一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统及施工方法
阅读说明：本技术 一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统及施工方法 (Pile foundation post-grouting system based on drilling slag recycling and construction method ) 是由 朱建民 靳朋刘 陈祉阳 陈新奎 周传 魏成 季万明 常娇龙 尹恒龙 尹婕 丁鹏程 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统及施工方法,属于桩基施工技术领域；注浆系统包括：钻渣输送管、钻渣过滤装置、泥浆沉淀池、泥浆输送管、环向固化泥浆泵、分层压送装置；钻渣过滤装置的一侧连接钻渣输送管,泥浆沉淀池设置于钻渣过滤装置的下侧；泥浆输送管的一端与环向固化泥浆泵连接；固化泥浆泵具有两个输出口；固化泥浆分层压送装置包括下层固化泥浆竖管以及上层固化泥浆竖管,下层固化泥浆竖管的一端与固化泥浆泵相连接,下层固化泥浆竖管另一端连接下层固化泥浆环；上层固化泥浆竖管的一端与固化泥浆泵相连接；本发明具有能够充分回收桩孔施工中产生的钻渣废弃物、加固粗颗粒土层、提高桩基承载力优点。(The invention discloses a pile foundation post-grouting system and a construction method based on drilling slag recycling, and belongs to the technical field of pile foundation construction; the slip casting system includes: the device comprises a drilling slag conveying pipe, a drilling slag filtering device, a mud sedimentation tank, a mud conveying pipe, a circumferential solidification mud pump and a layered pressure conveying device; one side of the drilling slag filtering device is connected with a drilling slag conveying pipe, and the mud sedimentation tank is arranged at the lower side of the drilling slag filtering device; one end of the slurry conveying pipe is connected with the annular curing slurry pump; the solidification slurry pump is provided with two output ports; the solidified slurry layered pressure feeding device comprises a lower solidified slurry vertical pipe and an upper solidified slurry vertical pipe, wherein one end of the lower solidified slurry vertical pipe is connected with a solidified slurry pump, and the other end of the lower solidified slurry vertical pipe is connected with a lower solidified slurry ring; one end of the upper layer solidified mud vertical pipe is connected with a solidified mud pump; the invention has the advantages of fully recovering drilling slag waste generated in the construction of pile holes, reinforcing coarse particle soil layers and improving the bearing capacity of pile foundations.)
