一种高压注浆装置及控制方法与流程

1.本发明涉及岩土工程地基处理领域，尤其是涉及一种高压注浆装置及控制方法。


背景技术：

2.高压喷射注浆技术是利用高压浆液形成的高压射流，旋转冲击切割地层土体，使土体颗粒与水泥浆拌和、凝结，从而形成加固水泥土以提高地基的防渗或承载能力。因其工艺简单造价合理，目前广泛应用于复杂地质条件下的地基处理和孔壁加固施工中。
3.压密灌浆一种静压注浆技术，通过钻孔在地基土中灌入浓稠的浆液，在出浆段将四周土体挤密形成浆泡，随着土层孔隙水压力升高挤压土体，直至出现剪切裂缝，浆液随之充填裂缝形成浆脉，使得土体内形成新的网状骨架结构。一般只需较少浆液即可达到改善桩底承载能力的效果。
4.以上两种技术均需在钻管内形成高压水泥浆体，在钻头附近进行旋喷或灌注。但在目前的实际施工作业中，两者所需的大型施工设备有所不同，分别使用专用的高压旋喷机及压密注浆机，对于同时包含高压旋喷加固和压密注浆的项目工程来说增加了设备的使用、交替、维护成本；且使用某一种设备仅能完成孔壁或孔底的加固，对于土质软弱地区持力层和侧壁均需加固的孔来说，传统的两种技术无法在一次下孔作业的条件下完成，导致在诸多工程中仅能选取其中一种加固方法，影响了施工效率和桩孔质量。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供了一种高压注浆装置及方法，既能高压旋转喷射切割土体并由钻具旋转拌和进行桩周加固，又能将高压浆液通过底孔排出进行压密注浆，可在一次下孔作业中依次完成挖孔、压密加固、旋喷加固的工程任务，极大提升施工效率，为地基处理提供优化方案。
6.本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
7.一种高压注浆装置，所述高压注浆装置包括注浆管、钻管、牵引装置、钻头及蜗轮蜗杆联动系统；
8.其中，所述注浆管设置于所述钻管的内部，与所述钻管同轴设置；
9.所述注浆管和钻管的上端均与所述牵引装置连接；
10.所述注浆管的下端用于与所述蜗轮蜗杆联动系统连接；
11.所述钻管的下端用于连接所述钻头。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述注浆管内形成有内腔，所述注浆管与所述钻管之间形成有外腔，所述注浆管和钻管在所述牵引装置的控制下相对独立旋转。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述蜗轮蜗杆联动系统包括一个蜗轮和两个蜗杆，两个所述蜗杆对称设置在所述蜗轮的两侧。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括旋喷
装置，其设置于所述注浆管上的中部圆周上。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述注浆管的下端通过铆接头与所述蜗轮蜗杆联动系统的所述蜗轮连接。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钻头设置有两个，且左右对称设置在所述钻管的两侧，且两个所述钻头的内壁与所述注浆管的外壁贴合设置。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，两个所述蜗杆分别连接左右对称设置的两个所述钻头。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旋喷装置包括在所述圆周周向上对称布置的两个内喷嘴，两个所述内喷嘴在所述注浆管和钻管之间延伸形成的喷浆通道、及所述喷浆通道与所述钻管的管壁相交构成的外喷口。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旋喷装置还包括在所述钻管的内壁上设置的与所述外喷口在圆周上呈一定角度的相互对称的密封塞。
20.本发明还提供了一种高压注浆装置的控制方法，包括如下步骤：所述高压注浆装置处于第一位置，其中左右所述钻头处于闭合状态，所述高压注浆装置的旋喷装置处于连通状态，所述高压注浆装置进行钻进或高压旋喷作业；
