用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置的制作方法

本发明涉及一种喷浆装置，具体涉及一种用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置。

背景技术：

钻孔灌注桩成孔完毕第一次清孔结束至灌注混凝土之前，中间还要进行钻具提拆、安放钢筋笼和下导管数道工序，孔内泥浆中悬浮颗粒势必下沉而使孔内沉於厚度增大；另外在提拆钻具、下放钢筋笼、下导管过程中，难免会碰擦孔壁，使孔壁上的泥皮刮落孔底。因此在灌注混凝土前，必须再进行第二次清孔。

现有技术是利用导管，压注(或抽吸)泥浆来进行二次清孔，由于受钢筋笼阻隔，导管下口不能接近孔底边缘，泥浆流体对孔底边缘无法形成有效冲刷，形成死角，成桩后有桩底缩径现象，影响成桩质量，尤其对桩顶荷载全部或主要由桩底阻力承受的端承桩，严重影响成桩的承载力。

现有的二次清孔工艺主要有两种：正循环清孔法和反循环清孔法。

正循环清孔法：泥浆由泥浆泵从导管上口输进，从导管下口输出，孔底沉渣随泥浆沿孔壁上升，从孔口溢出进入泥浆池。参图1所示。

反循环清孔法：泥浆由孔口进入，利用泵吸、气举等措施经导管抽吸泥浆，泥浆携带孔底沉渣由导管上升进入泥浆池。参图2所示。

正循环清孔法由于孔底沉渣沿孔壁上升，从孔口溢出进入泥浆池，从清孔开始到孔内泥浆置换完成耗时较长，效率低。

反循环清孔法效率有所提高，但置换泥浆依然是整体循环，耗时仍较长，且需要增加设备，工艺操作较复杂，费用高。

两种清孔方法，置换泥浆在孔内都是循环稳定流，会在孔底边缘形成冲刷死角，沉渣清理不彻底，灌注混泥土后，桩头部分易形成缩径等质量缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置，直接在孔底旋喷补充泥浆形成旋转孔底流场，消除冲刷死角，保证孔底的清孔质量。

本发明提供了一种用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置，包括多个靠近钢筋笼底部布置的补浆喷枪，补浆喷枪包括喷嘴，喷嘴的中心线与钻孔灌注桩桩底的周线相交，用于将泥浆在孔底旋转喷出。

进一步地，补浆喷枪还包括与喷嘴连接的枪体，枪体竖直布置，一端与喷嘴呈45°角连接，另一端连接补浆管路。

进一步地，喷嘴为圆台型，内设有多个导流片，用于使喷射出的泥浆呈逆时针旋转。

进一步地，喷嘴的内锥角为8°，出口内径为50mm。

进一步地，喷嘴与枪体螺纹连接。

进一步地，补浆喷枪通过快拆夹具与钢筋笼可拆卸连接。

进一步地，快拆夹具由钢筋笼焊接固定端、喷枪夹持端和快卸销组成。

进一步地，快卸销包括销体，销体一端连接有提拉钢丝绳，另一端设有回弹钢珠。

进一步地，补浆管路设有流量调节阀、调节罐及补浆泵。

进一步地，该装置还包括排浆管路及排浆泵。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、缩短了泥浆循环线路长度，不但减少了泥浆消耗量，同时缩短了清孔时间，提高了清孔效率；

2、采用孔底喷射补浆，多模态涡旋冲刷的方式，清孔彻底；

3、使用体积小、重量轻、方便安装、可快速拆卸的夹具固定补浆装置，可实现由清孔状态到灌注状态的快速转换，有效避免了孔内泥浆中的悬浮颗粒在桩底的沉淀。

附图说明

图1是现有技术中正循环清孔法的示意图；

图2是现有技术中反循环清孔法的示意图；

图3是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置的结构示意图；

图4是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置补浆喷枪的结构示意图；

图5是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置快卸夹具的安装示意图；

图6是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置流量调节器的示意图；

图7是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置补浆喷枪的安装示意图；

图8是本发明用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置喷头水平角度调整示意图。

图中标号：

11-导管；12-冲刷死角；

21-导管；22-冲刷死角；

31-钢筋笼；32-导管；33-枪体；34-喷嘴；35-快拆夹具；36-流量调节阀、37-补浆泵；38-排浆泵；39-泥浆池；40-调节罐；

341-导流片；351-钢筋笼焊接固定端；352-喷枪夹持端；353-快卸销；3531-提拉钢丝绳；3532-销体；3533-回弹钢珠；3534-焊接处；3535-钢筋；