技术领域
本发明专利涉及桩基施工技术领域，尤其涉及一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统及施工方法。
背景技术
钻孔灌注桩是一种已被大规模使用的基础型式。在钻孔灌注桩的成孔施工过程中，会产生大量的泥浆以及粗颗粒碎石等施工废弃物，处理这些废弃物往往消耗巨大的工程费用，同时产生不利的环境影响。此外，钻孔灌注桩施工过程中通常会产生桩侧泥皮和桩端沉渣，对于这些钻渣和泥浆废弃物过滤分离后，将其中的小颗粒泥浆应用于桩基后压浆工艺是处理此类问题有效方法。
比如专利号为CN112392036A的发明专利提供了一种带有泥浆循环、分离、清渣功能的灌注桩施工设备及方法，其技术方案的主体思路是将桩端沉渣及钻孔时产生的废弃物过滤分离，并回收利用其中检测合格的泥浆。但是上述的技术方案存在如下缺陷，即当灌注桩穿越粗颗粒土层时，后压浆工艺压入水泥浆留存率低，难以起到有效的固化土层的效果。
针对目前尚无法有效解决钻孔灌注桩施工产生的废弃物以及粗颗粒土层的后注浆问题，需要进行深入研究。亟需通过对施工废弃物的综合处理，构建一套合理的注浆施工系统，从而实现将废弃物回收利用以及对粗颗粒土层有效的后注浆施工，以期能够减少处理成本和提升桩基承载力。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统及施工方法，该注浆系统及施工方法具有能够实现将钻渣废弃物回收利用以及对粗颗粒土层后注浆施工中有效地固化土层的优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先公开一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统，包括：钻渣输送管、钻渣过滤装置、泥浆沉淀池、泥浆输送管、环向固化泥浆泵、固化泥浆分层压送装置及侧向压浆装置；
所述钻渣过滤装置的一侧连接钻渣输送管，所述泥浆沉淀池设置于钻渣过滤装置的下侧；所述钻渣输送管将钻渣及泥浆废弃物输送至钻渣过滤装置中过滤分离，其中粒径较小的所述细颗粒泥浆能够落入泥浆沉淀池中；所述泥浆输送管的一端伸入泥浆沉淀池中，其另一端与环向固化泥浆泵相连接；所述固化泥浆泵具有两个输出口；
所述固化泥浆分层压送装置包括下层固化泥浆竖管以及上层固化泥浆竖管，所述下层固化泥浆竖管的一端与固化泥浆泵其中一个输出口相连接，所述下层固化泥浆竖管另一端连接有与其相连通且具有中空内腔的下层固化泥浆环；所述上层固化泥浆竖管的一端与固化泥浆泵另一个输出口相连接，所述上层固化泥浆竖管另一端连接有与其相连通且具有中空内腔的上层固化泥浆环；所述下层固化泥浆环与上层固化泥浆环均位于灌注桩内，且所述下层固化泥浆环布置于粗颗粒土层下段位置，所述上层固化泥浆环布置于粗颗粒土层上段位置；所述下层固化泥浆环与上层固化泥浆环的外侧环壁上均开设有出浆孔，每个所述出浆孔的孔口均与粗颗粒土层相对应；
所述侧向压浆装置包括竖向设置于灌注桩中的侧向压浆竖管，所述侧向压浆竖管的顶端与侧向压浆泵相连接，所述侧向压浆竖管分别与粗颗粒土层上段、下段相对的外侧均设有若干个高压出浆口，每个所述高压出浆口上均设有高压阀；所述侧向压浆竖管与粗颗粒土层中段相对的外侧设有若干个低压出浆口，每个所述低压出浆口上均设有低压阀。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述钻渣过滤装置包括钻渣池，所述钻渣输送管的一端伸入钻渣池内，所述钻渣池的底部为过滤网，所述过滤网位于泥浆沉淀池的上方；从所述钻渣输送管输送的钻渣泥浆经过滤网将粗颗粒钻渣留在钻渣池内，细颗粒泥浆则透过过滤网落入泥浆沉淀池内；所述钻渣池的上方设有一卷扬机，所述卷扬机的上方设有输送带，所述输送带的一端设有粗颗粒钻渣池；所述钻渣池中的粗颗粒钻渣能够被卷扬机提升至输送带上并经过输送带被送入粗颗粒钻渣池中。
进一步地，所述钻渣输送管的另一端伸入至桩孔，所述钻渣输送管的外侧还设有钻渣循环泵；其中，所述桩孔是由成孔动力机械带动成孔钻具逐步钻削成型。
进一步地，所述下层固化泥浆环与上层固化泥浆环均为环形管状结构，每个所述环形管的外侧均等角度且均分设有若干个朝向对应粗颗粒土层的出浆孔，每个所述出浆孔的孔口处均布置有封堵，以防止在未出浆时外界杂物进入两个环形管内。