21.所述高压注浆装置在被施加扭矩后，所述旋喷装置处于断开状态，同时所述蜗轮蜗杆联动系统的蜗轮受扭旋转，带动两侧所述蜗轮蜗杆联动系统的蜗杆旋转，进一步带动左右所述钻头由闭合状态变为张开状态，所述高压注浆装置处于第二位置并进行压密注浆作业，所述第一位置不同于第二位置。
22.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一位置为该装置进行施工作业的第一种工况，即此时要求左右钻头闭合，旋喷装置处于连通状态，高压注浆装置进行钻进或高压旋喷作业；第二位置为该装置进行施工作业的第二种工况，即此时要求旋喷装置受扭矩作用处于断开状态，同时蜗轮受扭矩驱动旋转，带动两侧蜗杆旋转，进一步带动左右钻头由闭合状态变为张开状态，高压注浆装置进行压密注浆作业。
23.本发明的有益技术效果
24.本发明实施例提供的高压注浆装置及控制方法，其中所述高压注浆装置包括注浆管、钻管、牵引装置、钻头及蜗轮蜗杆联动系统；所述注浆管设置于所述钻管的内部，与所述钻管同轴设置；所述注浆管和钻管的上端均与所述牵引装置电连接；所述注浆管的下端用于与所述蜗轮蜗杆联动系统连接；所述钻管的下端用于连接所述钻头。本发明的高压注浆装置在旋喷状态时，可通过闭合的钻头进行下钻，无需专用的引孔设备，到达指定深处后根据需要改变钻头开合状态，注入不同压强的浆体进行注浆或旋喷作业，精简施工设施和流程，节约时间成本；能够在一次下孔作业中快速实施先注浆挤密孔底，再旋喷加固孔壁的处理方法，极大提升地基处理效果。
附图说明
25.以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
26.图1为本发明的实施例中的高压注浆装置的结构示意图，该图中钻头闭合，处于旋
喷或钻进状态；
27.图2为本发明的实施例中的高压注浆装置的另一结构示意图，该图中钻头张开，处于压密注浆状态。
28.图中：1、注浆管；2、钻管；3、内腔；4、外喷口；5、内喷嘴；6、喷浆通道；7、密封塞；8、铆接头；9、蜗轮；10、蜗杆；11、固定蜗轴；12、钻头；13、电机；14、变向蜗轮。
具体实施方式
29.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.一种高压注浆装置，所述高压注浆装置包括注浆管、钻管、牵引装置、钻头及蜗轮蜗杆联动系统；
31.其中，所述注浆管设置于所述钻管的内部，与所述钻管同轴设置；
32.所述注浆管和钻管的上端均与所述牵引装置连接；
33.所述注浆管的下端用于与所述蜗轮蜗杆联动系统连接；
34.所述钻管的下端用于连接所述钻头。
35.如图1
‑
图2所示，本发明的高压注浆装置包括注浆管1、钻管2、电机13、钻头12、蜗轮9、两个蜗杆10及旋喷装置；
36.其中，所述注浆管1设置于所述钻管2的内部，与所述钻管2同轴设置，用于容存高压浆体并通过旋喷装置的内外喷口将高压浆体喷出；所述注浆管1和钻管2的上端均与所述牵引装置电连接，牵引装置为旋转的电机13；所述注浆管1外壁的下端与所述蜗轮9连接，电机13施加扭矩使注浆管1旋转，从而带动蜗轮9转动；所述钻管2以电机13作为牵引装置，在电机13的驱动下，钻管2被施加扭矩进行旋转；所述钻管2的下端连接所述钻头12；所述蜗杆10对称设置在所述蜗轮9的两侧；所述旋喷装置设置于所述注浆管1上。
37.用于富水溶洞的兼具压密与旋喷双功能作用的高压注浆装置，其中，用于输送高压浆体的注浆管1为可旋转圆柱形，其内包括容存高压浆体的内腔3，所述注浆管1与所述钻管2之间还形成有外腔，所述内腔3和外腔在所述电机13的控制下能够独立旋转，注浆管1外壁下部与蜗轮9连接并带动其转动，能够起到控制钻头12闭合与张开的作用，钻管2外壁带动两钻头12转动进而使钻头12削钻岩土体，注浆管1与蜗轮9、钻管2与钻头12这两部分旋转相互独立不影响。
38.该注浆管1在上部与电机13连接，在下部末端与蜗轮9通过铆接头8进行铆接，电机13施加扭矩带动注浆管1外壁转动同步带动蜗轮9转动，蜗轮9与蜗杆10组成联动系统，紧密咬合传动，实现一体同步控制；两蜗杆10对称布置在蜗轮9两侧，分别与两侧钻头12连接，并分别与蜗轮9垂直紧密咬合，构成蜗轮蜗杆联动系统，用于精准控制钻头12闭合与张开。蜗杆10的固定蜗轴11与钻管2保持相对静止，两钻头12分别与左右两蜗杆10保持相对静止；两钻头12的内壁与所述注浆管1的外壁贴合设置，保证注浆管1的内腔3的高压浆体在钻头12闭合状态下不外漏、在钻头12张开状态下顺着内腔3的内壁流出。
