CN103132512B - 一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机，包括底座、制动动力器、桩机支架、内杆导向杆、内杆、外杆导向杆、外杆、外杆转速控制器和搅拌头；桩机支架上设有第一传动机构和第二传动机构两套传动机构；制动动力器通过水平传动轴与外杆转速控制器连接；外杆套装在内杆的外侧，内杆的上部穿出外杆，杆顶部设有进浆口，外杆的下部穿过外杆转速控制器和底座；外杆下部的壁面设有出浆口，内杆的底端设有固定板，固定板嵌至在外杆的内腔中；搅拌头连接在固定板的底面。该分层搅拌桩机可以穿过地表、夹砂土层或硬土层，对位于地表、夹砂土层或硬土层下方的软土层往进行加固，节省工程建设成本。

Description

一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机

技术领域

本发明涉及软土地基加固机械领域，具体来说，涉及一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机。

背景技术

我国沿海、沿江地区是我国经济最发达地区，长江三角洲地区、珠江三角洲地区以及环渤海三大经济圈的形成和快速发展，更成为我国经济发展的重要引擎。同时，沿海沿江地区也是我国基础设施建设最密集的地区。然而，这些沿海、沿江发达地区都普遍位于软土地区，工程建设影响的深度范围内普遍存在一定厚度的软土。软土具有强度低、压缩性高和含水率高等特点，因此软土地基处理是各类基础设施建设工程中的关键技术难题之一，特别是近年的大规模高速公路、高速铁路、地下空间开发、大型码头工程建设，对软土地基处理技术提出了更高的要求。

水泥土搅拌桩是加固软土地基的有效方法之一，它是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射水泥浆液或水泥粉，并就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂和软土之间一系列物理化学作用，形成强度较高、整体性、水稳性好的水泥土固化体。这种水泥土搅拌桩与桩周土体一起组成复合地基，可提高土体强度，减少地基压缩性，降低地基渗透性，从而达到加固软土地基的目的。

由于水泥土搅拌桩具有施工方便、处理效果较好、适用性广、造价适中等优点，该技术在国内外软土地区基坑坑底加固中得到了广泛应用，工程实践表明，基坑坑底经过搅拌桩加固后，可以改善土体的物理力学性质，不仅可以增加支护结构前的被动土压力，进而减少支护结构的侧面变形和地面沉降，而且可以增强坑底抗隆起变形的能力，防止被动区土体的破坏，进而基坑的抗倾覆、抗滑移及整体稳定性将大大提高。但是，工程应用中仍存在不少问题，归纳起来主要有：

（1）现有搅拌桩施工机械只能从地表往下全深度加固土层，不能根据工程需要，仅仅加固开挖后基坑底部一定深度范围内土体。如基坑工程中只加固基坑底面以下软土层，而不加固拟开挖土层，则可以大大节省工程建设成本。

（2）加固土层过于单一，若软土中存在一定厚度的夹砂土层或硬土层时， 现有搅拌桩施工机械难以穿透，这使得砂土层或硬土层以下分布的深厚软土不能有效加固。

由于上述问题的存在，影响了水泥土搅拌桩在基坑工程中应用范围。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机，该分层搅拌桩机可以穿过地表、夹砂土层或硬土层，对位于地表、夹砂土层或硬土层下方的软土层往进行加固，节省工程建设成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机，该搅拌桩机包括底座、制动动力器、桩机支架、内杆导向杆、内杆、外杆导向杆、外杆、外杆转速控制器和搅拌头；

桩机支架固定连接在底座上，制动动力器和外杆转速控制器位于底座的顶面，桩机支架上设有第一传动机构和第二传动机构两套传动机构；每套传动机构包括链轮、链条、传送带和主动轮，链轮连接在桩机支架上，链轮可绕其轴线旋转，链条呈环形，链条缠绕在链轮上，主动轮连接在底座上，且主动轮与制动动力器的输出轴相配合，传送带缠绕在主动轮和一个链轮上；制动动力器通过水平传动轴与外杆转速控制器连接，外杆转速控制器控制外杆及搅拌头的旋转；

外杆套装在内杆的外侧，内杆的上部穿出外杆，内杆的顶部和外杆的顶部上设有可相互配合的卡合件，内杆导向杆的一侧固定连接在内杆的顶部，内杆导向杆的另一侧固定连接在第一传动机构的链条上；外杆导向杆的一侧固定连接在外杆的顶部，外杆导向杆的另一侧固定连接在第二传动机构的链条上；外杆顶部设有进浆口，外杆的下部穿过外杆转速控制器和底座；外杆下部的壁面设有出浆口，内杆的底端设有固定板，固定板嵌至在外杆的内腔中，固定板可以随内杆上下行走；搅拌头连接在固定板的底面。

