CN102535559A

CN102535559A - 一种链刀式搅拌桩成墙设备

Info

Publication number: CN102535559A
Application number: CN2012100690027A
Authority: CN
Inventors: 郑大桥; 田泽宇; 刘在政; 程永亮; 彭轶琼
Original assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种链刀式搅拌桩成墙设备，包括主机、底盘总成、链刀连接架、同步注浆系统、链刀切割箱总成；主机设置在底盘总成上，主机上设有动力装置和电液系统，底盘的一侧设有链刀连接架，链刀连接架上通过二维平面定位装置连接有链刀切割箱总成；链刀切割箱总成包括上下两端的驱动轮箱、惰性轮箱和位于驱动轮箱、惰性轮箱之间的多节标准刀箱；驱动轮箱和惰性轮箱中分别设有驱动链轮和惰性轮；在标准刀箱的两侧嵌有绕经驱动链轮和惰性轮的链轨，若干组不同宽度的切削刀具以一定的排列规律固定于链轨上。本发明可以解决深基坑支护的水泥土搅拌桩墙“深、快、强”的需求。

Description

一种链刀式搅拌桩成墙设备

技术领域

本发明属于桩基础工程领域的工程设备，具体涉及一种链刀式搅拌桩成墙设备。

背景技术

随着国内城市建设规模的不断升级，地面空间的日趋饱和。人们开始把目光转向地下寻求城市发展的空间。伴随着地下空间开发层次的不断深入，特别是在各种复杂的地质条件和水文环境下，起基坑支护的水泥土搅拌桩墙要满足“深、快、强”的需要，截断或部分截断承压水层与深基坑的水力联系，控制由于基坑降水而引起的地面过度沉降，确保深基坑和周边环境的安全。目前传统的搅拌桩墙的建造采用的是SMW工法，施工设备为三轴搅拌桩机，该机工作原理为：三根并排放置的螺旋钻杆作为刀具，通过旋转插入土层实现一定宽度土层的切削搅拌，并同步注入水泥浆液，达到深度后，将钻杆提起，移动机身到下一个工位，重复切削搅拌。相邻圆孔位不断相互搭接，形成一个水泥土连续墙体。由于钻杆无法拼接，受制于桩架高度的限制(一般的桩架高度30m)，所以成墙深度一般都在20多米，难以满足不断发展的深基坑和作为截水帷幕的桩墙的需要。并且整机的高度较高，稳定性较差。另外，刀具的切割搅拌方式为水平切割，土层的地质差别会引起成型桩墙强度不均，圆孔的搭接处为墙体的薄弱环节，有产生漏水的隐患。随着水泥土搅拌墙的不断加深，该种施工方法将难以满足实际施工的需求。因此需要一种新的施工设备来解决不断发展的深基坑水泥土搅拌桩墙的建造需要。

发明内容

本发明的目的是一种链刀式搅拌桩成墙设备，以解决深基坑(30-60m)支护的水泥土搅拌桩墙“深、快、强”的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

链刀式搅拌桩成墙设备包括主机、底盘总成、链刀连接架、同步注浆系统、链刀切割箱总成；所述主机设置在底盘总成上，主机上设有动力装置和电液系统，底盘的一侧设有链刀连接架，链刀连接架上通过由横向轨道和竖向轨道构成的二维平面定位装置连接有链刀切割箱总成；所述链刀切割箱总成包括上下两端的驱动轮箱、惰性轮箱和位于驱动轮箱、惰性轮箱之间的多节标准刀箱；驱动轮箱和惰性轮箱中分别设有驱动链轮和惰性轮；在标准刀箱的两侧嵌有绕经驱动链轮和惰性轮的链轨，若干组不同宽度的切削刀具以一定的排列规律固定于链轨上；链刀切割箱总成内部设有连接所述同步注浆系统并通往设置在惰性轮箱上喷浆口的输浆通道。

所述链刀连接架的下部铰接在底盘总成的一侧，其上部连接有斜拉杆，斜拉杆通过调整油缸铰接在底盘总成的另一侧。

在所述链刀切割箱总成上沿竖向的内部通道中设有若干垂直传感器。

所述的二维平面定位装置，其中的横向轨道为上下两根分别设在所述的链刀连接架的上、下部，竖向轨道通过滑座与上、下横向轨道连接，所述的链刀切割箱总成设在纵向轨道上；在横向轨道和竖向轨道之间设有横向液压缸，在竖向轨道和链刀切割箱总成之间设有竖向液压缸。

与现有SMW成墙技术相比，本发明提供的链刀式连续墙成槽机具有以下特点：

1、防水性能好：本发明是利用链轨旋转带动其上的刀具在墙体全深度范围进行连续切割搅拌，因此上下形成的墙体质量均匀，强度高，离散性小。且链式切刀是做水平直线切割运动，相比三轴搅拌桩机圆孔桩搭接成型，可成型无缝连接的连续墙，防水性能好；