39.优选地，旋喷装置包括沿注浆管1中部周向对称开口布置的两个高压浆体内喷嘴5、两个所述内喷嘴沿注浆管1和钻管2的两管径向延伸在两管间构成的喷浆通道6、及所述喷浆通道6与所述钻管2的管壁相交构成的两个外喷口4；在钻管2内壁上还设置一对与外喷
口4在圆周上呈一定角度的相互对称的密封塞7，一定角度为20
°‑
50
°
，本发明中优选30
°
，密封塞7在高压注浆装置错位旋转时对喷浆通道6具有紧密封闭的作用。
40.优选地，兼具压密与旋喷双功能作用的高压注浆装置在工作时：借助对电机13的操控，两侧钻头12可以实现张开或闭合，当控制电机13施加逆时针扭矩时，注浆管1右旋一定角度并抱死，扭矩通过注浆管1和蜗轮9传递给两侧蜗杆10，控制两钻头12闭合，从而在注浆管1的内腔3内形成高压封闭空间，喷浆通道6与密封塞7错位不相对接，喷嘴5通过喷浆通道6与外喷口4轴向相接，高压浆体可以通过两侧外喷口4喷出，同时借助电机13对钻管2与注浆管1同步持续施加扭矩，高压注浆装置整体旋转，实现高压旋喷，本发明中优选右旋30
°
。
41.当控制电机13施加顺时针扭矩时，注浆管1左旋一定角度并抱死，注浆通道6与外喷口4错位并与密封塞7对接密封，不再喷出高压浆体，注浆管1带动蜗轮9，进一步带动两侧蜗杆10和钻头12旋转，此时两侧钻头12打开，内腔3与钻头12下部削钻的破碎岩土体连通，则内腔3内的高压浆体可灌入下方土体中，实现压密注浆，本发明中优选左旋30
°
。
42.优选地，对于两蜗杆10，其中一对蜗杆10包含变向蜗轮14，以保证两蜗杆10相向同步旋转，使两钻头12同时开启同时关闭。
43.优选地，本兼具压密与旋喷双功能作用的高压注浆装置的控制过程：下孔前，通过电信号控制电机13向右旋紧注浆管1，并通过电机13内的机械卡扣锁死，此时内喷嘴5与外喷口4连通，两侧钻头12紧密闭合，内腔3下部封闭仅在内喷嘴5处与外界连通，高压注浆装置处于高压旋喷模式，如图1所示，高压注浆装置通过旋转下压钻入土体，同时运用泥浆循环进行护壁、运送渣体、润滑降温钻头12；
44.在钻头12达到指定钻进深度需要进行压密注浆时，电信号控制电机13左旋一定角度，带动注浆管1、蜗轮9和蜗杆10、进而带动钻头12向左旋转，钻头12张开并适当插入土体，通过内腔3泵送高压浆体至下方土体，进行压密注浆，如图2所示，需进行高压旋喷作业时，提升高压注浆装置至作业位置，先泵送旋喷作业所需水泥浆体排出内腔3内滞留的压密浆体，再通过电信号控制高压注浆装置处于高压旋喷模式，加压泵送浆体，电机13控制注浆管1和钻管2同步旋转，提升高压注浆装置，通过高压浆体和钻头12旋转削切搅拌水泥土，进行高压旋喷作业。
45.优选地，本发明的高压注浆装置的控制方法，包括如下步骤：所述高压注浆装置根据实际工况要求在外部牵引设施的控制下处于第一位置，即该装置进行施工作业的第一种工况，此处需要进行高压旋转喷射切割土体并由钻具旋转拌和进行桩周加固，其中左右所述钻头12闭合，所述旋喷装置处于连通状态，所述高压注浆装置进行钻进或高压旋喷作业，外部牵引设施即为电机13；
46.所述高压注浆装置在被施加扭矩后，所述旋喷装置处于断开状态，同时所述蜗轮9受扭旋转，带动两侧蜗杆10旋转，进一步带动左右所述钻头12由闭合状态变为张开状态，所述高压注浆装置根据实际工况要求在外部牵引设施的控制下处于第二位置，即该装置进行施工作业的第二种工况，此处需要在钻孔底部的地基土中灌入高压浆液以提升桩基承载力，钻头12由闭合状态变为张开状态，高压注浆装置进行压密注浆作业。
47.具体来说，其中，左右钻头12借助蜗轮蜗杆的咬合实现密闭，内喷嘴5与外喷口4通过喷浆通道6实现连通，该高压注浆装置处于第一种工况，进行钻进作业或注浆进行高压旋
喷作业；当上部控制电机13对高压注浆装置的内腔施加扭矩，高压注浆装置内腔旋转使得内喷嘴5与外喷口4错位，钻管2内壁上的密封塞7封闭喷浆通道6，同时内腔末端的蜗轮9受扭旋转，带动两侧蜗杆10旋转，进一步带动左右钻头12由闭合状态变为张开状态，内腔与外界连通，该高压注浆装置处于第二种工况，内腔的高压浆体可由注浆管1正下方的出浆口排出进行压密注浆。
48.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。