41-空气压力调节阀门；42-安全阀；43-喷浆调节阀门；44-泥浆回流调节阀门；45-泥浆进口；46-喷浆管路接口。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图3及图8所示，本实施例提供了一种用于钻孔灌注桩二次清孔的喷浆装置，该装置的构成如下：

1、补浆喷枪。

由枪体33和喷嘴34构成，枪体33与喷嘴34呈45°角。枪体33技术参数为：外径：73mm，壁厚：3mm；喷嘴34为圆台型，内有4条导流片341，使喷射出的泥浆呈逆时针旋转，长度150mm，壁厚3mm；大口内径：73mm，喷嘴34内腔锥角约8°，出口内径50mm，与枪体33螺纹连接。如图4所示。

2、快卸夹具：

用于喷头与钢筋笼的连接固定，具有快速拆卸特点。由钢筋笼焊接固定端351、喷枪夹持端352和快卸销355组成。如图5所示。

3、输浆管路：

使用13型80衬胶水带，工作压力1.3mpa,直径公称尺寸76mm。

4、流量调节器：密闭式压力容器，设空气加压进口一个、空气安全阀一个、进浆口一个、出浆口五个，各进出口均设阀门，可分别调节流量。如图6所示。

参图7所示，该装置的安装位置如下：

1)距离孔底距离：喷嘴34位置距孔底80cm左右。

2)距离孔壁距离：喷嘴34安装在钢筋笼内侧，一般距孔壁15-20cm；

参图8所示，该装置喷枪调整位置如下：

1)垂直角度：枪体33竖直，与喷嘴34呈45°角。

2)水平角度：在水平投影上，以枪体33中心为圆心，半径80cm画圆，与井壁圆有两个交点，连接圆心与交点(取逆时针朝向)即为喷射方向线，通过调节枪体33角度，使射流中心线指向孔壁与孔底的交线位置。

该装置的工作过程及工艺流程如下：

在钢筋笼底部安装快卸型潜入式旋转射流喷浆装置，调整好喷枪角度，吊装时随钢筋笼到达设计位置，清孔开始，开启加压泵，补浆直接在孔底按设计流量、角度喷出，在孔底形成无死角的涡旋冲刷流，采用泵吸、气举等措施利用导管抽吸冲刷流体泥浆，排除沉渣，沉淀厚度检验合格后，快速拆除喷浆装置及排浆管路(10分钟左右)灌注水下混凝土。

第一次清孔后，在钢筋笼底部安装快卸型清孔喷浆装置，吊放钢筋笼就位，吊放导管就位，接通补浆、排浆管路，开通补浆管路补浆，开通排浆管路排浆排渣，孔底沉淀层检查合格，拆除补浆、排浆管路，灌注水下混凝土。

本实施例通过在钢筋笼底部使用快卸型潜入式旋转射流喷浆装置，将泥浆直接在孔底旋转喷出，配合泵吸、气举等措施经导管抽吸泥浆排除沉渣。该工艺缩短了置换泥浆循环长度，提高了清孔效率，增加了冲刷能量，消灭了冲刷死角，保证了清孔质量，达到快速有效的二次清孔目的。

该装置的使用方法包括：

1、准备工作：

①、泥浆制备：泥浆基本使用钻孔时的泥浆为基浆调制成清孔泥浆，其各项指标如下：相对密度：1.03～1.10；粘度：17～20pa.s；含砂率：2％；胶体率：＞98％。

②、循环液流量的确定

确定沉渣在清孔泥浆中的沉降速度v0的思路是：假定在静止的液体中,沉渣为球形，其重力为g，沉渣在清孔泥浆中的浮力为p，球形沉渣在清孔泥浆中的沉降阻力为r。当g＞p时，沉渣下降，速度逐渐增大，r值也随之增大。当r值达到足以使作用在沉渣上的三种力保持平衡时,即r＝g-p时，沉渣将以恒速v0下降。通过推导可得出沉降速度(即雷廷格尔公式)为：

