CN111424635A - 淤泥质场地原位固化装置及固化施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种淤泥质场地原位固化装置和固化施工方法。固化装置包括行走机构和安装在行走机构上的多自由度机械臂，还包括搅拌机构，所述搅拌机构包括：主动轮机构及主动轮驱动机构，第一从动轮机构：位于主动轮的下方；传动链条：环绕每个主动轮机构和第一从动轮机构设置，传动链条上间隔安装有多组刀具组件；固化剂输送机构：出料口延伸至第一从动轮处。固化施工方法，通过调整机械臂的方向，使第一从动轮机构插入待处理淤泥质场地至指定深度；启动主动轮驱动结构，传动链条带动刀具组件搅拌淤泥质场地；同步启动固化剂输送机构，同步输送固化剂。该装置和方法可快速形成工作面，具有成本低、经济环保等特点。

Description

淤泥质场地原位固化装置及固化施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理施工技术领域，尤其涉及一种淤泥质场地原位固化装置及固化施工方法。

背景技术

淤泥或淤泥质土的主要特点是天然含水率大于液限，压缩性高，一般为流塑或软塑状态，是未经处理难以开展工程建设的软弱地基。随着城市建设的快速发展，大量新增房屋建筑和市政基础设施工程场地位于此类软弱土分布地区，需要对淤泥质场地实施预处理，为提供后续作业提供工作面，才能保证大型设备能够在此工作面上实施建设作业。

现有技术中，对淤泥质土场地预处理的方式主要包括回填法和固化法。

回填法通过回填渣土形成施工工作面，用碎石土覆盖及压入场地表层，这种方法需要大量土源，施工工期较长，易造成扬尘污染，同时增加了工作面标高，在回填土尚需要挖除时需要二次倒运。

相比回填法，固化法是更为环保、有效、高效的处理方式。

固化法包括原位固化技术和非原位固化技术。现有技术中，多采用非原位固化技术，即将淤泥挖出或抽排至处理站或专用场地，采用固化设备或固化剂快速脱水，从而达到淤泥固化效果。相比之下，原位固化技术则具有更明显的优势。但传统的淤泥原位固化多通过在淤泥场地表面铺洒固化剂，通过挖掘机的铲斗进行搅拌，这种方法因为铺洒固化剂不均匀，搅拌不彻底，从而导致各区域固化程度不一，同时大规模铺洒会导致扬尘，对环境造成大量污染，且处理深度较小。

现有技术中也存在将搅拌技术和固化技术相结合进行淤泥质场地的原位固化。例如，中国专利公开号CN108483830A的发明专利公开了一种搅拌装置，采用短螺旋式铰刀头搅动液体，配合喷粉管喷出固化剂，但铰刀头的可处理深度和处理速度十分有限；中国专利公开号CN103172249A的发明专利中公开了一种淤泥原位固化处理装置，与挖掘机挖臂相连，机架端部设置滚筒和搅拌齿，通过空压机和输送管将料罐中的固化剂喷向搅拌齿，通过控制挖臂调节搅拌齿的搅拌深度及方位。

以上发明均采用了机械臂装置，采用设置于机械臂端部的平行或垂直于机械臂的旋转搅拌头，进行原位淤泥固化时需要上下移动机械臂，加固效率相对较低，通过上下移动机械臂完成固化桩，加固地层的整体性、均匀性较差。

中国专利公开号CN208200704U的实用新型专利中公开了一种浅层淤泥固化设备，采用平行地面设置的搅拌滚筒进行淤泥搅拌；中国专利公开号CN206435076U的实用新型专利中公开了一种原位淤泥固化搅拌机，搅拌装置同样采用平行地面设置。

以上发明均采用水平搅拌筒装置，可对浅层地表淤泥进行带状加固，加固深度较浅，当进行一定深部加固时，亦需要反复移动搅拌筒，加固效率相对较低，加固地层的整体性、均匀性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中淤泥原位固化装置及固化方法存在的处理深度有限、搅拌均匀性、固化效率低的问题，采用宽刀架处理技术，提供一种快速、高效进行淤泥原位固化的处理装置和施工方法。