进一步，所述的搅拌头包括n个弹性弯曲杆和n个搅拌叶片，每个弹性弯曲杆的顶端固定连接在固定板的底面，每个弹性弯曲杆的末端链接一个搅拌叶片，每个搅拌叶片的一端通过销链接在外杆的壁面上；n为大于等于2的整数。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）采用可折叠搅拌叶片，减少对不加固软土层的施工扰动。现有的搅拌叶片为固定长度的，呈水平状，且不可折叠。采用现有结构的搅拌叶片，需要对不加固软土层破坏，同时，搅拌桩径是固定的，不可改变的。而本发明的搅拌头包括弹性弯曲杆和搅拌叶片。每个弹性弯曲杆的顶端固定在固定板上，每个弹性弯曲杆的底端链接一个搅拌叶片。移动固定板，弹性弯曲杆也随之移动。这样，搅拌叶片的张开幅度可以通过固定板来调节。选择不同折叠程度的搅拌叶片，会形成不同的搅拌桩径。另外，在穿过不需要加固的软土层时，搅拌叶片处于闭合状态，可以避免对不加固软土层的施工扰动。 

（2）该装置结构简单，成本低廉。本发明的分层搅拌桩机包括底座、制动动力器、桩机支架、内杆导向杆、内杆、外杆导向杆、外杆、外杆转速控制器和搅拌头。整个装置的结构简单，成本低廉。

（3）能够穿过不需加固的土层，仅仅加固拟加固的软土层，进而节约工程造价。本发明的分层搅拌桩机对于不要加固的土层，利用可折叠搅拌叶片，使搅拌叶片处于闭合状态，轻易的穿过不需加固的土层。对于需要加固的软土层，利用可折叠搅拌叶片，使搅拌叶片处于张开状态，对软土层进行加固。另外，利用固定板的移动距离，控制搅拌叶片的张开幅度，满足不同搅拌桩径的施工需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的搅拌头处于折叠状态的示意图。

图3为本发明的搅拌头处于部分展开状态的示意图。

图中有：底座1、制动动力器2、桩机支架3、内杆导向杆4、内杆5、外杆导向杆6、外杆7、外杆转速控制器8、搅拌头9、链轮10、链条11、传送带12、主动轮13、水平传动轴14、进浆口15、出浆口16、固定板17、弹性弯曲杆18、搅拌叶片19。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机，包括底座1、制动动力器2、桩机支架3、内杆导向杆4、内杆5、外杆导向杆6、外杆7、外杆转速控制器8和搅拌头9。桩机支架3固定连接在底座1上，制动动力器2和外杆转速控制器8位于底座1的顶面。桩机支架3上设有第一传动机构和第二传动机构两套传动机构。每套传动机构包括链轮10、链条11、传送带12和主动轮13。链轮10连接在桩机支架3上，链轮10可绕其轴线旋转。链条11呈环形，链条11缠绕在链轮10上。主动轮13连接在底座1上，且主动轮13与制动动力器2的输出轴相配合。制动动力器2的输出轴可以带动主动轮13旋转。传送带12缠绕在主动轮13和一个链轮10上。这样，主动轮13的旋转，可以带动传送带12转动，传送带12又带动链轮10旋转，缠绕在链轮10上的链条11也随之转动。制动动力器2通过水平传动轴14与外杆转速控制器8连接。制动动力器2可以控制外杆转速控制器8的启动和停止运行。外杆转速控制器8控制外杆7及搅拌头9的旋转。作为优选，外杆7的横截面为正方形。外杆7与外杆转速控制器8通过齿轮耦合，使得外杆转速控制器8能够控制外杆7的转速。外杆7套装在内杆5的外侧。内杆5的上部穿出外杆7。内杆5的顶部和外杆7的顶部上设有可相互配合的卡合件。卡合件的结构多样。例如，在外杆7的顶部设置卡口，在内杆5的顶部设置凸块，凸块与卡口相配合。当外杆7固定不动时，内杆5在链条11的带动下向下移动，直至内杆5的凸块卡合在外杆7的卡口中，从而使外杆7和内杆5卡紧，一起转动。内杆导向杆4的一侧固定连接在内杆5的顶部，内杆导向杆4的另一侧固定连接在第一传动机构的链条上。这样，第一传动机构中链条的转动，可以带动内杆5向上行走或向下行走。内杆5与内杆导向杆4通过法兰设置连接。也就是说，内杆导向杆4只防止内杆5左右移动，确保内杆5可上下行走，但是内杆导向杆4不约束内杆5转动。外杆导向杆6的一侧固定连接在外杆7的顶部，外杆导向杆6的另一侧固定连接在第二传动机构的链条上。第二传动机构中链条的转动，可以带动外杆7向上行走或向下行走。外杆7与外杆导向杆6通过法兰设置连接。也就是说，外杆导向杆6只防止外杆7左右移动，确保外杆7可上下行走，但是外杆导向杆6不约束外杆7转动。外杆7顶部设有进浆口15。水泥浆泵将水泥浆液由进浆口15送入外杆7中。水泥浆液位于外杆7和内杆5之间的空腔中，向下流动。外杆7的下部穿过外杆转速控制器8和底座1。外杆7下部的壁面设有出浆口16。水泥浆液从出浆口16流出。内杆5的底端设有固定板17，固定板17嵌至在外杆7的内腔中。固定板17固定连接在内杆5的底端，可以随内杆5上下行走。搅拌头9连接在固定板17的底面。