式中：δ--球形沉渣的直径，m；

ρs--沉渣的密度，kg/m³；

ρ--清孔泥浆的密度，kg/m³；

k--沉渣的形状系数，圆形沉渣k为4～4.5，不规则形状的沉渣k为2.5～4。

一般经过一次清孔的泥浆中已经没有较大粒径的沉渣，一般可取15mm即δ＝0.015m，沉渣的密度ρs＝2700kg/m³；清孔泥浆的密度ρ＝1100kg/m³；沉渣的形状系数k＝4，可求得v0＝0.59m/s。

理论认为:当液体的上升速度大于等于沉渣下降速度后，沉渣就会产生静止或者以两者的速度只差相反方向运动，因此补浆时桩内液面的上升速度应大于v0，以便沉渣排出。

导管直径取d＝0.3m,则q＝s*v0＝3.14×(0.3/2)²×0.59＝0.04168m³/s＝150.1m³/h。

排浆泵排量选择一般在200m³/h以上，能满足要求。

③、出浆压力选择：一般选在0.5mpa-1.0mpa之间。

2、喷浆装置的安装：在钢筋笼内侧，使用快卸型夹具在距离井底80cm处将喷枪固定，调整喷嘴水平角度，使喷嘴中心线与桩底周线相交。连接喷枪输浆软管，并将软管末端临时固定在钢筋笼顶端。

3、吊放钢筋笼就位：采用三吊点法，使用吊车将钢筋笼水平吊起，空中调整成垂直状态，垂直下放入井，下放过程中应保持输浆软管不松散、缠绕。

4、安装吊放导管就位：钢筋笼吊放就位后，安置导管卡盘，使用吊车安装、吊放导管，导管关口距离孔底沉渣40cm左右。安装完毕后，晃动导管，保证管口能在孔底做圆周运动。

5、沉淀层的量测：测量孔底沉淀层厚度，测点5处，中心1处，圆周4处。

①、所有测点沉淀厚度小于设计值1/2，不需要二次清孔，这时拆除补浆喷嘴及补浆软管，开始灌注混凝土。

②、如有任何一处沉淀厚度超过设计值，就要进行二次清孔。

6、安装补浆管路：将补浆软管通过流量调节器与补浆泵连接。

7、安装排浆管路：将排浆泵吸入口导管下沉至沉淀层顶40cm左右。

8、试循环：所有管路安装完毕检查后，开启补浆泵，流量控制在50％，待补浆量使井内水头上升50cm后，开启排浆泵，流量控制等于补浆量，检查孔内泥浆高度是否降低，设备是否正常。

9、正常循环清孔：试循环正常后，逐渐加大补浆量和排浆量至100％，同时调节喷浆嘴流速，形成不同模态的桩底旋转循环流，避免因稳定模态造成的边角沉积冲刷不彻底现象。正常循环时间根据泥浆循环量确定，一般为沉淀层体积的20倍左右。

10、沉淀层的量测：正常循环完成后，停止循环，静置15分钟后，测量孔底沉淀层厚度。

①、有不合格处，继续循环。

②、全部测点沉淀厚度小于设计值得1/2后，方可进行下一步。

11、拆除排浆、补浆管路：拆除快卸夹具，将补浆喷头及补浆软管提出孔内，同时提出排浆泵吸口软管，安装灌注料斗。

12、按常规方式灌注混凝土。

本实施例提供的快卸型潜入式旋转射流喷浆装置通过安装在钢筋笼底部的快卸型潜入式旋转射流喷浆装置，变孔内循环稳定流为孔底旋转湍流，对孔底形成无死角的旋转冲刷，清孔后可满足相关技术规范对孔底的要求，具体包括如下技术效果：

1)本发明改变了现有二次清孔时泥浆循环的模式，由孔内整体循环变为桩底局部循环，提高了二次清孔效率。

2)本发明的喷浆喷头具有流量大、旋转强、分散动能均匀的特点，有利于增加泥浆旋转扰动的性能，提高清孔质量。

3)本发明的快卸夹具具有操作方便、可迅速拆卸的特点，可在二次清孔合格后，5分钟内拆除补浆管路，实现快速由清孔状态转成灌注混凝土状态。

4)本发明在补浆管路中增加了流量调节器，可实现传统反循环与孔底喷射反循环的随时转换。

5)本发明的流量调节器可调节各喷口的补浆流量、出口流速，便于组合成不同形式的孔底旋流模态，适应不同的孔底条件。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。