CN110273418B - 一种用于软土地基固化的深层搅拌装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，包括固定在地基上的举升机构，举升机构用于举升或降低固定平台，固定平台上设有用于灌注水泥的注浆机构，注浆机构的底部设有用于搅拌水泥的搅拌机构；本发明搅拌稳定性好，安全性高，减小了误差，保证了搅拌桩的成型效果。

Description

一种用于软土地基固化的深层搅拌装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种搅拌装置，具体涉及一种用于软土地基固化的深层搅拌装置。

背景技术

我国地域广大，有各种成因的软土层，其分布范围广，土层厚度大。这类软土的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、沉降稳定时间长。近年来，随着公路工程建设的快速发展，经常需要在软土地基上进行公路桥梁建设施工，由于软土地基不良的建筑性能，因此需要进行人工加固处理，软土地基的处治方法很多，如我们常见的挖除非适应土进行换填，水泥或石灰稳定土处治、抛片石挤淤、土工织物处治、砂垫层和碎石垫层处治、碎石桩处治等。而水泥搅拌桩法处理软土地基以其加固效果显著、成本低、污染小、工期短、场地条件要求低等优点而在工程上广泛应用。

水泥搅拌桩法可分为喷浆型与喷粉型两大类，其中喷浆型水泥搅拌桩适宜于然含水量＜60％的软土或软弱土，其施工方法和作用原理是利用拌浆、送浆压力泵及深层搅拌机，将水泥浆输送至土层中，使其与原位软弱土强制拌和，通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等，形成具有一定强度的水泥土桩。水泥土桩与桩间土层形成复合地基，从而提高地基的整体强度。

现有的软土体就地固化设备一般都采用水平旋转的方式进行搅拌，这种搅拌方式稳定性较差，易发生变形，影响搅拌桩的成型效果。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，搅拌稳定性好，安全性高，减小了误差，保证了搅拌桩的成型效果。

具体的技术方案如下：

一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，包括固定在地基上的举升机构，举升机构用于举升或降低固定平台，固定平台上设有用于灌注水泥的注浆机构，注浆机构的底部设有用于搅拌水泥的搅拌机构。

进一步的，举升机构为液压举升机，液压举升机的数量为两个。

进一步的，固定平台水平的固定在两个相对设置的液压举升机的升降平台之间，固定平台的中心处设有第一通孔，第一通孔的外周均布多个第二通孔，第一通孔用于贯穿注浆机构。

进一步的，注浆机构包括圆柱体结构的支承柱，支承柱的中心处沿其轴线方向设有一个注浆通道，注浆通道的外周均布多个调节腔，调节腔与注浆通道平行设置；

支承柱的外侧壁上沿其轴线方向均布多个第一齿条，支承柱竖直的穿过第一通孔；

固定平台上通过第一支架可转动的固定多个主动齿轮，多个主动齿轮分别与多个第一齿条对应设置且相互啮合，每个主动齿轮通过一个步进电机驱动转动，从而带动支承柱在第一通孔中进行上下移动。

进一步的，支承柱的相邻两个第一齿条之间设有一个导向机构；导向机构包括固定在支承柱顶部、且位于固定平台上方的上压板，固定在支承柱底部、且位于固定平台下方的下压板和固定在上压板与下压板之间的导向杆，导向杆与注浆通道平行设置，导向杆与第二通道对应设置且间隙配合的穿过第二通道。

进一步的，搅拌机构包括自上而下依次设置在支承柱下方、且水平设置的第一固定板、第二固定板和第三固定板；

还包括与调节腔对应设置的调节拉杆，多个调节拉杆分别自下而上的穿过第三固定板、第二固定板、第一固定板和调节腔后，与设置在支承柱上方的定位环固定连接；

定位环的底部呈圆周状的均布多组限位导杆组，每组限位导杆组均包括多个呈圆环状设置的限位导杆，每组限位导杆组的限位导杆均可移动的贯穿一个限位推板，限位推板固定在液压缸上，液压缸固定在固定平台上；

每个调节拉杆上均套设三个第一弹簧，三个第一弹簧分别焊接固定在支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间；

当液压缸推动限位推板向上移动时，限位推板推动定位环向上移动，从而使第三固定板向上移动，第二固定板和第一固定板在第一弹簧的推动作用下也一同向上移动；当液压缸向下移动复位时，第一固定板、第二固定板和第三固定板在弹簧的作用下复位至弹簧处于自由状态。