进一步地，所述侧向压浆竖管沿灌注桩的桩周等角度均分设置多组，每组所述侧向压浆竖管均位于下层固化泥浆环与上层固化泥浆环的环壁内侧；所述侧向压浆竖管上的低压阀、高压阀均为单向阀，所述侧向压浆竖管中的水泥浆液压力达到一定压力后，能够随着压力的升高依次从低压阀、高压阀中压出。
进一步地，与所述灌注桩相邻位置处还设有向下贯穿粗颗粒土层的探孔，所述探孔内设有探头，所述探头的上侧通过电缆连接有监测仪，所述探头用于探测固化泥浆是否从粗颗粒土层的缝隙渗透到探孔中对应的深度处。
本发明还公开一种基于所述注浆系统的注浆施工方法，包括如下的步骤：
S1:打开所述钻渣循环泵，将所述桩孔中施工产生的钻渣泥浆废弃物经钻渣输送管吸入至钻渣池中，并且经所述过滤网分离成粗颗粒钻渣和细颗粒泥浆，其中所述细颗粒泥浆落入至泥浆沉淀池中；
S2: 打开所述固化泥浆泵并关闭其输出口，经所述泥浆输送管将泥浆沉淀池中的细颗粒泥浆吸入泵腔内并且按照一定的比例向泵腔注入水泥，充分混合搅拌所述细颗粒泥浆及水泥，形成固化泥浆；
S3:打开所述固化泥浆泵的两个输出口，使搅拌后的固化泥浆分别经下层固化泥浆环与上层固化泥浆环压送至粗颗粒土层的缝隙中；同时监控所述探孔中的探头，当固化泥浆渗透至所述探孔预定高度后关闭固化泥浆泵，停止固化泥浆压入并静置24小时；
S4:待固化泥浆初凝后，打开所述侧向压浆泵将水泥浆压入侧向压浆竖管，使所述水泥浆液达到一定压力后依次从低压阀、高压阀中压出，充填已经被固化泥浆加固后粗颗粒土层中的缝隙；
S5:待水泥浆压力或者压入量达到预定目标后，关闭所述侧向压浆泵，停止压浆施工。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，在步骤S2之前增加如下步骤：打开所述卷扬机，将所述粗颗粒钻渣通过卷扬机提升至输送带上，并由所述输送带运送至粗颗粒钻渣池中存储。
本发明的有益效果是：
1、本发明回收利用了钻孔灌注桩施工过程中产生的钻渣及泥浆废弃物；通过分离措施将桩基成孔时废弃物浆液离析成细颗粒泥浆与粗颗粒钻渣，其中细颗粒泥浆掺入水泥后形成的固化泥浆可用于粗粒土层固化，粗颗粒钻渣可以用于路基等工程填方或直接用于混凝土骨料，有效减少桩基施工废弃物的处理、运输等费用。
2、本发明可以实现对桩侧粗颗粒土层的压浆固化；固化泥浆压入粗颗粒土层，起到胶结、充填密实作用，并且阻塞后压浆浆液外逸通道。在此基础上，将水泥浆压入固化泥浆加固后的粗颗粒土层，充填土层内细小缝隙，实现桩基后压浆技术在粗颗粒土层中应用。
3、本发明可以实现高质量的粗颗粒土层加固效果；采用上、下两层环形固化泥浆环布置在粗颗粒土层分界面，采用低压渗透的方式可以较大范围的压入固化泥浆，并且通过周边探孔中的探头可以实现对固化泥浆加固效果的监测。同时，侧向压浆竖管中段布置低压阀、上下端布置高压阀，可以实现压浆过程中水泥浆液在粗颗粒土层中相对均匀的扩散，确保了施工的效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖面结构示意图；
图3是图1中B-B处的剖面结构示意图。
图中标记名称：灌注桩1、下层固化泥浆环2、下层固化泥浆竖管3、上层固化泥浆环4、上层固化泥浆竖管5、侧向压浆竖管6、侧向压浆泵7、环向固化泥浆泵8、泥浆输送管9、泥浆沉淀池10、钻渣池11、钻渣输送管12、桩孔13、成孔钻具14、成孔动力机械15、护壁泥浆管道16、护壁泥浆制备池17、监测仪18、电缆19、探头20、探孔21、输送带22、卷扬机23、粗颗粒钻渣池24、粗颗粒土层25、高压阀26、低压阀27。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
第一实施例：
请参阅图1，本实施例的一种基于钻渣回收利用的桩基后注浆系统，包括：钻渣输送管12、钻渣过滤装置、泥浆沉淀池10、泥浆输送管9、环向固化泥浆泵8、固化泥浆分层压送装置及侧向压浆装置；其中，固化泥浆分层压送装置及侧向压浆装置相配合，用于实现对桩侧粗颗粒土层的压浆固化。
本实施例中，钻渣过滤装置的一侧连接钻渣输送管12，泥浆沉淀池10设置于钻渣过滤装置的下侧；钻渣过滤装置用于将钻渣输送管12中输送的钻渣和泥浆过滤分离，其中粒径较小的泥浆回收至泥浆沉淀池10中；泥浆输送管9的一端伸入泥浆沉淀池10中，其另一端与环向固化泥浆泵8相连接；
其中，固化泥浆泵8具有两个输出口，固化泥浆分层压送装置包括下层固化泥浆竖管3以及上层固化泥浆竖管5，下层固化泥浆竖管3的一端与固化泥浆泵8其中一个输出口相连接，下层固化泥浆竖管3另一端连接有与其相连通且具有中空内腔的下层固化泥浆环2；上层固化泥浆竖管5的一端与固化泥浆泵8另一个输出口相连接，上层固化泥浆竖管5另一端连接有与其相连通且具有中空内腔的上层固化泥浆环4；下层固化泥浆环2与上层固化泥浆环4均位于灌注桩1内，且下层固化泥浆环2布置于粗颗粒土层25下段位置，上层固化泥浆环4布置于粗颗粒土层25上段位置；下层固化泥浆环2与上层固化泥浆环4的环壁上均开设有朝向粗颗粒土层25的出浆孔。