2、经济性好：由于三轴搅拌桩机需要圆孔桩相互搭接，链刀式搅拌桩成墙设备是形成的连续的方形墙体，因此相同的强度能力下，可降低连续墙的成型厚度。另外连续的墙体，不受圆孔距的限制，可根据强度设计任意间距的芯材(图4)，具有较好的经济性；

3、安全性好：链刀式连续墙切割箱体是下切时一段段拼装成型的，与三轴搅拌桩设备相比，整机高度低，重心低，稳定性好，大大减小倾翻的危险，安全性能好。

4、宽泛的适应性能：通过更换不同类型的刀具，与三轴搅拌桩机相比，可适应标贯值更高的的土层和砂砾石层。可根据成墙设计宽度更换与之匹配宽度的刀具，具有宽泛的适应性能。

5、高精度：箱体内部安装了垂直传感器，可对链刀箱体进行实时检测，操作人员可直接观测到箱体的角度变化，针对角度变化进行调整，确保成墙的垂直精度，这是其他传统连续墙成墙设备无法实现的。

综上所述，本发明能满足30-60m范围内深基坑(30-60m)支护的水泥土搅拌桩墙成型的需求。且具有成墙防水性能好、施工经济性好、整机安全性好、土质适应性广、成墙精度好等多个优点。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明整机的前向轴侧示意图。

图2是本发明整机的后向轴侧示意图。

图3是本发明的底盘总成与链刀连接架连接的示意图。

图4是本发明的链刀切割箱总成与链刀连接架连接的示意图。

图5是本发明的驱动轮箱结构示意图。

图6是本发明的标准刀箱结构示意图。

图7是本发明的惰性轮箱结构示意图；

图8是本发明用于垂直拼接下插土层施工步骤示意图。

图9是本发明用于一步成墙法施工步骤示意图。

图10是本发明用于三步成墙法施工步骤示意图。

图11是本发明施工的成墙示意图。

图12是SMW工法施工的成墙示意图。

具体实施方式

见图1-图7，链刀式搅拌桩成墙设备由主机1、履带式底盘总成2、链刀连接架3、同步注浆系统4、链刀切割箱总成5组成；主机1设置在底盘总成2上，主机1上安装了动力装置和电液系统，为设备的行走和链刀的旋转切削提供动力和控制；整机通过底盘2行走可沿成墙方向移动；底盘总成2一侧通过前连接销轴9与链刀连接架3下部连接，链刀连接架3的上部连接有斜拉杆6，斜拉杆6通过调整油缸8用后连接销轴7与底盘总成2的另一侧连接，可实现链刀连接架3一个方向的角度调整；链刀连接架3上通过由横向轨道11、10和竖向轨道14构成的二维平面定位装置连接有链刀切割箱总成5，横向轨道11、10分别设在链刀连接架3的上下部，竖向轨道14通过上下两个滑座12、20与横向轨道11、10连接滑动配合，链刀切割箱总成5通过多组抱箍15与竖向轨道14连接滑动配合，在横向轨道11、10和竖向轨道14之间分别设有横向液压缸13、21，在竖向轨道14和链刀切割箱总成5之间设有竖向液压缸16，通过链刀连接架3上下的横向液压缸13、21和竖向液压缸16可实现链刀切割箱总成5在链刀连接架3上的水平滑移和垂直滑移；链刀切割箱总成5由上下两端的驱动轮箱17、惰性轮箱19和位于驱动轮箱17、惰性轮箱19之间的多节标准刀箱18拼装而成，刀箱间通过销轴25定位，用螺栓26固定连接；在驱动轮箱17和惰性轮箱19中分别设有驱动链轮22和惰性轮29，在标准刀箱18的两侧嵌有绕经驱动链轮22和惰性轮29的链轨24，若干组不同宽度的刀具23以一定的排列规律固定于链轨24上，通过驱动轮箱17中的驱动链轮22与惰性轮箱19中的惰性轮29旋转，带动链轨24与其上的刀具23旋转，实现对土壤的切割搅拌；链刀切割箱总成5内部设有多个连接同步注浆系统的输浆通道27，输浆通道27通往设置在惰性轮箱19两侧的喷浆口30，浆液与空气由同步注浆系统的管路进入输浆通道27，从喷浆口30喷出。

为设备正常工作，设计了多处监控措施。在链刀切割箱总成5内部沿竖向的多个输浆通道27的一个输浆通道28中放置垂直传感仪器，间隔n个标准刀箱18放置一个，用信号线将其上下相连，监测链刀切割箱总成5的角度变化，并根据检测链轨24旋转的驱动马达压力，自动调节链刀切割箱总成5的推进速度和链轨24的旋转速度。根据注浆流量和设定注浆比例，自动匹配切削搅拌推进速度。根据不同成墙宽度更换不同宽度的刀具。可根据不同土质更换不同类型的刀具。

