CN110904984B - 扩孔空间内砂砾石料填充装置及利用该装置的充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扩孔空间内砂砾石料填充装置，包括连接头、管瓣座、活动支架和支撑座，连接头固定设置在管瓣座上，管瓣座通过活动支架与支撑座连接；所述活动支架包括多个管瓣、撑杆以及多个振捣驱动器，每个管瓣均与管瓣座铰接，撑杆一端铰接在管瓣上、另一端铰接在支撑座上；所述支撑座下部设置锥形底座、上部设置导杆，导杆上端置于管瓣座内上下滑动，导杆与管瓣座之间设置有锁止机构。一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法，包括以下步骤：将本装置以收缩状态放入孔底；通过锁止机构将本装置以展开状态固定；向孔内投放砂砾石料，并多次提升本装置以形成水平砂井。本发明设计合理，实现了对竖向砂井扩孔空间内砂砾石料的满填。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种扩孔空间内砂砾石料填充装置及利用该装置的充填方法。
背景技术
环基坑布置一排局部具有鼓形的竖向砂井，具有鼓形的竖向砂井即通过先钻竖向孔再局部扩孔，后往其中填充砂砾石料而成的排水砂柱体，通过相邻砂井鼓形部位的相互切割，构成由砂砾石料充填体组成环基坑砂体，称之为水平砂井。
水平砂井是由较含水层颗粒粗的砂砾石料填充而成，其孔隙大，渗透性高，基坑地下水沿其快速进入抽水井而被抽走，这种水平砂井因在需疏排的含水层中过水截面面积大而疏排基坑地下水效率高，其埋深远浅于垂直井点降水井底埋深，从而可解决垂直井点降水方法降水漏斗深、地面沉降明显不均、多抽水等问题，因具有切断基坑内外地下水水力联系功能而能彻底解决垂直井点降水“疏不干”难题，是一种颇有应用前景的新方法。
为了快速疏干基坑地下水，减少竖向砂井数量，提高水平砂井效率，宜加大水平砂井尺寸；当加大水平砂井水平尺寸时，由于存在所填砂砾石料休止角影响而会造成水平砂井内出现空洞，这种空洞出现于其上边缘外侧，虽然有护壁砼保护，对地下水疏干有利，但会造水平砂井顶部被淘空，甚至坍塌，给工程留下不可预料的隐患。因此水平砂井中不能出现填砾空区，因水平砂井的基本单元是单个竖向井的扩孔填砾空间，故仅需要开发单个竖向井扩孔空间内砂砾石料满填技术。
发明内容
本发明为了解决单个竖向砂井扩孔空间内满填砂砾石料的难题，提供一种扩孔空间内砂砾石料填充装置及利用该装置的充填方法，实现了对竖向砂井扩孔空间内砂砾石料的填充。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种扩孔空间内砂砾石料填充装置，包括用于与钻杆连接的连接头、管瓣座、活动支架和支撑座，所述连接头固定设置在管瓣座上，所述管瓣座为竖向的钢管状，管瓣座通过所述活动支架与所述支撑座连接；
所述活动支架包括圆周向均匀分布在管瓣座下端周侧的多个管瓣、铰接在每个所述管瓣下方的撑杆以及多个振捣驱动器，所述管瓣为截面呈弧形的长板状结构，每个所述管瓣均与管瓣座铰接，所述撑杆一端铰接在管瓣上、另一端铰接在所述支撑座上，呈十字形分布的四个所述管瓣下端下方设置有所述振捣驱动器；
所述支撑座下部设置锥形底座、上部设置导杆，所述导杆上端置于管瓣座内上下滑动，导杆与管瓣座之间设置有用于锁定导杆位置的锁止机构。
进一步地，所述管瓣座下段直径大于上段直径，管瓣座上段内径与下段内径相同，所述连接头固定设置在管瓣座上段。
进一步地，所述管瓣的数量为八个，管瓣上端铰接在管瓣座下端，所述撑杆铰接在管瓣中部内侧，其中一组呈十字形分布的四个所述管瓣下端内侧设置有所述振捣驱动器。
进一步地，所述管瓣座与支撑座上下间隔分布，支撑座截面呈“工”字形，支撑座与锥形底座螺纹连接，所述导杆固定设置在支撑座中部，导杆直径与管瓣座内径相同。
进一步地，所述锁止机构包括上下分布的上定位座和下定位座，所述上定位座固定设置在管瓣座下部，上定位座套设在导杆上，上定位座内嵌有多个自弹式卡座，所述下定位座为卡箍式结构，下定位座扣合固定在导杆上，下定位座上固定设置有多个卡块，卡块与自弹式卡座卡接。
进一步地，所述自弹式卡座的数量为四个，四个自弹式卡座环形均设在上定位座内，所述卡块截面呈TF卡状，卡块与自弹式卡座一一对应。
一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法，包括以下步骤：
步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定砂砾石料粒径；