使用时，固化泥浆泵8通过泥浆输送管9将泥浆沉淀池10中的细颗粒泥浆吸入泵腔中，然后与水泥按一定比例进行混合搅拌；搅拌均匀后的固化泥浆经下层固化泥浆竖管3泵送至下层固化泥浆环2，经上层固化泥浆竖管5泵送至上层固化泥浆环4，下层固化泥浆环2及上层固化泥浆环4中的固化泥浆压送至粗颗粒土层25对应位置处的缝隙中。
其中，侧向压浆装置包括竖向设置于灌注桩1中的侧向压浆竖管6，侧向压浆竖管6的顶端与侧向压浆泵7相连接，侧向压浆竖管6分别与粗颗粒土层25上段、下段相对的外侧均设有若干个高压出浆口，每个高压出浆口上均设有高压阀26；侧向压浆竖管6与粗颗粒土层25中段相对的外侧设有若干个低压出浆口，每个低压出浆口上均设有低压阀27。
使用时，待固化泥浆初凝后，打开侧向压浆泵7将水泥浆压入侧向压浆竖管6，水泥浆液达到一定压力后，随着压力的升高先后依次从低压阀27、高压阀26中压出，充填已经固化泥浆加固后的粗颗粒土层25中的缝隙。
本实施例中，钻渣过滤装置包括钻渣池11，钻渣输送管12的一端伸入钻渣池11内，钻渣池11的底部为过滤网，过滤网位于泥浆沉淀池10的上方；从钻渣输送管12输送的钻渣及泥浆经过滤网将粗颗粒钻渣留在钻渣池11内，细颗粒泥浆则透过过滤网落入泥浆沉淀池10内；钻渣池11的上方设有一卷扬机23，卷扬机23的上方设有输送带22，输送带22的一端设有粗颗粒钻渣池24；钻渣池11中的粗颗粒钻渣能够被卷扬机23提升至输送带22上并经过输送带22被送入粗颗粒钻渣池24中，粗颗粒钻渣池24中的钻渣可以用于路基等工程填方或直接用于混凝土骨料。
本实施例中，钻渣输送管12的另一端伸入至桩孔13，钻渣输送管12的外侧还设有钻渣循环泵，用于将桩孔13中施工产生的钻渣废弃物循环吸入至钻渣池11中；其中，桩孔13是由成孔动力机械15带动成孔钻具14逐步钻削成型；成孔施工过程中将护壁泥浆制备池17里的护壁泥浆经护壁泥浆管道16进入桩孔13中。
请参阅图2-3，下层固化泥浆环2与上层固化泥浆环4均为环形管状结构，每个环形管的外侧均等角度且均分设有若干个朝向对应粗颗粒土层25的出浆孔，每个出浆孔的孔口处均布置有封堵，以防止在未出浆时外界杂物进入两个环形管内。
本实施例中，侧向压浆竖管6沿灌注桩1的桩周等角度均分设置多组，每组侧向压浆竖管6均位于下层固化泥浆环2与上层固化泥浆环4的环壁内侧；侧向压浆竖管6上的低压阀27、高压阀26均为单向阀。
本实施例中，与灌注桩1相邻位置处还设有向下贯穿粗颗粒土层25的探孔21，探孔21内设有探头20，探头20的上侧通过电缆19连接有监测仪18，探头20用于探测固化泥浆是否从粗颗粒土层25的缝隙渗透到探孔21中对应的位置及深度处，从而判断固化泥浆是否完全扩散填充到粗颗粒土层25周围的缝隙中。
第二实施例：
为使本发明的技术方案更加清楚、完整，本实施例还提供一种基于上述注浆系统的注浆施工方法，具体包括如下的步骤，
步骤S1:打开钻渣循环泵，将桩孔13中施工产生的钻渣泥浆废弃物经钻渣输送管12吸入至钻渣池11中，并且经过滤网分离成粗颗粒钻渣和细颗粒泥浆，其中细颗粒泥浆落入至泥浆沉淀池10；
步骤S2: 打开固化泥浆泵8并关闭其输出口，经泥浆输送管9将泥浆沉淀池10中的细颗粒泥浆吸入泵腔内并且按照一定的比例向泵腔注入水泥，充分混合搅拌泥浆及水泥，以形成固化泥浆；
步骤S3:打开固化泥浆泵8的两个输出口，使搅拌后固化泥浆分别经下层固化泥浆环2与上层固化泥浆环4压送至粗颗粒土层25的缝隙中；同时监控探孔21中的探头20，当固化泥浆渗透至探孔预定高度后，停止固化泥浆泵8并静置24小时；
步骤S4:待固化泥浆初凝后，打开侧向压浆泵7将水泥浆压入侧向压浆竖管6，水泥浆液达到一定压力后依次从低压阀27、高压阀26中压出，充填已经被固化泥浆加固后粗颗粒土层25中的缝隙；
步骤S5:待水泥浆压力或者压入量达到预定目标后，关闭侧向压浆泵7，停止压浆施工。
作为优选，在步骤S2之前增加如下步骤：打开卷扬机23，将粗颗粒钻渣通过卷扬机23提升至输送带22上，并由输送带22运送至粗颗粒钻渣池24中存储；根据施工场地的实际需求，将粗颗粒钻渣运用于路基填筑或者混凝土骨料。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
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