[發明專利]一種水下厚粉細砂層成孔用擴攪器及利用該擴攪器的成孔方法

在審

• 申請號: 201911109708.X
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110821411A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 鄒正盛;鄭清潔;王新宇;鄒友峰;王樹仁;頓志林;秦莞臻;王恒利
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B10/32
• 分類號: E21B10/32;E21B10/44;E21B10/60;E21B33/138;E02D5/46
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 李秋紅

本發明涉及一種水下厚粉細砂層成孔用擴攪器及利用該擴攪器的成孔方法，擴攪器包括管體、鉆頭、切削攪拌架和漿液輸送系統，管體包括外管和內管，外管的上端與鉆桿可拆卸連接，鉆桿外壁和外管外壁均設置螺旋葉片，外管的下部嵌合套設有內管，內管下端可拆卸連接有鉆頭；切削攪拌架周向陣列于管體外。成孔方法為：根據鉆孔范圍內粉細砂層性質及厚度，確定擴攪高程范圍和護壁厚度，進而確定擴攪器尺寸；采用擴攪器進行擴攪，從擴攪器中流出的漿體與土體攪拌后固化，鉆孔內經過改性的粉細砂漿混合體被送至孔外，最終成孔。利用本發明擴攪器和成孔方法，使孔壁形成一個有5～20cm厚度的漿土固化層作為鉆孔護壁圈，為孔壁自穩提供保證。

技術領域

本發明屬于建筑施工技術領域，具體涉及一種水下厚粉細砂層成孔用擴攪器及利用該擴攪器的成孔方法。

背景技術

粉細砂層無粘結強度，其自穩主要依據土顆粒間相嵌與咬合。因此水下粉細砂層鉆孔的孔壁穩定性差，易造成孔底沉渣超限，有時成為廢孔。當粉細砂層中富含高承壓水時，成孔更加困難。某工程等徑長樁（樁長40m余）施工中遭遇到高承壓水（7m多的承壓水頭）厚粉細砂層（頂板距地面約15m，厚度4～6m），成孔后10分鐘，即測得孔底沉渣超過3m。雖然通過調節護壁泥漿、更換成孔方法（先高壓旋噴再成孔）、更換施工隊伍（具有豐富水下粉細砂層成孔經驗和大量工程實踐經驗）等措施，但厚沉渣問題依然沒有得到解決。經過多次論證，最終采用鋼套管護壁成孔取得成功，但卻多付出了近千萬元的經濟代價。

水下厚粉細砂層中成孔，尤其是富存高承壓水時，孔壁不穩，成孔質量往往得不到保證。因此，如何控制這種水下，特別是高承壓水下粉細砂層孔壁的穩定是成孔的關鍵。

發明內容

本發明為解決水下厚粉細砂層中成孔時孔壁穩定性差，易造成孔底沉渣超限的問題，提供一種水下厚粉細砂層成孔用擴攪器及利用該擴攪器的成孔方法。本發明的擴攪器在孔壁注入漿液并攪拌，使孔壁形成一個有5～20cm厚度的漿土固化層作為鉆孔護壁圈，為孔壁自穩提供保證。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種水下厚粉細砂層成孔用擴攪器，包括管體、鉆頭、切削攪拌架和漿液輸送系統，所述管體包括外管和內管，所述外管的上端與帶芯管的雙重管鉆桿可拆卸連接，所述鉆桿外壁和外管外壁均設置螺旋葉片，外管的下部嵌合套設有內管，所述內管下端可拆卸連接有鉆頭；

所述切削攪拌架周向陣列于管體外，切削攪拌架包括上切削板和與上切削板的下端鉸接的下切削板，上切削板的上端與外管鉸接，下切削板的下端與內管鉸接；

所述漿液輸送系統包括芯管、輸漿通道、上通管和底通管，所述芯管固定設置在外管內的上部，所述輸漿通道包括鉆頭孔道、內管孔道以及位于上切削板和下切削板內的板內孔道，所述上通管接收來自鉆桿芯管與鉆桿內壁間的漿液并穿過外管壁與位于上切削板內的板內孔道連通，芯管底部連接有底通管，底通管與鉆頭孔道連通，鉆頭孔道與內管孔道連通，內管孔道通過連接管與位于下切削板內的板內孔道連通；所述上切削板和下切削板的一側靠近上切削板和下切削板鉸接處設置有出漿孔，所述出漿孔與板內孔道連通。

進一步的，所述外管內壁設置有若干個導槽，內管外壁對應導槽的位置設置有凸起，導槽和凸起相匹配且能使外管和內管相互滑動。

進一步的，設置于外管壁上的螺旋葉片的寬度從下至上依次增大。該設置在擴攪器下行時實現對護壁圈的孔內一側保護層逐漸剝離，相當于為護壁圈的形成和其強度的強化留出時間，同時讓所有螺旋葉片都分攤孔內漿土混合體切割工作量，再者為擴攪器的擴攪減輕周邊壓力。雙液漿土固化過程先是漿土混合體初凝，隨后其強度隨時間逐漸提高。

所述外管的上端與鉆桿螺紋連接，所述芯管與鉆桿的芯管螺紋連接，以接入來自鉆桿芯管的漿液，內管下端螺紋連接有鉆頭。