进一步的，第一固定板、第二固定板和第三固定板的顶部和底部分别设有一个圆锥体结构的导流块。

进一步的，支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间分别设有一组辅助搅拌组，辅助搅拌组包括呈圆周状设置的辅助搅拌结构。

进一步的，辅助搅拌结构包括上基座、下基座和两个搅拌杆，两个搅拌杆的一端分别可转动的固定在上基座和下基座上，两个搅拌杆的另一端可转动的铰接在一起；上基座固定在支承柱、第一固定板或第二固定板的侧壁上，下基座相应的固定在第一固定板、第二固定板或第三固定板的侧壁上；

当支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间发生相对移动时，辅助搅拌结构也同时进行上下相对运动，从而对水泥进行辅助搅拌。

进一步的，固定平台的底部设有一圈挡环，挡环可插入桩孔中。

进一步的，固定平台上还设有进料支撑架，进料支撑架上设有物料罐，物料罐通过管道与支承柱的注浆通道相连接，通过物料罐直接通过注浆通道向桩孔内注入水泥。

进一步的，调节拉杆位于调节腔中的部分上设有一个塞块，调节腔的底部设有多个通气孔，当调节拉杆进行上下移动时，带动塞块上下移动，对水泥进行爆气操作。

进一步的，使用搅拌装置的施工方法为：

(1)将搅拌机构、注浆机构组装在固定平台上，再加个固定平台固定在液压举升机上，最后将液压举升机移动至桩孔处，使注浆机构与桩孔对应设置；

(2)通过步进电机驱动支承柱向下移动至最低位置，通过液压举升机将搅拌机构移动至插入桩孔底部，此时固定平台底部的挡环插入桩孔中；

(3)通过注浆通道向桩孔中注入水泥，在注入水泥的过程中，水泥冲击第一固定板，使第一固定板进行上下震荡，从而在弹簧的作用下使第二固定板和第三固定板一同进行上下震荡，进一步的带动辅助搅拌机构发生相对运动；

(4)当水泥注入至淹没支承柱的出料口后，停止注浆，启动液压缸上下移动，带动调节拉杆进行上下移动，从而进一步的使第一固定板、第二固定板、第三固定板和相应的辅助搅拌机构进行运动；

(5)通过步进电机将支承柱向上移动至第二固定板移出水泥，重复操作步骤(1)(2)(3)(4)；

(6)重复操作步骤(5)直至桩孔填充完成，通过液压举升机向上移开固定平台即可。

本发明的有益效果为：

本发明采用了分步分层式的加料搅拌的方式，操作简单，搅拌稳定性好，安全性高，减小了误差，保证了搅拌桩的成型效果。

附图说明

图1为本发明剖视图；

图2为注浆机构剖视图；

图3为搅拌机构剖视图。

附图标记

注浆机构1、搅拌机构2、举升机构3、固定平台4；

支承柱101、注浆通道102、调节腔103、第一齿条104、主动齿轮105、导向机构106、上压板107、下压板108、导向杆109；

第一固定板201、第二固定板202、第三固定板203、调节拉杆204、定位环205、限位导杆组206、限位推板207、液压缸208、第一弹簧209、第二弹簧210、导流块211、辅助搅拌组212、上基座213、下基座214、搅拌杆215；

挡环401、进料支撑架402、物料罐403、管道404；

桩孔601；

塞块701、通气孔702。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

如图所示一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，包括固定在地基上的举升机构3，举升机构用于举升或降低固定平台4，固定平台上设有用于灌注水泥的注浆机构1，注浆机构的底部设有用于搅拌水泥的搅拌机构2。

进一步的，举升机构为液压举升机，液压举升机的数量为两个。

进一步的，固定平台水平的固定在两个相对设置的液压举升机的升降平台之间，固定平台的中心处设有第一通孔，第一通孔的外周均布多个第二通孔，第一通孔用于贯穿注浆机构。

进一步的，注浆机构包括圆柱体结构的支承柱101，支承柱的中心处沿其轴线方向设有一个注浆通道102，注浆通道的外周均布多个调节腔103，调节腔与注浆通道平行设置；

支承柱的外侧壁上沿其轴线方向均布多个第一齿条104，支承柱竖直的穿过第一通孔；

固定平台上通过第一支架可转动的固定多个主动齿轮105，多个主动齿轮分别与多个第一齿条对应设置且相互啮合，每个主动齿轮通过一个步进电机驱动转动，从而带动支承柱在第一通孔中进行上下移动。