为了达到上述目的，本发明首先提供一种淤泥质场地原位固化装置，采用的技术方案为：

一种淤泥质场地原位固化装置，包括行走机构和安装在行走机构上的多自由度机械臂，还包括搅拌机构，所述搅拌机构包括：

所述多自由度机械臂包括：第一节动臂和第二节动臂，所述第一节动臂与行走机构轴接，第二节动臂与第一节动臂之间轴接；

传动箱：第二节动臂轴接；

主动轮机构及主动轮驱动机构：安装在传动箱内；

第一从动轮机构：位于主动轮的下方，且，可随所述机械臂方向调整运动至主动轮机构的斜下方；

传动链条：环绕每个主动轮机构和第一从动轮机构设置，每条传动链条上间隔安装有多组刀具组件；

固化剂输送机构：包括送料机构和与送料机构相通的输送支管，输出支管的出料口延伸至第一从动轮处；

控制系统：用以控制多自由度机械臂的运动以控制第一从动轮机构向下运动的距离，以及，控制固化剂输送机构的输送速度和行走机构的行走速度

在本发明一些实施例中，所述主动轮机构包括多个同轴连接的主动轮；

所述第一从动轮机构包括与主动轮数量相对应的同轴连接的第一从动轮，环绕每个主动轮及与其对应的第一从动轮，均对应设置一条传动链条。

在本发明一些实施例中，所述固化装置进一步包括第二从动轮机构，第一从动轮机构、第二从动轮机构和主动轮机构之间呈三角形排列；所述传动链条环绕主动轮机构、第一从动轮机构和第二从动轮机构设置；以所述行走机构的行走方向为基准，所述第二从动轮机构在行走方向上位于主动轮机构和第一从动轮机构的后方，以垂直地面的方向为基准，所述第二从动轮机构位于主动轮和第一从动轮机构之间。

在本发明一些实施例中，所述第二从动轮机构包括与主动轮数量相对应的同轴连接的第二从动轮，环绕每个主动轮及与其对应的第一从动轮、第二从动轮，均对应设置一条传动链条。

在本发明一些实施例中，每组刀具组件均包括组件安装座，以及横向排列设置在组件安装座上的多个锯齿刀；所述刀具组件经组件安装座安装至传动链条。

在本发明一些实施例中，每个锯齿刀的刀体包括主体部和头部，其头部相对主体部呈径向收缩。

在本发明一些实施例中，所述输送支管包括主体部和出料端部，其主体部沿主动轮和第一从动轮之间的传动链条延伸设置，其出料端部相对其主体部呈弯折，以行走机构的行走方向为基准，其出料端部延伸至第一从动轮的后方。

在本发明一些实施例中，所述固化剂输送机构进一步包括多条输送支管和一条输送主管，所述输送支管的数量与第一从动轮的数量相对应；多条所述支管汇集至所述主管处；所述输送主管上设置有入料口。

在本发明一些实施例中，进一步提供一种淤泥质场地原位固化施工方法，包括：

驱动固化装置行走至待施工处；

调整所述机械臂的方向，使第一从动轮机构插入待处理淤泥质场地至指定深度；

启动主动轮驱动结构，传动链条带动刀具组件搅拌淤泥质场地；

同步启动固化剂输送机构，同步输送固化剂。

在本发明一些实施例中，以所述行走机构的行走方向为基准，调整所述机械臂的方向，以使所述第一从动轮机构位于所述主动轮结构的前方，插入待处理淤泥质场地。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供的固化装备及固化施工方法，改进了搅拌机构的结构形式和作用形式，通过多自由度机械臂，可驱动调整搅拌机构的插入方向和插入深度；通过多主动轮、从动轮和多传动链条的驱动结构，可提高搅拌机构的处理效率。进而能够快速、便捷、连续、均匀地实现淤泥质场地施工前的厚层面状加固，快速形成满足大型设备实施作业的工作面，或快速形成临时道路，具有成本低、经济环保等特点。

附图说明

图1为本发明固化装置结构示意图；

图2为本发明固化装置俯视结构示意图；

图3为搅拌机构主动轮部分主视结构示意图；

图4为搅拌机构主动轮部分侧视结构示意图；

图5为搅拌机构主动轮部分俯视结构示意图；

图6为搅拌机构部分局部结构示意图；

图7为搅拌机构部分第一从动轮和第二从动轮局部侧视结构示意图；

图8为传动链条和刀具组件安装主视结构示意图；

图9为传动链条和道具组件安装侧视结构示意图；

图10为泵送机构结构示意图；

以上各图中：

1-行走轮组；

2-配重机体；

301-第一节动臂，302-第二节动臂，303-第一油缸，304-第二油缸，305-第三油缸；

4-传动箱；

5-传动链条；

6-主动轮；

7-第一从动轮；

8-第二从动轮；

901-组件安装座，902-锯齿刀；

10-输送车；

11-固化料罐；

12-出料管路；

13-流量计；

14-输送支管，1401-输送支管主体部，1402-输送支管出料端部；

15-输送主管；

16-分配阀；

17-控制室；

18-中间输送管。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”，“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了达到上述目的，本发明首先提供一种淤泥质场地原位固化装置，结构参考图1和图2，采用的技术方案为：

