專利名稱:高壓旋轉(zhuǎn)干噴法和雙管旋轉(zhuǎn)干噴器的制作方法
本發(fā)明屬于建筑物地基基礎(chǔ)加固和改良方法及適用于此方法的專用地基加固機(jī)具。
在建筑工程地基加固改良及用擋水墻作防滲帷幕的工程中，高壓液態(tài)旋噴方法，已被大量采用。這個(gè)方法是在地基成孔后，放入旋噴管，并用高壓向土體中注入液態(tài)固結(jié)材料。但在這種地基加固方法中，無論是單管旋噴，即注入高壓水泥漿固結(jié)土體;還是三重管旋噴，即超高壓水在氣環(huán)保護(hù)下噴射切割土體，再用低壓將水泥漿注入破碎土體中固結(jié)土體，都由于注入加固材料全部是液態(tài)固結(jié)材料，使破碎的土壤中的含水量大大增加，噴入的固結(jié)材料凝固時(shí)間長，因而施工速度慢;另外，因含水量增大，使部分破碎的土壤沉渣引帶部分噴入的液態(tài)固結(jié)材料上升至地面，污染作業(yè)環(huán)境。由于回收這些固結(jié)材料費(fèi)工費(fèi)錢，致使這些溢出物中大量的固結(jié)材料被白白浪費(fèi)掉。這是造成高壓液態(tài)噴射法水泥用量大、成本高的主要原因所在。更重要的是，由于注入材料是液態(tài)材料，例如目前為水泥漿、水玻璃等，使固結(jié)體成分為液態(tài)材料和部分土壤沉渣的混合物，因此固結(jié)體強(qiáng)度較低。
日本兼松陽等發(fā)明的“地基穩(wěn)定工法”(昭58-14893，1983年3月23日公告)，注入材料采用干態(tài)純粉狀材料，如干水泥。這種方法減少了地基含水量，防止了作業(yè)環(huán)境惡化。但是，由于注入材料仍然只是水泥，同高壓液態(tài)注入材料相同，故形成的固結(jié)體成分同液態(tài)噴射一樣，同樣存在固結(jié)體強(qiáng)度較低、成本較高的缺點(diǎn)。此外，由于其注入管結(jié)構(gòu)(套管內(nèi)有三根管，不同軸，分別輸送高壓空氣、壓力水和粉體材料)及注入工藝復(fù)雜，所用設(shè)備多(只是空壓機(jī)即有三臺(tái))，致使加固成本再次增高。
本發(fā)明的目的在于，克服上述噴射法固結(jié)體強(qiáng)度低、噴射量大、成本高和工藝復(fù)雜等主要缺點(diǎn)，對上述相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，開創(chuàng)新的注入工藝，設(shè)計(jì)新的旋噴器，改變注入材料，從而創(chuàng)造出新的地基加固方法和加固機(jī)具，以獲得滿意的加固效果。
本發(fā)明提供的高壓旋轉(zhuǎn)干噴法，是在地基成孔后，將雙管旋轉(zhuǎn)干噴器(以下簡稱干噴器)放至孔底，通過旋噴鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)提升裝置，使其一邊旋轉(zhuǎn)，一邊提升。與此同時(shí)，啟動(dòng)高壓清水泵，通過干噴器的高壓水噴咀橫向噴射超高壓水切割土體;通過干噴咀的調(diào)節(jié)閥引入高壓水并通過干噴器下噴頭的內(nèi)噴咀和外噴咀向切割后的土體噴射。再次切割破碎土體;啟動(dòng)噴射機(jī)和高壓空壓機(jī)，通過干噴器下噴頭的外噴咀沿著二次切割土體的高壓水流的外圍向被二次切割破碎的土體中噴注干態(tài)粉狀固化材料和顆粒骨料。二次切割土體的高壓水以高壓空氣、干態(tài)粉狀固化材料和顆粒狀骨料作保護(hù)環(huán)，并與其一起在同一軸線上向同一方向噴射。上述過程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。干噴器如此連續(xù)旋轉(zhuǎn)、提升、噴射，直至提出地面，便在地基土壤中形成一個(gè)具有一定直徑的柱狀加固體，即干噴樁。它是切割破碎的土壤、水和干態(tài)粉狀固化材料、顆粒狀骨料的拌和結(jié)合體。
