【技术实现步骤摘要】
本技术涉及岩土工程粉喷搅拌桩工法的施工钻机装备，具体来说涉及一种多通道粉喷搅拌桩钻机装备。
技术介绍
1、在我国国土范围内存在大面积的软土地区，主要分布在沿海一带。此外，内陆的湖泊、沼泽地区也存在软土分布，如洞庭湖、洪泽湖、太湖等地区的湖相沉积层，以及各大河流的中下游地区的河滩沉积层。
2、在这些地区，软土广泛分布，对工程建设和道路建设技术提出了巨大挑战。例如，在高速公路、铁路、桥梁等工程建设中，软土地区的地基处理是一个非常关键的技术环节，需要采用地基加固、排水固结等技术措施，以确保工程的安全和稳定性。粉喷搅拌桩工法是以水泥或石灰等固化剂粉料作为加固材料，通过专用的干喷施工机械设备，利用压缩空气将粉体加固材料以雾状旋转喷入地基土中，凭借钻具叶片的旋转搅拌，使粉体加固材料与原位地基土通过强力混合搅拌，在短时间内形成具有整体性强、水稳性好和承载力高的桩体。采用粉喷桩施工技术，粉喷施工具有振动小、无污染、速度快，并且施工机械简单、施工效率高和工程造价低等优点。
3、针对粉喷搅拌桩施工技术，国内外开发出了一系列单向搅拌粉喷桩施工钻机，但目前现有钻机施工仍存在以下技术问题亟待解决：
4、1、粉喷搅拌桩施工要求比较高，需要专业技术人员操作，由于供料速度与供料量通常由施工人员手动控制，施工质量难以满足设计要求，甚至会出现堵管及断料现象。
5、2、目前粉喷搅拌桩施工桩径一般为500mm，长度小于15m，且无法进行大直径粉喷搅拌桩施工；当施工桩径和桩长超过上述指标时，施工中易产生桩径不足，固化剂搅拌
6、3、粉喷搅拌钻头通常采用与湿喷搅拌桩类似的单向搅拌钻具结构形式，然而，这种钻头结构不能保证固化剂干粉在地基土体中充分搅拌均匀，导致成桩质量较差。
7、4、气固混合两相流体采用气力输送方式通过输送管路输送，当管道中输送的高压气体压力不足或粉料喷口深度位置受到地内压力过大时，常易发生堵管和喷射半径不足的现象。
技术实现思路
1、针对现有的粉喷搅拌桩施工装备的特点及所面临的技术问题，本技术提出了一种多通道粉喷搅拌桩钻机装备，采用多层互剪搅拌钻头可对固化土体进行错层剪切搅拌，可达到均匀搅拌效果。同时，通过钻头内的凹面聚焦结构，利用高压气流和气固两相流对聚焦凹面喷射冲击反射产生二次气化，可大大提高粉喷桩搅拌的均匀性和桩身强度。
2、为本技术之目的，采用以下技术方案予以实现：
3、一种多通道粉喷搅拌桩钻机装备，包括钻机主体，所述钻机主体包括钻杆和多层互剪搅拌钻头；所述钻杆内至少设置有气料通道和气流通道；所述多层互剪搅拌钻头连接在钻杆的底部，多层互剪搅拌钻头的底部内设置有聚焦区域；所述聚焦区域与气料通道的出料端和气流通道的出料端均连通，所述多层互剪搅拌钻头的底部还设置有与聚焦区域连通的出料喷口；通过向所述钻机主体持续供应高压气体，使固化剂粉料和高压气体分别经过钻杆内的气料通道和气流通道输送至多层互剪搅拌钻头底部的聚焦区域内，并在聚焦区域内经聚焦反射混合气化形成均匀混料，并由所述多层互剪搅拌钻头的出料喷口处喷出。
4、作为优选，所述钻杆包括外搅拌杆和内搅拌杆；所述内搅拌杆转动连接在外搅拌杆内，所述气料通道和气流通道并排固定设置在内搅拌杆内。
5、作为优选，所述钻杆包括外搅拌杆和内搅拌杆；所述内搅拌杆转动连接在外搅拌杆内，所述气料通道固定设置在内搅拌杆中心轴线上，所述气料通道和内搅拌杆之间的环形间隙形成所述气流通道，并利用三肋支撑架固定所述气料通道。
6、作为优选，所述钻杆包括外搅拌杆和内搅拌杆；所述内搅拌杆转动连接在外搅拌杆内，所述气料通道设置在内搅拌杆内，所述外搅拌杆和内搅拌杆之间的环形间隙形成所述气流通道。
7、作为优选，所述多层互剪搅拌钻头包括搅拌外框、第一搅拌翼、第二搅拌翼、掘进钻头；所述搅拌外框上端与所述外搅拌杆固定连接，所述搅拌外框下端通过滑套与所述内搅拌杆转动连接，所述第一搅拌翼分层固定连接在所述搅拌外框内侧；所述第二搅拌翼分层固定连接在所述搅拌外框内部的所述内搅拌杆上，所述第一搅拌翼与第二搅拌翼错位间隔布置且互不干涉；所述外搅拌杆带动所述搅拌外框与第一搅拌翼转动，所述内搅拌杆带动所述第二搅拌翼转动；所述掘进钻头固定连接在内搅拌杆的底部，所述聚焦区域设置在掘进钻头内，所述出料喷口设置在掘进钻头的外周壁上。
8、作为优选，所述掘进钻头与所述内搅拌杆底部之间设置有引流接头，所述引流接头上设置有与所述气料通道连通的第一引流通道，所述引流接头上设置有与所述气流通道连通的第二引流通道；且所述第一引流通道的下端和所述第二引流通道的下端均呈扩口状结构。
9、作为优选，所述多层互剪搅拌钻头的底部内设置有聚焦腔；所述聚焦腔的底部设置有聚焦件；所述聚焦件的顶面设置有开口向上的聚焦凹面，所述聚焦凹面与气料通道的出料端和气流通道的出气端之间形成所述聚焦区域。
10、作为优选，所述出料喷口包括所述远端喷口和所述近端喷口，所述远端喷口通过喷嘴导管设置在掘进钻头的一侧壁上，所述近端喷口设置在掘进钻头与远端喷口相对的侧壁上，且远端喷口和近端喷口水平对齐设置，所述聚焦凹面的聚焦点位于所述远端喷口和所述近端喷口的水平线下方。
