淤泥是處于飽水狀態(tài)，也就是說高噴時(shí)灌入孔內(nèi)多少體積的液體就有多少體積的混合漿液從孔口返出。二重管旋噴樁水泥利用率可以按旋噴樁體積+ (旋噴樁體積+注入該段的水泥漿體積)進(jìn)行計(jì)算:n = (r2 I) + [r2 1+(1/v) L](公式 2)其中L-水泥漿單位輸入量，此處為60升/分鐘V-旋噴提升速度,分米/分鐘
其它字母代表的意義同上?；営?jì)算得
權(quán)利要求
1.一種能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法，其特征在于，包括下述步驟，(I)在待成樁部位成孔后，向孔中下入噴頭；(2)啟動(dòng)清水泵和泥漿泵，使噴頭同時(shí)向淤泥中噴射出清水射流和水泥漿射流，其中的清水射流位于水泥漿射流上方，清水射流與水泥漿射流的噴射方向相反并能形成一個(gè)流體渦流圈，水泥漿在脫離該流體渦流圈的影響范圍后沉淀于渦流圈下；(3)啟動(dòng)高噴臺(tái)車帶動(dòng)噴頭邊旋轉(zhuǎn)邊提升，沉淀在渦流圈下的水泥漿即可堆積形成高強(qiáng)旋噴樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法，其特征在于，步驟(2)中所述的清水射流和水泥漿射流之間的垂直距離是旋噴樁樁徑的0.5 1.5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法，其特征在于，步驟(2)中所述的清水射流的噴嘴直徑為I 2.5mm，噴射壓力為20 40MPa ;水泥漿射流的噴嘴直徑為3.5 8mm,噴射壓力為3 lOMPa。
4.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法的裝置，包括噴頭(1)，其特征在于，所述的噴頭(I)上部側(cè)壁設(shè)有連接清水泵的清水噴嘴(2)，在噴頭(I)下部側(cè)壁設(shè)有連接水泥漿泵的水泥漿噴嘴(3)，所述的清水噴嘴(2)和水泥漿噴嘴(3)的噴射方向相反，清水噴嘴(2)與水泥漿噴嘴(3)的垂直距離為0.5 1.5倍旋噴樁樁徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的噴頭(I)上設(shè)有一個(gè)清水噴嘴(2)和一個(gè)水泥漿噴嘴(3)，清水噴嘴(2)的噴射軸線與水泥漿噴嘴(3)的噴射軸線位于同一平面內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的噴頭(I)上設(shè)有兩個(gè)清水噴嘴(2)和一個(gè)水泥漿噴嘴(3)，兩個(gè)清水噴嘴(2)的噴射軸線垂直于噴頭側(cè)壁的同一平面內(nèi)，兩個(gè)清水噴嘴(2)的噴射軸線之間夾角小于60度，水泥漿噴嘴(3)的噴射方向與兩個(gè)清水噴嘴(2)夾角的角平分線位于同一平面內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的裝置，其特征在于，所述清水噴嘴(2)的直徑為1 2.5mm,水泥衆(zhòng)噴嘴(3)的直徑為3.5 8mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能在淤泥層中形成高強(qiáng)旋噴樁的施工方法及其裝置，旨在提供一種能大幅節(jié)約水泥原材料的消耗的施工方法；其技術(shù)要點(diǎn)包括下述步驟，1)在待成樁部位成孔后下噴頭；2)啟動(dòng)高壓清水泵及泥漿泵，使噴頭同時(shí)向淤泥中噴射出清水射流和水泥漿射流，其中的清水射流位于水泥漿射流上方，噴射方向相反并能形成一個(gè)流體渦流圈；3)啟動(dòng)高噴臺(tái)車帶動(dòng)噴頭邊旋轉(zhuǎn)邊提升，水泥漿即可堆積形成高強(qiáng)旋噴樁；該裝置包括噴頭，噴頭上部側(cè)壁設(shè)有連接清水泵的清水噴嘴，在噴頭下部側(cè)壁設(shè)有連接水泥漿泵的水泥漿噴嘴，清水噴嘴和水泥漿噴嘴的噴射方向相反，清水噴嘴與水泥漿噴嘴的垂直距離為0.5～1.5倍旋噴樁樁徑。屬于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E02D15/04GK103114580SQ20131005166
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月17日
發(fā)明者楊松平 申請(qǐng)人:廣州市吉特高噴灌漿工程有限公司