步骤2.根据扩孔空间尺寸，确定管瓣座、支撑座的尺寸以及管瓣的长度与张开度、导杆长度与撑杆长度，确定下定位座在导杆上的位置，然后组装好砂砾石料填充装置，并将钻杆螺纹扣接在连接头上，检查并确保其处于正常工作状态；
步骤3.沿环基坑完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；
步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行砂砾石料填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；
步骤5.通过起吊设备连接钻杆进而将砂砾石料填充装置以收起状态定向下放至孔底；
步骤6. 受孔底土体阻挡，同时在钻杆和砂砾石料填充装置的自重、以及通过钻杆施加压力的作用下，活动支架同步张开至最大设计开度，此时卡块与自弹式卡座锁定；
步骤7．将两瓣扣合而成的圆形漏斗安放在孔口，通过漏斗向孔内定量投放砂砾石料，砂砾石料在水中下沉并堆积孔底，待砂砾石料顶面堆积至近扩孔空间顶面时，启动振捣驱动器，继而管瓣振动，逐渐带动整个砂砾石料填充装置振动，从而使孔底砂砾石料向四周空间扩散并逐渐趋于平缓；
步骤8．继续向孔内输送砂砾石料，同时通过起吊设备使砂砾石料填充装置在砂砾石料堆中缓慢提升，管瓣以设计张开度同步上移，保证砂砾石料填充装置在砂砾石料中不断振动，进而使砂砾石料不断向四周扩散并逐渐趋于平缓；如此不断填料与提升，直至砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部；
步骤9. 砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部后下压钻杆，卡块与自弹式卡座解锁，之后提升砂砾石料填充装置，在管瓣逐渐缓慢回拢过程中，再不断向孔中填灌砂砾石料，在振捣驱动器振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料；
步骤10. 通过起吊设备将砂砾石料填充装置移至邻孔，采用导向管对直孔段填充砂砾石料至设计的高程，完成该孔填砾工作，最终形成具有鼓形砂砾石料的单个竖向砂井；
步骤11. 完成具有鼓形砂砾石料的单个竖向砂井后，对相邻孔重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；
步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部竖向砂井的施工，进而形成了环基坑的水平砂井。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明结构设计合理，设置的钻杆可根据扩孔孔底深度进行数量的调整，相邻的钻杆之间螺纹连接，便于使本装置顺利下入孔底；设置的管瓣座为导杆提供导向作用，导杆可在管瓣座内上下滑动，进而可控制管瓣的展开角度，管瓣座铰接的多个管瓣展开时尤如撑开的伞的骨架，管瓣圆周向均布，可使输送的砂砾石料更好的均匀分散，同时设置的振捣驱动器可使砾料均匀满填于扩孔空间内，避免空洞引发灾变。
本发明设置的自弹式卡座采用手机存储卡机械式卡槽结构、按一下自动锁止或弹出，卡块呈TF卡状，通过卡块与自弹式卡座的配合实现导杆与管瓣座的锁定与解锁，锁定状态下可固定管瓣的展开角度，以便开展工作，解锁状态下可使管瓣处于收起状态，便于本装置顺利的下入孔底和提升孔外；基于一种扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法，利用本装置可在单个竖向孔内制作砂砾石料，不仅提高了降水效率，而且能避免水平砂井出现空洞，保障工程顺利进行，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明扩孔空间内砂砾石料填充装置的活动支架展开状态的主视图。
图2是本发明扩孔空间内砂砾石料填充装置的活动支架展开状态的俯视图。
图3是本发明扩孔空间内砂砾石料填充装置的图2中A-A向剖视图。
图4是本发明扩孔空间内砂砾石料填充装置的锁止机构示意图。
图5是本发明一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法的实施例中步骤5示意图。
图6是本发明一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法的实施例中步骤6-7示意图。