本发明设备施工时，通过底盘总成2可沿成墙方向移动，设备所带的链刀切割箱总成5插入地基土层到达成墙设计深度后，通过链刀连接架3上的上下横向推进缸13、21推动链刀切割箱总成5沿成墙方向横移，做直线切割运动，同时开启同步注浆系统4，具有一定压力的水泥浆液通过链刀切割箱5内部从链刀切割箱总成5的最下端的惰性轮箱19两侧喷出。镶嵌于标准刀箱18两侧的链轨24带动刀具23旋转，对土层进行切割，并将成墙全深度方向的原土和水泥浆液进行均匀的混合搅拌，浆液凝固后形成一道平整、连续、具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续地下墙体。

以下通过具体操作方法对本发明作进一步说明。

参考图8，本发明在施工时的具体拼装切割方式为：驱动轮箱17与整机固连，开始土层进行切割时，将驱动轮箱17与惰性轮箱19螺栓连接后，启动链轨24和刀具23转动，竖向推进缸16推进将惰性轮箱19插入土层内(参见图8中a)，接着松开两箱的连接螺栓，将惰性轮箱19留在土层中，移动整机，将驱动轮箱17与一节标准箱18一端相连(参见图8中b)，再返回惰性轮箱19处，将另一端与惰性轮箱19连接，将该节标准箱18继续插入土层中(参见图8中a)，往返多次，将链刀切割箱5拼装到成墙设定深度，完成垂直切削。

参考图9、图10，链刀切割箱总成5拼接完毕到成墙所需深度后，开始沿成墙方向水平切割，通过链刀连接架3上的横向推进缸13推动链刀切割箱总成5沿成墙方向横移，做直线切割运动。横向切割运动根据切削深度和土质情况分一步成型和三步成型两种方式。当成墙深度较小，标贯值较低的土层中，土层结构相对较好，水平运动速度较快，可实行一步成型方式，边切割挖掘边注入水泥浆液(参见图9中a、b)。当深度较大，地层中砾石含量较高，标贯值较大时，采用三步成型方式，即首先注入挖掘液先行挖掘一段距离，返回原处后注入固化液搅拌成墙，再注入挖掘液进行挖掘(参见图10中a、b、c)。在垂直切削和水平切削过程中，实时观看链刀切割箱的角度变化，发现偏角过大时，可多次回退降低进给速度，保证链刀切割箱行进过程中的合理偏角，保证成墙质量。可根据墙体的强度需要在搅拌成墙时以任意间距插入型钢31。

本发明利用链轨沿切割箱旋转带动刀具切割原土，并在全深度方向进行原土和水泥浆液的混合搅拌，凝固后形成一道平整、连续、具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续地下墙体。本发明能满足30-60m范围内深基坑(30-60m)支护的水泥土搅拌桩墙成型的需求。见图11和图12，本发明施工的成墙与SMW工法施工的成墙比较，且具有成墙防水性能好、施工经济性好、整机安全性好、土质适应性广、成墙精度好等优点。

Claims

1.一种链刀式搅拌桩成墙设备，其特征是包括主机、底盘总成、链刀连接架、同步注浆系统、链刀切割箱总成；所述主机设置在底盘总成上，主机上设有动力装置和电液系统，底盘的一侧设有链刀连接架，链刀连接架上通过由横向轨道和竖向轨道构成的二维平面定位装置连接有链刀切割箱总成；所述链刀切割箱总成包括上下两端的驱动轮箱、惰性轮箱和位于驱动轮箱、惰性轮箱之间的多节标准刀箱；驱动轮箱和惰性轮箱中分别设有驱动链轮和惰性轮；在标准刀箱的两侧嵌有绕经驱动链轮和惰性轮的链轨，若干组不同宽度的切削刀具以一定的排列规律固定于链轨上；链刀切割箱总成内部设有连接所述同步注浆系统并通往设置在惰性轮箱上喷浆口的输浆通道。

2.根据权利要求1所述的链刀式搅拌桩成墙设备，其特征是所述链刀连接架的下部铰接在底盘总成的一侧，其上部连接有斜拉杆，斜拉杆通过调整油缸铰接在底盘总成的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述的链刀式搅拌桩成墙设备，其特征是在所述链刀切割箱总成上沿竖向的内部通道中设有若干垂直传感器。

4.根据权利要求3所述的链刀式搅拌桩成墙设备，其特征是所述的二维平面定位装置，其中的横向轨道为上下两根分别设在所述的链刀连接架的上、下部，竖向轨道通过滑座与上、下横向轨道连接，所述的链刀切割箱总成设在纵向轨道上；在横向轨道和竖向轨道之间设有横向液压缸，在竖向轨道和链刀切割箱总成之间设有竖向液压缸。