11、作为优选，所述钻机主体还包括塔架桅杆、斜拉支撑、设备平台、驱动装置和行走单元；所述塔架桅杆竖直设置在所述设备平台上，所述斜拉支撑将所述塔架桅杆与所述设备平台固定连接，所述驱动装置悬挂在所述塔架桅杆上部，利用所述塔架桅杆顶部的鹅头上的滑轮组带动所述钻杆的下降与提升，所述行走单元设置在所述设备平台底部，所述驱动装置包括动力机构和旋转接头，所述动力机构通过旋转接头与钻杆顶部连接，且动力机构为所述钻杆提供旋转扭矩；所述旋转接头上设置有进料口和进气口，所述进料口与所述钻杆上的所述气料通道连通，所述进气口与所述钻杆上的所述气流通道连通。
12、综上所述，本技术所带来的有益技术效果包括：
13、1、粉喷桩钻机的钻杆气料通道与气流通道各自独立，它们并列或套装连接到掘进钻头内部，气流通道喷出的高压气体对气料通道中的介质具有引流作用，可有效减少管路堵塞。
14、2、设置在掘进钻头内的凹面聚焦机构，可使气流通道喷出的高压气流和气料通道喷出的气固两相流在冲向聚焦件上的聚焦凹面后产生反射，形成反射的两股高压流体通过焦点聚焦混合，使粉体固化剂产生二次气化，大大提高了气料混合物的均匀性，此外，聚焦件采用硬质合金或陶瓷材料制成，可确保聚焦件的结构强度和使用寿命。
15、3、多层互剪搅拌钻头不同长度的双喷口设计增加了粉喷桩的喷射半径，即通过在掘进钻头近端和远端分别设置喷口，能够有效解决近端喷口的喷射半径不足问题，从而进一步提升了粉喷桩的成桩直径。
16、4、应用多层互剪搅拌钻头可显著提高粉喷桩的成桩质量，包括桩身均匀性和桩身强度连续性，这种结构设计有助于提高工程的安全性和稳定性。
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【技术保护点】
1.一种多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，包括钻机主体（100），所述钻机主体（100）包括钻杆（140）和多层互剪搅拌钻头（160）；所述钻杆（140）内至少设置有气料通道（143）和气流通道（144）；所述多层互剪搅拌钻头（160）连接在钻杆（140）的底部，多层互剪搅拌钻头（160）的底部内设置有聚焦区域；所述聚焦区域与气料通道（143）的出料端和气流通道（144）的出料端均连通，所述多层互剪搅拌钻头（160）的底部还设置有与聚焦区域连通的出料喷口；通过向所述钻机主体（100）持续供应高压气体，使固化剂粉料和高压气体分别经过钻杆（140）内的气料通道（143）和气流通道（144）输送至多层互剪搅拌钻头（160）底部的聚焦区域内，并在聚焦区域内经聚焦反射混合气化形成均匀混料，并由所述多层互剪搅拌钻头（160）的出料喷口处喷出。
2.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）和气流通道（144）并排固定设置在内
3.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）固定设置在内搅拌杆（142）中心轴线上，所述气料通道（143）和内搅拌杆（142）之间的环形间隙形成所述气流通道（144），并利用三肋支撑架（148）固定所述气料通道（143）。
4.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）设置在内搅拌杆（142）内，所述外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）之间的环形间隙形成所述气流通道（144）。
5.根据权利要求2或3或4所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述多层互剪搅拌钻头（160）包括搅拌外框（161）、第一搅拌翼（162）、第二搅拌翼（163）、掘进钻头（164）；所述搅拌外框（161）上端与所述外搅拌杆（141）固定连接，所述搅拌外框（161）下端通过滑套与所述内搅拌杆（142）转动连接，所述第一搅拌翼（162）分层固定连接在所述搅拌外框（161）内侧；所述第二搅拌翼（163）分层固定连接在所述搅拌外框（161）内部的所述内搅拌杆（142）上，所述第一搅拌翼（162）与第二搅拌翼（163）错位间隔布置且互不干涉；所述外搅拌杆（141）带动所述搅拌外框（161）与第一搅拌翼（162）转动，所述内搅拌杆（142）带动所述第二搅拌翼（163）转动；所述掘进钻头（164）固定连接在内搅拌杆（142）的底部，所述聚焦区域设置在掘进钻头（164）内，所述出料喷口设置在掘进钻头（164）外周壁上。