图7是本发明一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法的实施例中步骤7示意图。
图8是本发明一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法的实施例中步骤8示意图。
图9是本发明一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法的实施例中步骤9示意图。
附图中标号为：1为连接头，2为管瓣座，3为支撑座，4为管瓣，5为撑杆，6为振捣驱动器，7为锥形底座，8为导杆，9为上定位座，10为下定位座，11为自弹式卡座，12为卡块，13为砂砾石料，14为钻杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：
如图1~图4所示，一种扩孔空间内砂砾石料填充装置，包括用于与钻杆14连接的连接头1、管瓣座2、活动支架和支撑座3，所述连接头1固定设置在管瓣座2上，所述管瓣座2为竖向的钢管状，管瓣座2通过所述活动支架与所述支撑座3连接；
所述活动支架包括圆周向均匀分布在管瓣座2下端周侧的多个管瓣4、铰接在每个所述管瓣4下方的撑杆5以及多个振捣驱动器6，所述管瓣4为截面呈弧形的长板状结构，每个所述管瓣4均与管瓣座2铰接，所述撑杆5一端铰接在管瓣4上、另一端铰接在所述支撑座3上，呈十字形分布的四个所述管瓣4下端下方设置有所述振捣驱动器6；
所述支撑座3下部设置锥形底座7、上部设置导杆8，所述导杆8上端置于管瓣座2内上下滑动，导杆8与管瓣座2之间设置有用于锁定导杆8位置的锁止机构。
本实施例中，所述管瓣座2下段直径大于上段直径，管瓣座2上段内径与下段内径相同，所述连接头1固定设置在管瓣座2上段。
具体的，所述管瓣4的数量为八个，管瓣4上端铰接在管瓣座2下端，所述撑杆5铰接在管瓣4中部内侧，其中一组呈十字形分布的四个所述管瓣4下端内侧设置有所述振捣驱动器6，振捣驱动器6的电源线自管瓣4内壁延伸至管瓣座2外壁向上弯折、布设在钻杆14外壁后伸出扩孔空间后连接电源。
本实施例中，所述管瓣座2与支撑座3上下间隔分布，支撑座3截面呈“工”字形，支撑座3与锥形底座7螺纹连接，锥形底座7深入孔底，可便于本装置的定位，防止发生偏移，所述导杆8固定设置在支撑座3中部，导杆8直径与管瓣座2内径相同。
本实施例中，所述锁止机构包括上下分布的上定位座9和下定位座10，所述上定位座9固定设置在管瓣座2下部，上定位座9套设在导杆8上，上定位座9内嵌有多个自弹式卡座11，所述下定位座10为卡箍式结构，下定位座10扣合固定在导杆8上，下定位座10上固定设置有多个卡块12，所述卡块12截面呈TF卡状，卡块12与自弹式卡座11卡接。
具体的，所述自弹式卡座11的数量为四个，四个自弹式卡座11环形均设在上定位座9内，卡块12与自弹式卡座11一一对应。
通过卡块12与自弹式卡座11的配合实现导杆8与管瓣座2的锁定与解锁，实现管瓣4张开与合拢，以便开展工作，同时下定位座10采用卡箍式结构，便于安装在导杆8上，同时通过下定位座10固定在导杆8的不同位置，可调节活动支架的张开度，使得砂砾石料填充装置具有更灵活的适应性，可适应不同尺寸与形状的扩孔空间填砾。
一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法，包括以下步骤：
步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定砂砾石料13粒径；
步骤2.根据扩孔空间尺寸，确定管瓣座2、支撑座3的尺寸以及管瓣4的长度与张开度、导杆8长度与撑杆5长度，确定下定位座10在导杆8上的位置，然后组装好砂砾石料填充装置，并将钻杆14螺纹扣接在连接头1上，检查并确保其处于正常工作状态；
步骤3.沿环基坑完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；
步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行砂砾石料13填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；
步骤5.如图5所示，通过起吊设备连接钻杆14进而将砂砾石料填充装置以收起状态定向下放至孔底，下放时钻杆14与孔壁保持间隙，放至孔底后砂砾石料填充装置浸在水中，收起状态下，卡块12与自弹式卡座11不连接，管瓣4自然下落，管瓣座2与支撑座3垂直距离最远，振捣驱动器6位于支撑座3的中间段；