上述加固材料及其用量，可以根據(jù)地質(zhì)條件，加固體的強(qiáng)度要求來選擇。干態(tài)粉狀固化材料，可以是水泥，也可以是粉狀生石灰或其混合料;顆粒狀骨料，可以是天然骨料，也可以是人工骨料，可以是砂子、石子、陶土粒等或其混合料。噴射壓力的大小，可以根據(jù)地質(zhì)條件、選用的材料和加固體的直徑來確定。
本發(fā)明提供的地基加固方法與已有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果首先，由于旋噴加固材料使用了顆粒狀骨料，試驗(yàn)表明，可使加固體的強(qiáng)度比液態(tài)噴射或純粉態(tài)噴射的強(qiáng)度提高2-3倍，所用固化材料(如水泥)可減少60%以上，成本大大降低。
其次，在噴射空氣、固化材料和顆粒狀骨料形成的氣環(huán)保護(hù)下，引入高壓水對土體進(jìn)行二次切割，因而增大了固結(jié)體直徑，加速了固化材料與高壓水及破碎土體的浸合、攪拌，減少了固化材料上溢至地面，從而改善作業(yè)環(huán)境，減少固化材料的損失浪費(fèi)。
第三，所需設(shè)備較少，施工時(shí)間短。不僅能用于高壓液態(tài)噴射或高壓純粉態(tài)噴射的所有地方，還可以取代用于軟土地基加固的其它樁基形式。
本發(fā)明提供的雙管旋轉(zhuǎn)干噴器是用于上述方法的專用機(jī)具。它包括迴轉(zhuǎn)器、同軸的雙管和噴射頭。并依照上述順序互相連接。噴射頭包括水噴頭部分和下噴頭部分。水噴頭部分有高壓水噴射咀，下噴頭部分有外噴咀(噴射由內(nèi)管下來的高壓空氣和干料)、內(nèi)噴咀(噴射來自內(nèi)外管之間環(huán)形通路的壓力水)和調(diào)節(jié)閥(調(diào)節(jié)來自環(huán)形通路的壓力水)，外噴咀、內(nèi)噴咀和調(diào)節(jié)閥依次排列，三者的軸線(中心線)重合。同軸的雙管可以分段拆裝，長度由加固深度而定，管子用普通無縫鋼管。內(nèi)管是噴射加固材料的通路，內(nèi)管和外管之間是高壓水的環(huán)形通路。內(nèi)管直徑以在保證噴射料暢通輸送的前提下越小越好。內(nèi)、外管之間的距離應(yīng)保證高壓水具有一定的噴射壓力。迴轉(zhuǎn)器內(nèi)有送料氣閥，送料氣閥在噴射加固料入內(nèi)管口的上部，通過送料氣閥的高壓空氣可以加快加固材料輸送的速度。在起動(dòng)、停機(jī)時(shí)保證內(nèi)管暢通。上述高壓水噴咀、料噴咀都用高硬耐磨的材料制作，如合金鋼。噴料咀的直徑應(yīng)比顆粒骨料稍大，但要保證需要的噴射能力。料噴咀有咀套，也用高硬耐磨材料制作，可以更換。噴頭及料噴咀可以有多種結(jié)構(gòu)型式，可根據(jù)需要選用。變換噴頭和噴咀型式，該干噴器也可用于液態(tài)噴射或純粉態(tài)料噴射。