6.根据权利要求5所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述掘进钻头（164）与所述内搅拌杆（142）底部之间设置有引流接头（170），所述引流接头（170）上设置有与所述气料通道（143）连通的第一引流通道（171），所述引流接头（170）上设置有与所述气流通道（144）连通的第二引流通道（172）；且所述第一引流通道（171）的下端和所述第二引流通道（172）的下端均呈扩口状结构。
7.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述多层互剪搅拌钻头（160）的底部内设置有聚焦腔（167）；所述聚焦腔（167）的底部设置有聚焦件（168）；所述聚焦件（168）的顶面设置有开口向上的聚焦凹面（169），所述聚焦凹面（169）与气料通道（143）的出料端和气流通道（144）的出气端之间形成所述聚焦区域。
8.根据权利要求7所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述出料喷口包括远端喷口（165）和近端喷口（166），所述远端喷口（165）通过喷嘴导管设置在掘进钻头（164）的一侧壁上，所述近端喷口（166）设置在掘进钻头（164）与远端喷口（165）相对的侧壁上，且远端喷口（165）和所述近端喷口（166）水平对齐设置，所述聚焦凹面（169）的聚焦点位于所述远端喷口（165）和所述近端喷口（166）的水平线下方。
9.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻机主体（100）还包括塔架桅杆（110）、斜拉支撑（120）、设备平台（130）、驱动装置（150）和行走单元（180）；所述塔架桅杆（110）竖直设置在...
【技术特征摘要】
1.一种多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，包括钻机主体（100），所述钻机主体（100）包括钻杆（140）和多层互剪搅拌钻头（160）；所述钻杆（140）内至少设置有气料通道（143）和气流通道（144）；所述多层互剪搅拌钻头（160）连接在钻杆（140）的底部，多层互剪搅拌钻头（160）的底部内设置有聚焦区域；所述聚焦区域与气料通道（143）的出料端和气流通道（144）的出料端均连通，所述多层互剪搅拌钻头（160）的底部还设置有与聚焦区域连通的出料喷口；通过向所述钻机主体（100）持续供应高压气体，使固化剂粉料和高压气体分别经过钻杆（140）内的气料通道（143）和气流通道（144）输送至多层互剪搅拌钻头（160）底部的聚焦区域内，并在聚焦区域内经聚焦反射混合气化形成均匀混料，并由所述多层互剪搅拌钻头（160）的出料喷口处喷出。
2.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）和气流通道（144）并排固定设置在内搅拌杆（142）内。
3.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）固定设置在内搅拌杆（142）中心轴线上，所述气料通道（143）和内搅拌杆（142）之间的环形间隙形成所述气流通道（144），并利用三肋支撑架（148）固定所述气料通道（143）。
4.根据权利要求1所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述钻杆（140）包括外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）；所述内搅拌杆（142）转动连接在外搅拌杆（141）内，所述气料通道（143）设置在内搅拌杆（142）内，所述外搅拌杆（141）和内搅拌杆（142）之间的环形间隙形成所述气流通道（144）。
5.根据权利要求2或3或4所述的多通道粉喷搅拌桩钻机装备，其特征在于，所述多层互剪搅拌钻头（160）包括搅拌外框（161）、第一搅拌翼（162）、第二搅拌翼（163）、掘进钻头（164）；所述搅拌外框（161）上端与所述外搅拌杆（141）固定连接，所述搅拌外框（161）下端通过滑套与所述内搅拌杆（142）转动连接，所述第一搅拌翼（162）分层固定连接在所述搅拌外框（161）内侧；所述第二搅拌翼（163）分层固定连接在所述搅拌外框（161）内部的所述内搅拌杆（142）上，所述第一搅拌翼（162）与第二搅拌翼（163）错位间隔布置且互不干涉；所述外搅拌杆（141）带动所述搅拌外框（161）与第一搅拌翼（...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨宁晔，刘钟，王占丑，张楚福，
申请(专利权)人：浙江坤德创新岩土工程有限公司，
类型：新型
国别省市：
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