进一步，所述的搅拌头9包括n个弹性弯曲杆18和n个搅拌叶片19，每个弹性弯曲杆18的顶端固定连接在固定板17的底面，每个弹性弯曲杆18的末端链接一个搅拌叶片19，每个搅拌叶片19的一端通过销链接在外杆7的壁面上；n为大于等于2的整数。现有的搅拌叶片为固定长度的，呈水平状，且不可折叠。本发明的搅拌头通过设置弹性弯曲杆18，可以选择不同折叠程度的搅拌叶片19，进而形成不同的搅拌桩径。

进一步，所述的n为3，且三个搅拌叶片19之间的夹角为120度。搅拌头9中设置三个搅拌叶片19，且均匀分布，可以满足切割土层，以及搅拌土体和水泥浆液的目的，且成本低。

进一步，所述的外杆7和内杆5同轴设置。外杆7和内杆5同轴设置，有利于安装和定位。

进一步，所述的每套传动机构中，链轮10为四个，分别连接在桩机支架3顶端相对的两个侧边和桩机支架3底端相对的两个侧边。设置四个链轮10，可以使得链条11的定位更加牢靠。

进一步，所述的搅拌叶片19的长度可以根据工程实际需求而定，优选为1000mm。

上述结构的分层搅拌桩机的工作过程是：启动制动动力器2，制动动力器2的动力输出轴与传动机构中的主动轮13相配合，动力输出轴带动主动轮13旋转，缠绕在主动轮13上的传送带12随之旋转，传送带12带动链轮10旋转，链轮10驱动链条11旋转。这样，固定在第一传动机构链条上的内杆导向杆4带动内杆5上下行走，固定在第二传动机构链条上的外杆导向杆6带动外杆7上下行走。当搅拌头9进入待加固软土层，需展开搅拌叶片19时，通过控制制动动力器2，使得第二传动机构停止运行，进而外杆7停止向下移动。利用制动动力器2带动第一传动机构继续运行，使得内杆5和固定板17继续往下行走，进而使位于固定板17下方的搅拌头9移出外杆7内腔，同时使位于内杆5顶部和外杆7顶部的卡合件相配合，内杆5和外杆7卡合在一起。搅拌头9的展开过程是：固定板17往下行走，固定在固定板17下方的弹性弯曲杆18移出外杆7内腔。因为搅拌叶片19的一端通过销固定连接在外杆7的壁面上，所以搅拌叶片19在弹性弯曲杆18弹性力的驱动下，绕销旋转，进而向外侧展开。调整制动动力器2带动水平传动轴14，启动外杆转速控制器8，使得外杆转速控制器8带动外杆7旋转，外杆7又带动内杆5旋转，进而固定在内杆5下部的搅拌头9也随之旋转。这样，调整制动动力器2，通过水平传动轴14启动外杆转速控制器8，外杆转速控制器8带动搅拌叶片19切割土体，同时利用水泥浆泵将浆液由进浆口15送入外杆7内，再由出浆口16喷出浆液，使得浆液与切割的土体由搅拌叶片19进行搅拌。