本發(fā)明提供的干噴器與上述日本“地基穩(wěn)定工法”中所用的注入管和過去的三重管相比，其優(yōu)點(diǎn)是簡化了結(jié)構(gòu)，可用雙重管噴射水、氣和固化材料等三種注入介質(zhì);迴轉(zhuǎn)器設(shè)有送料氣閥，保證輸料暢通;在下噴頭的噴料咀后面設(shè)有水噴咀和調(diào)節(jié)閥，可以使高壓水和加固料同軸噴射，二次切割土體，增大噴射距離。
干噴器的使用將在下面的實(shí)施例中，結(jié)合本發(fā)明的方法加以說明。
及本發(fā)明的實(shí)施例附圖1是本發(fā)明的整體概貌說明圖;
附圖2是干噴器的迴轉(zhuǎn)器的部分縱剖面圖;
附圖3是干噴器的下噴咀部分的縱剖面圖;
附圖4是干噴器的輸送管橫剖面圖A-A。
附圖標(biāo)記注釋1-高壓空壓機(jī);2-水箱;3-空氣流量計(jì);4-高壓水泵;5-噴射機(jī);6-空氣膠管;7-干粉、顆粒骨料輸入管;8-高壓水輸入膠管;9-干噴器的迴轉(zhuǎn)器;10-提升機(jī)構(gòu);11-旋轉(zhuǎn)裝置;12-旋轉(zhuǎn)鉆機(jī);13-干噴器外管;14-水噴頭;15-下噴頭;16-柱狀固結(jié)體;17-內(nèi)噴咀(壓力水噴咀);18-外噴咀(高壓空氣及干料噴咀);19-高壓水噴咀;20-送料氣閥;21-調(diào)節(jié)閥;22-干噴器的內(nèi)管;23-內(nèi)、外管之間的環(huán)形通路。
開始，高壓空壓機(jī)〔1〕、噴射機(jī)〔5〕、高壓水泵〔4〕不動(dòng)，啟動(dòng)旋噴鉆機(jī)〔12〕上的旋轉(zhuǎn)裝置〔11〕及提升裝置〔10〕將鉆桿鉆入地下，待鉆到預(yù)定深度后，提出鉆桿。然后，用提升裝置〔10〕將干噴器放入已鉆成的孔中，直至孔底。到此，準(zhǔn)備工作就緒，開始進(jìn)入噴射成樁階段。先啟動(dòng)鉆機(jī)〔12〕上的旋轉(zhuǎn)裝置〔11〕，使干噴器旋轉(zhuǎn)，然后依次啟動(dòng)高壓水泵〔4〕、高壓空壓機(jī)〔1〕、噴射機(jī)〔5〕、鉆機(jī)提升機(jī)構(gòu)〔10〕，使干噴器邊噴射、邊旋轉(zhuǎn)、邊提升。此時(shí)，高壓水泵〔4〕中的超高壓水通過高壓水輸入膠管〔8〕進(jìn)入干噴器的迴轉(zhuǎn)器〔9〕內(nèi)，然后沿外管〔13〕及內(nèi)管〔22〕之間的環(huán)形通路〔23〕進(jìn)入水噴頭〔14〕，并由高壓水噴射咀〔19〕噴入地基土壤內(nèi)。高壓水流一方面對原狀土壤進(jìn)行一次切割破碎，使其初步形成柱狀破碎區(qū)域;外一方面，也對料噴咀〔18〕噴出的加固料中的粉體水泥形成隔離層，阻止粉體水泥及其浮游物跑到上面。這種隔離作用在接近地表時(shí)，可以防止作業(yè)現(xiàn)場惡化。
在噴射超高壓水切割土體的同時(shí)，空壓機(jī)〔1〕中的高壓空氣通過空氣流量計(jì)〔3〕、噴射機(jī)〔5〕將噴射機(jī)中的粉體水泥、砂子、石子等天然骨料經(jīng)過干料輸入管〔1〕送到干噴器的迴轉(zhuǎn)器〔9〕內(nèi)。空壓機(jī)〔1〕中還有一部分高壓空氣經(jīng)空氣膠管〔6〕、送料氣閥〔20〕進(jìn)入迴轉(zhuǎn)器〔9〕內(nèi)。高壓空氣和噴射料共同進(jìn)入干噴器的內(nèi)管〔22〕中，并沿著內(nèi)管〔22〕向下進(jìn)入下噴頭〔15〕，然后通過料噴咀〔18〕噴入土體。送料氣閥〔20〕進(jìn)來的高壓空氣使進(jìn)入內(nèi)管的噴射料迅速向下輸送而不致于在內(nèi)管上部進(jìn)料口發(fā)生堵塞現(xiàn)象。