CN109853532B - 一种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置及施工方法，包括超声发生器、震动面钢板、卡扣、作业平台、监测导管和超声换能器；震动面钢板中心预留有孔洞，震动面钢板底部呈圆周均匀分布有超声换能器；卡扣中心预留有贯通的孔洞，卡扣上端设有细长杆，卡扣下端与震动面钢板中心孔洞相匹配；施工孔周围浇筑有作业平台，作业平台上表面设有与卡扣的细长杆相匹配的凹槽，震动面钢板通过卡扣安装于作业平台上；监测导管穿过卡扣和震动面钢板的中心孔洞。本发明的有益效果是：本发明通过电源(超声波控制箱)经过换能器产生高频振动，人为制造低压强、高流速的状态使泥浆不易沉底凝结，达到使用目的。
Description
技术领域
本发明属于钻孔灌注桩施工领域，特别涉及一种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置及施工方法，适用于泥浆护壁施工法。
背景技术
随着人口的增长及城市化建设的推进，大量的地区开始修建高层建筑。但其中许多城市的地基条件较差，地表以下存在着厚度很大的软土或中等强度的黏土层，不能直接承受由高层建筑所传来的压力，如果建设中仍采用摩擦桩支撑，必然产生很大的沉降，威胁建筑安全。于是工程师们借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土形成的钻孔灌注桩技术。
在灌注桩中，上部高层建筑的荷载主要由桩端持力层承担，由于孔底的沉渣是松散的，没有承载力，若其厚度过大，会造成桩的沉降过大，沉降量无法达到设计或使用要求。所以，在钻孔灌注桩施工过程中需要及时对孔底沉渣进行清理，为后续灌注水下混凝土创造良好的条件。钻孔灌注桩的清理有抽浆法，清理彻底，但易坍孔。而目前孔底清理的主要方法为吸泥机清孔，其所需设备不多，操作方便，但在不稳定土层中难以开展使用。其用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出可能导致孔洞破坏。
综上所述，现有对清洗护壁泥浆方法的研究较多，但或多或少存在着允许工作时间短，应用土层范围局限性，控制效果不佳等缺点，亟需通过改进技术来进行解决。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置及施工方法。
这种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，包括超声发生器、震动面钢板、卡扣、作业平台、监测导管和超声换能器；震动面钢板中心预留有孔洞，震动面钢板底部呈圆周均匀分布有超声换能器；卡扣中心预留有贯通的孔洞，卡扣上端设有细长杆，卡扣下端与震动面钢板中心孔洞相匹配；施工孔周围浇筑有作业平台，作业平台上表面设有与卡扣的细长杆相匹配的凹槽，震动面钢板通过卡扣安装于作业平台上；监测导管穿过卡扣和震动面钢板的中心孔洞。
作为优选：超声换能器包括防水外壳、压电陶瓷圆盘换能器、引出电缆、阵列接收器和匹配层。
作为优选：超声换能器转换频率在20-40kHZ。
作为优选：震动面钢板外径小于施工孔直径50-100mm，震动面钢板厚80-100mm。
这种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置的施工方法，包括以下步骤：
1）施工准备，选择钻机、钻具、场地布置；
2）对地层软和有坡度的地基，用推土机推平，再垫上钢板或枕木加固；定好中心位置，正确安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头的卡孔与护筒中心在同一垂线上，或者使起重滑轮、固定钻杆的卡孔与护筒中心在同一垂线上；对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳；
3）浇筑作业平台，埋设护筒；
4）泥浆制备，钻孔泥浆由水、粘土和添加剂组成；调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度；
5）对好中线及垂直度，并压好护筒；在施工中不断添加泥浆，还要检查成孔是否有偏斜现象；
6）在钻孔达到设计要求深度后，安置超声换能器，对成孔进行清底后，将预制好的震动面钢板安置到作业平台，打开超声发生器使之形成机械振荡使液体震动而产生小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，小气泡闭合时产生1012-1013pa的瞬间高压，连续不断产生的瞬间高压反复冲击泥浆；同时将监测导管从预留的开孔放入，监测孔内泥浆情况；
7）在此时对孔深、孔位、孔形、孔径进行检查，在终孔检查完全符合设计要求时，取出震动面钢板；
