[发明专利]潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺及设备

权利要求书

1.一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备包括：

钻杆；

潜孔冲击器，设置在所述钻杆的底端；

搅拌装置，采用间隔设置的叶片，且所述搅拌装置以组合形式设置在所述钻杆及所述潜孔冲击器的外壁；

喷嘴，设置在所述潜孔冲击器的外侧；

其中，所述钻杆与潜孔冲击器之间具有连通的高压空气通路；所述潜孔冲击器还包括：与钻杆连接的：高压浆液管路，所述高压浆液管路与高压空气通路相分隔；所述喷嘴连接所述高压浆液管路；

所述潜孔冲击器包括：上端口、下端口、位于上端口和下端口之间的中空内腔、包围所述中空内腔的侧壁、连接在所述下端口上的内筒、连接在所述内筒之外的套管、连接在所述内筒和套管底部的潜孔冲击器钎头、以及设置在所述套管外侧的喷嘴，其中，所述喷嘴位于所述潜孔冲击器钎头的上方；

其中，所述喷嘴为高压喷嘴，所述侧壁与所述套管连接；所述上端口的端部还设有高压注浆管连接接头，以实现与高压注浆管的连接；所述高压浆液管路，用于输送高压水或高压浆液，所述高压浆液管路连接所述钻杆并且所述高压浆液管路连接所述套管；所述套管中设有高压水/浆管路，与所述高压浆液管路连接；所述高压水/浆管路到达所述潜孔冲击器底部的所述高压喷嘴；

所述高压浆液管路包括：沿所述钻杆的轴线设置的第一段管路、设置在所述侧壁中并沿平行所述钻杆的轴线设置的第三段管路、以及连接在所述第一段管路和第三段管路之间的第二段管路，所述第二段管路沿所述钻杆的径向设置；

其中，钻进成孔作业状态下，高压空气通过所述高压空气通路到达所述潜孔冲击器并驱动所述潜孔冲击器对土体进行冲击破坏，高压水通过所述高压浆液管路到达所述喷嘴并配合所述搅拌装置的旋转作业对土体进行旋切搅拌和软化；成桩作业状态下，水泥浆通过所述高压浆液管路到达所述喷嘴，所述搅拌装置将水泥浆和软化的土体搅拌混合。

2.如权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，其特征在于，所述喷嘴的喷射方向为水平或斜向下，所述喷嘴的数目为多个。

3.一种潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，采用权利要求1所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工设备，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺包括以下步骤：

步骤A：利用位于钻杆底端的潜孔冲击器，在冲击下沉过程中产生的高频振动和高压空气对土体进行冲击破坏进行成孔；

步骤B：潜孔冲击器工作的同时，喷嘴喷出高压水进行侧向旋喷；

步骤C：潜孔冲击器工作的同时，搅拌装置同步旋转作业；结合所述高压水的切割作用，对土体进行旋切搅拌，使土体软化成流塑状态，为后续喷射水泥浆提供条件。

4.如权利要求3所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，成孔达到设计标高后将高压水切换为高压水泥浆，喷嘴喷射高压水泥浆的同时，搅拌装置将高压水泥浆和流塑状态的土进行二次搅拌，通过喷嘴的潜孔冲击旋喷、以及搅拌装置的旋切搅拌的联合作用，使流塑状态的土和高压水泥浆充分混合，形成水泥土桩。

5.如权利要求3或4所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺用于施工帷幕桩和复合地基时，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺具体包括：

步骤D：桩位测放：按照设计桩位，采用传统测量设备或GPS定位测量技术进行桩位测量及定位；

步骤E：钻进成孔作业：潜孔冲击旋喷搅拌桩机就位后，开启动力装置驱动钻杆转动，向钻杆底部潜孔冲击器提供高压空气，驱动冲击器开始工作；搅拌装置在钻杆的驱动用下开始旋转作业，对土体进一步旋切搅拌；钻进的同时向钻杆提供不小于15MPa压力的高压水，进行切割软化土体；在高频振动、旋切搅拌、高压水、高压气共同作用下，一边破坏土体一边下沉钻进，当遇坚硬障碍物时，直接冲击破碎，利用搅拌装置将破碎形成的块体与流塑状态的土体搅拌均匀；

步骤F：成桩作业：当成孔至设计深度后，将所喷射的高压水切换为高压水泥浆，通过高压水泥浆的高压射流及搅拌装置的二次搅拌作用，将高压水泥浆与流塑状态的土混合均匀，根据施工需要提升、下放钻头进行重复旋喷搅拌，形成桩体。

6.如权利要求3或4所述的潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺，其特征在于，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺用于施工桩基础和抗浮锚杆时，所述潜孔冲击旋喷搅拌桩施工工艺具体包括：

步骤H：桩位测放：按照设计桩位，采用传统测量设备或GPS定位测量技术进行桩位测量及定位；

步骤I：水泥土外桩成孔作业：潜孔冲击旋喷搅拌桩机就位后，开启动力装置驱动钻杆转动，向钻杆底部潜孔冲击器提供高压空气，驱动冲击器开始工作，搅拌装置在钻杆的驱动用下开始旋转作业，对土体进一步旋切搅拌；钻进的同时向钻杆提供不小于15MPa压力的高压水，进行切割软化土体；在高频振动、旋切搅拌、高压水、高压气共同作用下，一边破坏土体一边下沉钻进，当遇坚硬障碍物时，直接冲击破碎，利用搅拌装置将破碎形成的块体与流塑状态的土体搅拌均匀；

步骤J：水泥土外桩成桩作业：当成孔至设计深度后，将所喷射的高压水切换为高压水泥浆，通过高压水泥浆的高压射流及搅拌装置的二次搅拌作用，将高压水泥浆与流塑状态的土混合均匀，根据施工需要提升、下放钻头进行重复旋喷搅拌，形成桩体；

步骤K：芯桩成桩作业：其中，所述芯桩成桩作业具体为：

当芯桩为现浇钢筋混凝土桩时，在水泥土外桩成桩4～6小时后,采用沉管钻机套管跟进冲击成孔,冲击成孔的同时,对水泥土外桩进行挤密加固,达到设计深度后下放钢筋笼,浇筑芯桩混凝土,提拔套管成桩；或者

当芯桩为预制管桩时，在水泥土外桩成桩后，立即采用振动法、锤击法或静压法将预制管桩下放至设计标高；或者

当用于抗浮锚杆施工时，水泥土外桩成桩后，植入锚杆。