步骤6. 受孔底土体阻挡，同时在钻杆14和砂砾石料填充装置的自重、以及通过钻杆14施加压力的作用下，活动支架同步张开至最大设计开度，设计最大张开度的判定方法：①.给钻杆14施加的压力迅速上升但钻杆14基本不下行，②.砂砾石料填充装置触底后钻杆14下行量约达到活动支架从闭合到全张开时的竖向位移量；
在管瓣4张开的过程中，管瓣座2相对支撑座3呈下降状态，继而上定位座9向下定位座10移动直至卡块12插入到自弹式卡座11内，自弹式卡座11锁住卡块12，相当于管瓣座2锁住导杆8，此时管瓣座2与支撑座3之间垂直距离一定；
步骤7．如图6所示，将两瓣扣合而成的圆形漏斗安放在孔口，通过漏斗向孔内定量投放砂砾石料13，砂砾石料13在水中下沉并堆积孔底，待砂砾石料13顶面堆积至近扩孔空间顶面时，启动振捣驱动器6，继而管瓣4振动，逐渐带动整个砂砾石料填充装置振动，从而使孔底砂砾石料13向四周空间扩散并逐渐趋于平缓，如图7所示；
步骤8．继续向孔内输送砂砾石料13，同时通过起吊设备使砂砾石料填充装置在砂砾石料13堆中缓慢提升，因自弹式卡座11锁住卡块12从而管瓣座2与支撑座3之间垂直距离一定，在提升过程中，管瓣4仍以设计张开度同步上移，保证砂砾石料填充装置在砂砾石料13中不断振动，进而使砂砾石料13不断向四周扩散并逐渐趋于平缓；如此不断填料与提升，直至砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部，如图8所示；
步骤9. 砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部后下压钻杆14，管瓣座2下移，进而上定位座9微靠近下定位座10，相当于将卡块12往自弹式卡座11内压送，继而自弹式卡座11释放卡块12，从而管瓣座2与导杆8解锁，之后提升砂砾石料填充装置，在管瓣4逐渐缓慢回拢过程中，再不断向孔中填灌砂砾石料13，在振捣驱动器6振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料13，如图9所示；
步骤10. 通过起吊设备将砂砾石料填充装置移至邻孔，采用导向管对直孔段填充砂砾石料13至设计的高程，完成该孔填砾工作，最终形成具有鼓形砂砾石料13的单个竖向砂井；
步骤11. 完成具有鼓形砂砾石料13的单个竖向砂井后，对相邻孔重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；
步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部竖向砂井的施工，进而形成了环基坑的水平砂井。
需要说明的是：1. 填砾孔与钻扩孔施工之间必须保证有2 孔或2个以上的空孔。
2. 当水平砂井降水系统为网状时，此时水平砂井为两层或以上，单孔的填砾需先完成该孔的全部扩孔工作，然后从下往上逐一满填砂砾石，直孔段填砾无需借助砂砾石料填充装置，此时可将砂砾石料填充装置提至其上一个待填充的扩孔部位，或提出孔外；当砂砾石料填充装置移出至孔外后再置回孔内满填另一个扩孔空间时，其下的直孔段的填充要控制好填充量，填充量以不高于其上一个扩孔空间底往上50cm 为宜，以防砂砾石料填充装置的活动支架不能有效的打开。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (7)
1.一种基于扩孔空间内砂砾石料填充装置的充填方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.根据含水层地质条件和基坑降水工程设计要求，确定砂砾石料（13）粒径；
步骤2.根据扩孔空间尺寸，确定管瓣座（2）、支撑座（3）的尺寸以及管瓣（4）的长度与张开度、导杆（8）长度与撑杆（5）长度，确定下定位座（10）在导杆（8）上的位置，然后组装好砂砾石料填充装置，并将钻杆（14）螺纹扣接在连接头（1）上，检查并确保其处于正常工作状态；
步骤3.沿环基坑完成多个相邻竖向孔及其水下扩孔取土施工；
步骤4.选取先完成扩孔的竖向孔进行砂砾石料（13）填充工作，同时顺序施工其后竖向孔及其水下扩孔取土施工，保证填砾孔与水下扩孔取土孔之间至少间隔2个孔的位置；
步骤5.通过起吊设备连接钻杆（14）进而将砂砾石料填充装置以收起状态定向下放至孔底；
步骤6. 受孔底土体阻挡，同时在钻杆（14）和砂砾石料填充装置的自重、以及通过钻杆（14）施加压力的作用下，活动支架同步张开至最大设计开度，此时卡块（12）与自弹式卡座（11）锁定；