8）灌注水下混凝土，检查完毕之后，将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不间断；
9）利用吊车拔出护筒以重复利用；
10）整体破除桩头，基坑开挖后在截桩面钻处垂直于桩身顺延桩周方向均匀分布钻若干个***孔；采用液压***机截断桩头，将***机******孔，启动液压泵，若干个***机同步运行顶断桩头；在桩头重心位置设置吊点，安装吊具，垂直起吊，将桩头整体吊出基坑，放置于一场地；
11）桩头钢筋打弯，调运桩头后，施做钢筋弯头；
12）成桩质量检测，采用超声回弹综合法检测混凝土强度。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过电源（超声波控制箱）经过换能器产生高频振动，人为制造低压强、高流速的状态使泥浆不易沉底凝结，达到使用目的。
2、本发明能在对成孔进行检查的同一时间进行工作，有效防止泥浆沉底导致孔壁坍塌。
3、本发明能减少二次清孔，降低生产成本，提高生产效率。
4、本发明能减小最终沉底泥浆厚度，增加水下混凝土强度。
5、本发明可应用于不稳定土层的泥浆处理。
6、本发明通过超声波扰动沉底泥浆，并利用震动产生气泡提供浮力附带小颗粒上浮一定深度，方便清理。
附图说明
图1为超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置整体图；
图2为超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置俯视图；
图3为震动面钢板立面图；
图4为震动面钢板俯视图；
图5为卡扣结构示意图；
图6为卡扣的底部结构图；
图7为作业平台俯视图；
图8为超声换能器示意图。
附图标记说明：1-超声发生器、2-震动面钢板、3-防水外壳、4-压电陶瓷圆盘换能器、5-引出电缆、6-阵列接收器、7-匹配层、8-卡扣、9-作业平台、10-监测导管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
如图1所示，所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，包括超声发生器1、震动面钢板2、卡扣8、作业平台9、监测导管10和超声换能器。震动面钢板2中心预留孔洞用于安装卡扣8，震动面钢板2底部呈圆周均匀分布有四个超声换能器，超声换能器包括防水外壳3、压电陶瓷圆盘换能器4、引出电缆5、阵列接收器6和匹配层7。在施工孔周围浇筑高20cm的作业平台9，作业平台9上表面设有与卡扣8的细长杆相匹配的凹槽，用十字法确定装置安放中心，震动面钢板2通过卡扣8安装于作业平台9上。监测导管10穿过卡扣8和震动面钢板2的中心孔洞。
如图2所示，卡扣8中心预留有孔洞，卡扣8上端设有细长杆，卡扣8下端与震动面钢板2中心孔洞相匹配。
如图3所示，震动面钢板2为高强钢，震动面钢板2外径小于施工孔直径50-100mm，厚80-100mm。
如图4所示，超声换能器均匀分布在轴线非圆心的四等分点处。
如图5-6所示，卡扣8为空心钢环。
如图8为超声换能器内部结构示意图，超声换能器转换频率在20-40kHZ。
所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置的施工方法，包括以下步骤：
1）施工准备选择钻机、钻具、场地布置。
2）钻孔机的安装与定位要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，再垫上钢板或枕木加固。为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头的卡孔与护筒中心在同一垂线上，或者使起重滑轮、固定钻杆的卡孔与护筒中心在同一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。
3）浇筑作业平台，埋设护筒，防止孔壁坍塌，同时还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
4）泥浆制备，钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。
5）钻孔注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。
6）在钻孔达到设计要求深度后，安置超声换能器，对成孔进行清底后，将预制好的震动面钢板2安置到作业平台9，打开超声发生器1使之形成机械振荡使液体震动而产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，微小气泡闭合时可产生1012-1013pa的瞬间高压。连续不断产生的瞬间高压，就像一连串小***一样反复冲击泥浆，防止泥浆沉底造成孔壁坍塌。同时将监测导管10从预留的开孔放入，监测孔内泥浆情况。