进一步的，支承柱的相邻两个第一齿条之间设有一个导向机构106；导向机构包括固定在支承柱顶部、且位于固定平台上方的上压板107，固定在支承柱底部、且位于固定平台下方的下压板108和固定在上压板与下压板之间的导向杆109，导向杆与注浆通道平行设置，导向杆与第二通道对应设置且间隙配合的穿过第二通道。

进一步的，搅拌机构包括自上而下依次设置在支承柱下方、且水平设置的第一固定板201、第二固定板202和第三固定板203；

还包括与调节腔对应设置的调节拉杆204，多个调节拉杆分别自下而上的穿过第三固定板、第二固定板、第一固定板和调节腔后，与设置在支承柱上方的定位环205固定连接；

定位环的底部呈圆周状的均布多组限位导杆组206，每组限位导杆组均包括多个呈圆环状设置的限位导杆，每组限位导杆组的限位导杆均可移动的贯穿一个限位推板207，限位推板固定在液压缸208上，液压缸固定在固定平台上；

每个调节拉杆上均套设三个第一弹簧209，三个第一弹簧分别焊接固定在支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间；调节拉杆上还设有第二弹簧210，第二弹簧焊接固定在定位环与支承柱的顶部之间；

当液压缸推动限位推板向上移动时，限位推板推动定位环向上移动，从而使第三固定板向上移动，第二固定板和第一固定板在第一弹簧的推动作用下也一同向上移动；当液压缸向下移动复位时，第一固定板、第二固定板和第三固定板在弹簧的作用下复位至弹簧处于自由状态。

进一步的，第一固定板、第二固定板和第三固定板的顶部和底部分别设有一个圆锥体结构的导流块211。

进一步的，支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间分别设有一组辅助搅拌组212，辅助搅拌组包括呈圆周状设置的辅助搅拌结构。

进一步的，辅助搅拌结构包括上基座213、下基座214和两个搅拌杆215，两个搅拌杆的一端分别可转动的固定在上基座和下基座上，两个搅拌杆的另一端可转动的铰接在一起；上基座固定在支承柱、第一固定板或第二固定板的侧壁上，下基座相应的固定在第一固定板、第二固定板或第三固定板的侧壁上；

当支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间发生相对移动时，辅助搅拌结构也同时进行上下相对运动，从而对水泥进行辅助搅拌。

进一步的，上下相邻的两组辅助搅拌组之间的辅助搅拌结构交错设置。

进一步的，固定平台的底部设有一圈挡环401，挡环可插入桩孔中。

进一步的，使用搅拌装置的施工方法为：

(1)将搅拌机构、注浆机构组装在固定平台上，再加个固定平台固定在液压举升机上，最后将液压举升机移动至桩孔处，使注浆机构与桩孔601对应设置；

(2)通过步进电机驱动支承柱向下移动至最低位置，通过液压举升机将搅拌机构移动至插入桩孔底部，此时固定平台底部的挡环插入桩孔中；

(3)通过注浆通道向桩孔中注入水泥，在注入水泥的过程中，水泥冲击第一固定板，使第一固定板进行上下震荡，从而在弹簧的作用下使第二固定板和第三固定板一同进行上下震荡，进一步的带动辅助搅拌机构发生相对运动；

(4)当水泥注入至淹没支承柱的出料口后，停止注浆，启动液压缸上下移动，带动调节拉杆进行上下移动，从而进一步的使第一固定板、第二固定板、第三固定板和相应的辅助搅拌机构进行运动；

(5)通过步进电机将支承柱向上移动至第二固定板移出水泥，重复操作步骤(1)(2)(3)(4)；

(6)重复操作步骤(5)直至桩孔填充完成，通过液压举升机向上移开固定平台即可。

本发明的有益效果为：

本发明采用了分步分层式的加料搅拌的方式，操作简单，搅拌稳定性好，安全性高，减小了误差，保证了搅拌桩的成型效果。

实施例二

在实施例一的基础上，作为进一步的优化，在调节拉杆位于调节腔中的部分上设置一个塞块701，调节腔的底部设有多个通气孔702，当调节拉杆进行上下移动时，带动塞块上下移动，对水泥进行爆气操作；进一步的增加了搅拌效果。

实施例三

在实施例一的基础上，作为进一步的优化，固定平台上还设有进料支撑架402，进料支撑架上设有物料罐403，物料罐通过管道404与支承柱的注浆通道相连接，通过物料罐直接通过注浆通道向桩孔内注入水泥。

Claims (5)