步骤7．将两瓣扣合而成的圆形漏斗安放在孔口，通过漏斗向孔内定量投放砂砾石料（13），砂砾石料（13）在水中下沉并堆积孔底，待砂砾石料（13）顶面堆积至近扩孔空间顶面时，启动振捣驱动器（6），继而管瓣（4）振动，逐渐带动整个砂砾石料填充装置振动，从而使孔底砂砾石料（13）向四周空间扩散并逐渐趋于平缓；
步骤8．继续向孔内输送砂砾石料（13），同时通过起吊设备使砂砾石料填充装置在砂砾石料（13）堆中缓慢提升，管瓣（4）以设计张开度同步上移，保证砂砾石料填充装置在砂砾石料（13）中不断振动，进而使砂砾石料（13）不断向四周扩散并逐渐趋于平缓；如此不断填料与提升，直至砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部；
步骤9. 砂砾石料填充装置接近扩孔空间近顶部后下压钻杆（14），卡块（12）与自弹式卡座（11）解锁，之后提升砂砾石料填充装置，在管瓣（4）逐渐缓慢回拢过程中，再不断向孔中填灌砂砾石料（13），在振捣驱动器（6）振动作用下，使剩余扩孔空间满填砂砾石料（13）；
步骤10. 通过起吊设备将砂砾石料填充装置移至邻孔，采用导向管对直孔段填充砂砾石料（13）至设计的高程，完成该孔填砾工作，最终形成具有鼓形砂砾石料（13）的单个竖向砂井；
步骤11. 完成具有鼓形砂砾石料（13）的单个竖向砂井后，对相邻孔重复步骤5-10，完成该相邻孔的填砾工作；
步骤12. 重复步骤11，完成环基坑的全部竖向砂井的施工，进而形成了环基坑的水平砂井。
2.根据权利要求1所述充填方法的一种扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，包括用于与钻杆（14）连接的连接头（1）、管瓣座（2）、活动支架和支撑座（3），所述连接头（1）固定设置在管瓣座（2）上，所述管瓣座（2）为竖向的钢管状，管瓣座（2）通过所述活动支架与所述支撑座（3）连接；
所述活动支架包括圆周向均匀分布在管瓣座（2）下端周侧的多个管瓣（4）、铰接在每个所述管瓣（4）下方的撑杆（5）以及多个振捣驱动器（6），所述管瓣（4）为截面呈弧形的长板状结构，每个所述管瓣（4）均与管瓣座（2）铰接，所述撑杆（5）一端铰接在管瓣（4）上、另一端铰接在所述支撑座（3）上，呈十字形分布的四个所述管瓣（4）下端下方设置有所述振捣驱动器（6）；
所述支撑座（3）下部设置锥形底座（7）、上部设置导杆（8），所述导杆（8）上端置于管瓣座（2）内上下滑动，导杆（8）与管瓣座（2）之间设置有用于锁定导杆（8）位置的锁止机构。
3.根据权利要求2所述的扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，所述管瓣座（2）下段直径大于上段直径，管瓣座（2）上段内径与下段内径相同，所述连接头（1）固定设置在管瓣座（2）上段。
4.根据权利要求3所述的扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，所述管瓣（4）的数量为八个，管瓣（4）上端铰接在管瓣座（2）下端，所述撑杆（5）铰接在管瓣（4）中部内侧，其中一组呈十字形分布的四个所述管瓣（4）下端内侧设置有所述振捣驱动器（6）。
5.根据权利要求2所述的扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，所述管瓣座（2）与支撑座（3）上下间隔分布，支撑座（3）截面呈“工”字形，支撑座（3）与锥形底座（7）螺纹连接，所述导杆（8）固定设置在支撑座（3）中部，导杆（8）直径与管瓣座（2）内径相同。
6.根据权利要求2所述的扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，所述锁止机构包括上下分布的上定位座（9）和下定位座（10），所述上定位座（9）固定设置在管瓣座（2）下部，上定位座（9）套设在导杆（8）上，上定位座（9）内嵌有多个自弹式卡座（11），所述下定位座（10）为卡箍式结构，下定位座（10）扣合固定在导杆（8）上，下定位座（10）上固定设置有多个卡块（12），卡块（12）与自弹式卡座（11）卡接。
7.根据权利要求6所述的扩孔空间内砂砾石料填充装置，其特征在于，所述自弹式卡座（11）的数量为四个，四个自弹式卡座（11）环形均设在上定位座（9）内，所述卡块（12）截面呈TF卡状，卡块（12）与自弹式卡座（11）一一对应。
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