7）在此时对孔深、孔位、孔形、孔径进行检查，在终孔检查完全符合设计要求时，取出震动面钢板2。
8）灌注水下混凝土，检查完毕之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。
9）利用吊车拔出护筒以重复利用，节能环保。
10）整体破除桩头，基坑开挖后在截桩面钻处垂直于桩身顺延桩周方向均匀分布钻四个***孔，钻孔深度20cm。采用液压***机截断桩头，将***机******孔，启动液压泵，多个***机同步运行顶断桩头。在桩头重心位置设置吊点，安装吊具，利用吊车垂直起吊，将桩头整体吊出基坑，放置于一场地。
11）桩头钢筋打弯，调运桩头后，应用液压式钢筋弯曲机快速施做钢筋弯头。
12）成桩质量检测，采用超声回弹综合法检测混凝土强度。
Claims (5)
1.一种超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，其特征在于，包括超声发生器（1）、震动面钢板（2）、卡扣（8）、作业平台（9）、监测导管（10）和超声换能器；震动面钢板（2）中心预留有孔洞，震动面钢板（2）底部呈圆周均匀分布有超声换能器；卡扣（8）中心预留有贯通的孔洞，卡扣（8）上端设有细长杆，卡扣（8）下端与震动面钢板（2）中心孔洞相匹配；施工孔周围浇筑有作业平台（9），作业平台（9）上表面设有与卡扣（8）的细长杆相匹配的凹槽，震动面钢板（2）通过卡扣（8）安装于作业平台（9）上；监测导管（10）穿过卡扣（8）和震动面钢板（2）的中心孔洞。
2.根据权利要求1所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，其特征在于，超声换能器包括防水外壳（3）、压电陶瓷圆盘换能器（4）、引出电缆（5）、阵列接收器（6）和匹配层（7）。
3.根据权利要求1所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，其特征在于，超声换能器转换频率在20-40kHZ。
4.根据权利要求1所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置，其特征在于，震动面钢板（2）外径小于施工孔直径50-100mm，震动面钢板（2）厚80-100mm。
5.一种如权利要求1所述的超声波扰动清洁护壁泥浆沉底装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）施工准备，选择钻机、钻具、场地布置；
2）对地层软和有坡度的地基，用推土机推平，再垫上钢板或枕木加固；定好中心位置，正确安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头的卡孔与护筒中心在同一垂线上，或者使起重滑轮、固定钻杆的卡孔与护筒中心在同一垂线上；对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳；
3）浇筑作业平台，埋设护筒；
4）泥浆制备，钻孔泥浆由水、粘土和添加剂组成；调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度；
5）对好中线及垂直度，并压好护筒；在施工中不断添加泥浆，还要检查成孔是否有偏斜现象；
6）在钻孔达到设计要求深度后，安置超声换能器，对成孔进行清底后，将预制好的震动面钢板（2）安置到作业平台（9），打开超声发生器（1）使之形成机械振荡使液体震动而产生小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，小气泡闭合时产生1012-1013pa的瞬间高压，连续不断产生的瞬间高压反复冲击泥浆；同时将监测导管（10）从预留的开孔放入，监测孔内泥浆情况；
7）在此时对孔深、孔位、孔形、孔径进行检查，在终孔检查完全符合设计要求时，取出震动面钢板（2）；
8）灌注水下混凝土，检查完毕之后，将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不间断；
9）利用吊车拔出护筒以重复利用；
10）整体破除桩头，基坑开挖后在截桩面钻处垂直于桩身顺延桩周方向均匀分布钻若干个***孔；采用液压***机截断桩头，将***机******孔，启动液压泵，若干个***机同步运行顶断桩头；在桩头重心位置设置吊点，安装吊具，垂直起吊，将桩头整体吊出基坑，放置于一场地；
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