1.一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，其特征为，包括固定在地基上的举升机构，举升机构用于举升或降低固定平台，固定平台上设有用于灌注水泥的注浆机构，注浆机构的底部设有用于搅拌水泥的搅拌机构；举升机构为液压举升机，液压举升机的数量为两个；固定平台水平的固定在两个相对设置的液压举升机的升降平台之间，固定平台的中心处设有第一通孔，第一通孔的外周均布多个第二通孔，第一通孔用于贯穿注浆机构；注浆机构包括圆柱体结构的支承柱，支承柱的中心处沿其轴线方向设有一个注浆通道，注浆通道的外周均布多个调节腔，调节腔与注浆通道平行设置；

支承柱的外侧壁上沿其轴线方向均布多个第一齿条，支承柱竖直的穿过第一通孔；

固定平台上通过第一支架可转动的固定多个主动齿轮，多个主动齿轮分别与多个第一齿条对应设置且相互啮合，每个主动齿轮通过一个步进电机驱动转动，从而带动支承柱在第一通孔中进行上下移动；支承柱的相邻两个第一齿条之间设有一个导向机构；导向机构包括固定在支承柱顶部、且位于固定平台上方的上压板，固定在支承柱底部、且位于固定平台下方的下压板和固定在上压板与下压板之间的导向杆，导向杆与注浆通道平行设置，导向杆与第二通道对应设置且间隙配合的穿过第二通道；搅拌机构包括自上而下依次设置在支承柱下方、且水平设置的第一固定板、第二固定板和第三固定板；

还包括与调节腔对应设置的调节拉杆，多个调节拉杆分别自下而上的穿过第三固定板、第二固定板、第一固定板和调节腔后，与设置在支承柱上方的定位环固定连接；

定位环的底部呈圆周状的均布多组限位导杆组，每组限位导杆组均包括多个呈圆环状设置的限位导杆，每组限位导杆组的限位导杆均可移动的贯穿一个限位推板，限位推板固定在液压缸上，液压缸固定在固定平台上；

每个调节拉杆上均套设三个第一弹簧，三个第一弹簧分别焊接固定在支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间；

当液压缸推动限位推板向上移动时，限位推板推动定位环向上移动，从而使第三固定板向上移动，第二固定板和第一固定板在第一弹簧的推动作用下也一同向上移动；当液压缸向下移动复位时，第一固定板、第二固定板和第三固定板在弹簧的作用下复位至弹簧处于自由状态。

2.如权利要求1所述的一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，其特征为，第一固定板、第二固定板和第三固定板的顶部和底部分别设有一个圆锥体结构的导流块。

3.如权利要求2所述的一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，其特征为，支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间分别设有一组辅助搅拌组，辅助搅拌组包括呈圆周状设置的辅助搅拌结构。

4.如权利要求3所述的一种用于软土地基固化的深层搅拌装置，其特征为，辅助搅拌结构包括上基座、下基座和两个搅拌杆，两个搅拌杆的一端分别可转动的固定在上基座和下基座上，两个搅拌杆的另一端可转动的铰接在一起；上基座固定在支承柱、第一固定板或第二固定板的侧壁上，下基座相应的固定在第一固定板、第二固定板或第三固定板的侧壁上；

当支承柱与第一固定板之间、第一固定板与第二固定板之间和第二固定板与第三固定板之间发生相对移动时，辅助搅拌结构也同时进行上下相对运动，从而对水泥进行辅助搅拌。

5.使用如权利要求3或4所述的用于软土地基固化的深层搅拌装置的施工方法，其特征为，其步骤如下：

(1)将搅拌机构、注浆机构组装在固定平台上，再加个固定平台固定在液压举升机上，最后将液压举升机移动至桩孔处，使注浆机构与桩孔对应设置；

(2)通过步进电机驱动支承柱向下移动至最低位置，通过液压举升机将搅拌机构移动至插入桩孔底部，此时固定平台底部的挡环插入桩孔中；

(3)通过注浆通道向桩孔中注入水泥，在注入水泥的过程中，水泥冲击第一固定板，使第一固定板进行上下震荡，从而在弹簧的作用下使第二固定板和第三固定板一同进行上下震荡，进一步的带动辅助搅拌机构发生相对运动；

(4)当水泥注入至淹没支承柱的出料口后，停止注浆，启动液压缸上下移动，带动调节拉杆进行上下移动，从而进一步的使第一固定板、第二固定板、第三固定板和相应的辅助搅拌机构进行运动；

(5)通过步进电机将支承柱向上移动至第二固定板移出水泥，重复操作步骤(1)(2)(3)(4)；

(6)重复操作步骤(5)直至桩孔填充完成，通过液压举升机向上移开固定平台即可。

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