環(huán)形通路〔23〕中的部分高壓水經(jīng)下噴頭的調(diào)節(jié)閥〔21〕、內(nèi)噴咀(高壓水噴咀)〔17〕和外噴咀(空氣及顆粒骨料噴咀)〔18〕與空氣和加固料同軸同方向噴出。此時(shí)，在外噴咀〔18〕的出口處，空氣及顆粒骨料在高壓水流外圍成環(huán)狀噴出。這股噴射流與上述的從水噴咀〔19〕噴出的高壓水是同步同方向噴射的。由內(nèi)噴咀〔17〕噴出的高壓水流，在外噴咀〔17〕噴出的空氣和顆粒狀骨料形成的氣環(huán)保護(hù)下，對已被初步切割破碎的土體進(jìn)行二次切割。由于在氣環(huán)保護(hù)下噴射距離大，致使破碎體的區(qū)域增大。在高壓水二次切割破碎土體的同時(shí)，噴出的固結(jié)材料直接噴入被破碎的土體縫隙中。因此，不但固結(jié)材料所填充的破碎范圍大大增加，而且固結(jié)材料將直接與土體攪拌、結(jié)合，大部分立即同高壓水浸合。一小部分上升的粉狀固結(jié)材料也由于上部高壓水的隔離、密封而與上部高壓水浸合，形成凝固體。因此土壤中的含水量幾乎沒有增加，上溢至地面的混合固結(jié)體數(shù)量也很少，也就是說噴入的固結(jié)材料損失很少。干噴器如此連續(xù)旋轉(zhuǎn)、提升、噴射，便在土壤中形成了大直徑的、由水泥、沙子、石子等加固料和水、破碎的土壤拌和而成的結(jié)合體，即干噴樁。這種干噴樁與液態(tài)噴射或純粉態(tài)噴射所形成的樁相比，強(qiáng)度(或樁的承載力)可提高2-3倍，而加固成本可降低60%以上。
權(quán)利要求
1.一種用于地基加固的高壓旋轉(zhuǎn)干噴法，在地基成孔后放入旋噴管，旋噴管一邊提升，一邊旋轉(zhuǎn)噴射高壓水切割破碎土體，并將加固材料噴注進(jìn)被破碎的土體中形成柱狀固結(jié)體，本發(fā)明的特征在于，所說的加固材料是同時(shí)使用干態(tài)粉狀材料和顆粒狀骨料，在加固材料和高壓空氣同時(shí)噴射形成的保護(hù)氣環(huán)下，引入高壓水對土體進(jìn)行二次切割。
2.一種專用于權(quán)利要求
1所說的高壓旋轉(zhuǎn)干噴法的雙管旋轉(zhuǎn)干噴器，包括迴轉(zhuǎn)器〔9〕、輸送管〔13〕、〔22〕、水噴頭〔14〕和下噴頭〔15〕，并依照上述順序互相連接，水噴頭〔14〕有高壓水噴射咀〔19〕，下噴頭有料噴咀〔18〕;其特征在于，迴轉(zhuǎn)器〔9〕內(nèi)還有送料氣閥〔20〕，下噴頭還有內(nèi)噴咀(壓力水噴咀)〔17〕和調(diào)節(jié)閥〔21〕，內(nèi)噴咀〔17〕、外噴咀(料噴咀)〔18〕和調(diào)節(jié)閥〔21〕具有同一軸線。
專利摘要
一種用于地基加固的高壓旋轉(zhuǎn)干噴法，使用雙管旋轉(zhuǎn)干噴器作為專用加固機(jī)具，同時(shí)使用干態(tài)粉狀材料和顆粒狀骨料作加固材料，引入高壓水對土體進(jìn)行二次切割。與高壓液態(tài)噴射和純粉態(tài)料噴射相比，加固體的強(qiáng)度可提高2～3倍，成本降低60％以上。
文檔編號E02D3/00GK85101005SQ85101005
公開日1986年5月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者王吉望, 李樹延, 牛虹 申請人:冶金工業(yè)部建筑研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan