定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头、搅拌桩钻机及施工方法与流程

本发明涉及一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头及水泥土搅拌桩施工方法。适用于岩土工程软土加固。

背景技术：

1、随着城市建设的不断加快，工程中遇到的软土问题越来越突出，水泥土搅拌桩技术由于其具有最大化利用原状软弱土体、施工简单、施工速度快、噪音低、造价低等优点，目前广泛应用于基坑工程、桩基础工程、护岸加固工程和防渗工程等。

2、水泥土搅拌桩在基坑工程中通常与灌注桩结合，形成基坑止水帷幕，发挥其挡水作用；而当采用水泥土搅拌桩形成重力式水泥土墙，并应用于基坑工程和护岸加固工程时，由于水泥土材料的侧向抗弯承载力低，因此需要增加水泥土搅拌桩的排数形成一定厚度的墙体，并依靠墙体自重平衡墙后土压力。在实际工程中，由于水泥土搅拌桩形成的墙体具有占用周边场地大、变形大等特点，导致该技术并不适用于场地周边有需严格控制位移的建(构)筑物及周边无足够施工场地的情况。

3、目前在基坑工程中，通过在水泥土搅拌桩中插入h型钢等劲性材料提高水泥土搅拌桩的侧向抗弯承载力，但在实际工程中，h型钢插入的垂直度及h型钢的回收一直是影响支护桩工程质量和工程造价的重要因素。

4、专利申请号202311597473.x和202311225073.6等公开文件中，已经考虑通过在固化剂中增加石棉纤维和塑料短纤维以提高水泥固化土的侧向抗弯承载力。然而，按照上述工艺成型的水泥土搅拌桩中，石棉纤维和塑料短纤维在状体内部随机乱向分布，无法充分发挥纤维的抗拉能力。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头、搅拌桩钻机及施工方法。

2、本发明所采用的技术方案是：一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于，包括：

3、空心钻杆，其上开设有至少一个用于喷出钢纤维水泥土的喷浆孔，该钻杆下端装有锥形钻尖，钻杆外侧装有搅拌刀片；

4、薄壁套筒，同轴套装于所述空心钻杆，该套筒内径基于钢纤维水泥土搅拌桩直径确定；

5、磁场生成装置，安装于所述薄壁套筒上，用于在薄壁套筒中生成影响薄壁套筒内钢纤维水泥土中钢纤维分布方向的磁场；

6、电源控制器，与所述磁场生成装置经线缆电路连接，用于控制磁场生成装置通断电及磁场强度。

7、所述薄壁套筒下端制有钢刃角。

8、所述薄壁套筒经多根连杆与所述空心钻杆连接。

9、所述空心钻杆侧面固定有线缆保护套，线缆保护套下端与所述连杆对应，线缆保护套上端向上延伸；

10、所述电源控制器和磁场生成装置之间的线缆穿装于所述连杆和线缆保护套内。

11、所述薄壁套筒、连杆、线缆保护套内部均涂刷绝缘漆，绝缘漆厚度为1mm。

12、所述磁场生成装置包括直流线圈，直流线圈均匀缠绕于薄壁套筒内部。

13、所述空心钻杆内设有能根据其内注浆压力开闭喷浆孔的自动启闭器。

14、所述自动启闭器具有设置于所述空心钻杆内下端的橡胶弹簧，橡胶弹簧上端连接圆钢板，圆钢板经挡块支架连接挡块，挡块与空心钻杆上的喷浆孔一一对应设置。

15、一种搅拌桩钻机，其特征在于：安装有所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头。

16、一种定向钢纤维水泥土搅拌桩施工方法，其特征在于，包括：

17、第一步，将施工场地进行平整压实，根据工程设计图纸，测量定位出定向钢纤维水泥土搅拌桩的准确桩位，并做好标记；

18、第二步，将安装有所述的搅拌桩钻机移到加固区，确保桩架垂直；

19、第三步，根据现场地勘资料及现场或室内试验确定的钢纤维水泥浆配合比，先配制一定质量比例的水泥浆液；将配制好的水泥浆液喷入软土中，同时搅拌钻头正循环钻进至设计深度；

20、第四步，开启电源控制器开关，使薄壁套管内部磁场生成装置处于通电状态，进而在薄壁套管内形成磁场；按照钢纤维水泥浆配比，配制剩余质量比例的水泥浆液并掺入全部钢纤维；将一定质量比例的钢纤维水泥浆液喷入软土中，同时反循环提钻并对软土进行搅拌；

21、第五步，保持磁场生成装置处于通电状态，关闭与空心钻杆相连通的高压注浆泵，重复搅拌下钻至设计深度；

22、第六步，保持直流线圈处于通电状态，反循环提钻并再次喷射剩余钢纤维水泥浆液；

23、第七步，将搅拌钻机移至下一桩位，重复第二步～第六步进行定向钢纤维水泥土搅拌桩施工。

24、本发明的有益效果是：本发明通过在水泥浆液中掺入钢纤维，配合磁场生成装置产生磁场，使水泥土搅拌桩中钢纤维的分布方向与桩轴向方向接近或一致，充分发挥钢纤维抗拉强度大的特点，提高钢纤维的利用率，显著提升水泥土搅拌桩的侧向抗弯承载能力。

25、本发明搅拌钻头设有薄壁套筒，可以防止钢纤维水泥浆液在喷射过程中产生外溢，确保定向钢纤维水泥土搅拌桩的桩体质量。

26、利用本发明的搅拌钻头及施工方法，所制备的定向钢纤维水泥土搅拌桩侧向抗弯承载力显著提升，可作为基坑工程中的支护桩，及在基础工程中需要承受水平荷载的工程桩，大大拓展了水泥土搅拌桩的适用范围。

27、本发明仅对原有的水泥土搅拌桩钻机进行少量改进，并不增加施工难度，易于在实际工程中进行推广，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述薄壁套筒下端制有钢刃角，薄壁套筒高度为150～200cm，钢刃角高度为10～20cm。

3.根据权利要求1所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述薄壁套筒经多根连杆与所述空心钻杆连接。

4.根据权利要求3所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述空心钻杆侧面固定有线缆保护套，线缆保护套下端与所述连杆对应，线缆保护套上端向上延伸；

5.根据权利要求4所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述薄壁套筒、连杆、线缆保护套内部均涂刷绝缘漆，绝缘漆厚度为1mm。

6.根据权利要求1所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述磁场生成装置包括直流线圈，直流线圈均匀缠绕于薄壁套筒内部，直流线圈匝数为800～1000匝。

7.根据权利要求1所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述空心钻杆内设有能根据其内注浆压力开闭喷浆孔的自动启闭器。

8.根据权利要求7所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于：所述自动启闭器具有设置于所述空心钻杆内下端的橡胶弹簧，橡胶弹簧上端连接圆钢板，圆钢板经挡块支架连接挡块，挡块与空心钻杆上的喷浆孔一一对应设置。

9.一种搅拌桩钻机，其特征在于：安装有权利要求1～8任意一项所述的定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头。

10.一种定向钢纤维水泥土搅拌桩施工方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明涉及一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头及水泥土搅拌桩施工方法。适用于岩土工程软土加固技术领域。本发明所采用的技术方案是：一种定向钢纤维水泥土搅拌桩钻头，其特征在于，包括：空心钻杆，其上开设有至少一个用于喷出钢纤维水泥土的喷浆孔，该钻杆下端装有锥形钻尖，钻杆外侧装有搅拌刀片；薄壁套筒，同轴套装于所述空心钻杆，该套筒内径基于钢纤维水泥土搅拌桩直径确定；磁场生成装置，安装于所述薄壁套筒上，用于在薄壁套筒中生成影响薄壁套筒内钢纤维水泥土中钢纤维分布方向的磁场；电源控制器，与所述磁场生成装置经线缆电路连接，用于控制磁场生成装置通断电及磁场强度。技术研发人员：周晓智,张伟狄,孟丹,俞焰,肖莞生,戴晶受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17