搅拌叶片19是在软土层中一边搅拌，一边向上行走，直至加固整个软土层。搅拌叶片19是在软土层中的行走，是通过外杆转速控制器8的齿轮与外杆7的配合来实现的。当搅拌完毕后，需要移出搅拌头9时，先启动制动动力器2，使第一传动机构运行，进而使内杆5和固定板17往上行走；因为弹性弯曲杆18具有弹性，其在固定板17的拉动下，向外杆7内腔中行走，进而搅拌叶片19也收缩至外杆7内腔中；然后通过制动动力器2控制外杆转速控制器8，使得外杆转速控制器8不再与外杆7接触；接着，启动制动动力器2，使得第一传动机构和第二传动机构同时向上行走，使得外杆7和内杆5移出土层。

本发明的分层搅拌桩，可以直接穿过不需加固的土层，仅仅加固拟加固的软土层，进而节约工程造价。同时，本发明的分层搅拌桩采用的搅拌头9，具有可折叠的功能。通过弹性弯曲杆18和搅拌叶片19的配合，在不需要加固的土层中，搅拌叶片19通过弹性弯曲杆18收缩在外杆7空腔中；在需要加固的软土层中，搅拌叶片19通过弹性弯曲杆18伸出外杆7，并处于展开状态。采用这种具有可折叠功能的搅拌头9，可以减少对不加固软土层的施工扰动。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有双向搅拌桩技术加以实现。

Claims (6)

1.一种用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：该搅拌桩机包括底座(1)、制动动力器(2)、桩机支架(3)、内杆导向杆(4)、内杆(5)、外杆导向杆(6)、外杆(7)、外杆转速控制器(8)和搅拌头(9)；

桩机支架(3)固定连接在底座(1)上，制动动力器(2)和外杆转速控制器(8)位于底座(1)的顶面，桩机支架(3)上设有第一传动机构和第二传动机构两套传动机构；每套传动机构包括链轮(10)、链条(11)、传送带(12)和主动轮(13)，链轮(10)连接在桩机支架(3)上，链轮(10)可绕其轴线旋转，链条(11)呈环形，链条(11)缠绕在链轮(10)上，主动轮(13)连接在底座(1)上，且主动轮(13)与制动动力器(2)的输出轴相配合，传送带(12)缠绕在主动轮(13)和一个链轮(10)上；制动动力器(2)通过水平传动轴(14)与外杆转速控制器(8)连接，外杆转速控制器(8)控制外杆(7)及搅拌头(9)的旋转；

外杆(7)套装在内杆(5)的外侧，内杆(5)的上部穿出外杆(7)，内杆(5)的顶部和外杆(7)的顶部上设有可相互配合的卡合件，内杆导向杆(4)的一侧固定连接在内杆(5)的顶部，内杆导向杆(4)的另一侧固定连接在第一传动机构的链条上；外杆导向杆(6)的一侧固定连接在外杆(7)的顶部，外杆导向杆(6)的另一侧固定连接在第二传动机构的链条上；外杆(7)顶部设有进浆口(15)，外杆(7)的下部穿过外杆转速控制器(8)和底座(1)；外杆(7)下部的壁面设有出浆口(16)，内杆(5)的底端设有固定板(17)，固定板(17)嵌至在外杆(7)的内腔中，固定板(17)可以随内杆(5)上下行走；搅拌头(9)连接在固定板(17)的底面；

所述的搅拌头(9)包括n个弹性弯曲杆(18)和n个搅拌叶片(19)，每个弹性弯曲杆(18)的顶端固定连接在固定板(17)的底面，每个弹性弯曲杆(18)的末端链接一个搅拌叶片(19)，每个搅拌叶片(19)的一端通过销链接在外杆(7)的壁面上；n为大于等于2的整数。

2.按照权利要求1所述的用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：所述的n为3，且三个搅拌叶片(19)之间的夹角为120度。

3.按照权利要求1所述的用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：所述的外杆(7)和内杆(5)同轴设置。

4.按照权利要求1所述的用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：所述的每套传动机构中，链轮(10)为四个，分别连接在桩机支架(3)顶端相对的两个侧边和桩机支架(3)底端相对的两个侧边。

5.按照权利要求1所述的用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：所述的搅拌叶片(19)的长度为1000mm。

6.按照权利要求1所述的用于软土地基加固的分层搅拌桩机，其特征在于：所述的外杆(7)的横截面为正方形。