一种淤泥质场地原位固化装置，包括行走机构和安装在行走机构上的多自由度机械臂，还包括搅拌机构，用于搅拌淤泥质场地，进行固化处理。

行走机构的具体配置形式如下。包括行走轮组1，所述行走轮组1外缠绕设置有行走履带，这种结构可增加与地面的接触面积，保证在淤泥质场地的正常行走。行走轮组包括驱动轮、导向轮、拖链轮、支重轮、行走马达及减速器等。驱动轮位于履带架及宽履带内控制前进动力；导向轮位于履带架及宽履带内控制行进方向；拖链轮位于履带架及宽履带内保持履带的直线运动；支重轮位于履带架及宽履带内支撑底盘；行走马达及减速器控制设备行走。行走轮组的上方为配重机体2，配重机体2通过回转机构与底盘安装。回转机构主要包括：回转支撑、回转马达及减速器、机壳及配重、发动机及燃油箱、液压泵及分配阀等。回转支撑位于履带架及宽履带与机壳及配重之间，通过回转马达及减速器控制配重机体2回转；可在底盘上转动。以上结构类似挖掘机行走机构的结构，不再赘述。

多自由度机械臂包括第一节动臂301和第二节动臂302，其中，第一节动臂301与配重机体2轴接，连接有第一油缸303(为了实现更稳定的驱动，在第一节动臂301两侧对称设置两个第一油缸303)，以驱动器绕与配重机体2的轴接位置转动；第二节动臂302与第一节动臂301轴接，二者之间连接有第二油缸304，以驱动二者相对转动。

搅拌机构具体包括：

传动箱4：与多自由度机械臂轴接，具体的，与第二节机械臂302轴接，在第二机械臂302和传动箱4之间进一步设置有第三油缸305；

主动轮机构及主动轮驱动机构：安装在传动箱4内，主动轮驱动机构包括液压马达和减速机等，用于驱动主动轮机构转动，为常见驱动结构，不再赘述；

第一从动轮机构：位于主动轮的下方，且，可随所述机械臂方向调整运动至主动轮机构的斜下方；可通过第二节机械臂302和第三油缸305控制调整传动箱4的角度和位置，进而调整第一从动轮机构沿淤泥质场地的插入深度；

传动链条5：环绕每个主动轮机构和第一从动轮机构设置，每条传动链条5上间隔安装有多组刀具组件；传动链条5刀具组件的作用在于搅拌淤泥。

固化剂输送机构：包括送料机构和与送料机构相通的输送支管，其出料口延伸至第一从动轮处；

控制系统：用以控制多自由度机械臂的运动以控制第一从动轮机构向下运动的距离，以及，控制固化剂输送机构的输送速度和行走机构的行走速度。控制系统集成设置在控制室17内，控制室设置在行走机构的配重机体2上。

控制系统控制主动轮机构启动后，带动传动链条5环绕主动轮机构和第一从动轮机构转动；通过控制第一油缸303、第二油缸304和第三油缸305的工作，调整多自由度机械臂和传动箱4的位置和角度，进而控制搅拌机构沿一定的方向插入至淤泥中的固定深度，进而带动刀具组件搅拌淤泥。在这过程中，同步控制固化剂输送机构输送固化剂经输送支管传递至淤泥中，在搅拌过程中完成淤泥的固化处理。

参考图3至图9，对搅拌机构的具体实施结构进行详细说明。

为了进一步提高处理能力，在本发明一些实施例中，所述主动轮机构包括多个同轴连接的主动轮6，多主动轮6间隔排列并轴连接至主动轮驱动机构，以带动各主动轮6同轴转动；所述第一从动轮机构包括与主动6轮数量相对应的同轴连接的第一从动轮7，第一从动轮7采用和主动轮6同样的间隔排列形式；环绕每个主动轮6及与其对应的第一从动轮7，均对应设置一条传动链条5。这种结构提高了搅拌机构的整体宽度，可以提高机构整体的处理能力和处理效率。

为了进一步改善搅拌效果，在本发明一些实施例中，固化装置进一步包括第二从动轮机构，第一从动轮机构、第二从动轮机构和主动轮机构之间呈三角形排列；所述传动链条环绕主动轮机构、第一从动轮机构和第二从动轮机构设置；以所述行走机构的行走方向为基准，所述第二从动轮机构在行走方向上位于主动轮机构和第一从动轮机构的后方，以垂直地面的方向为基准，所述第二从动轮机构位于主动轮和第一从动轮机构之间。

在本发明一些实施例中，第二从动轮机构采用与主动轮6和第一从动轮类似的排列机构。所述第二从动轮机构包括与主动轮6数量相对应的同轴连接的第二从动轮8，第二从动轮8采用和主动轮6以及第一从动轮7相应的间隔排列形式；环绕每个主动轮6及与其对应的第一从动轮7、第二从动轮8，均对应设置一条传动链条5。

加入第二传动轮8后，形成一种多角度的搅拌形式，且可增加搅拌机构前端搅拌部件与淤泥的接触面积，有利于使淤泥和固化剂的充分接触，提高搅拌效果。

在本发明一些实施例中，采用如下的结构构造刀具组件。每组刀具组件均包括组件安装座901，以及横向排列设置在组件安装座901上的多个锯齿刀902；所述刀具组件经组件安装座901安装至传动链条5。具体的，每一条传动链条5上均间隔安装有多个组件安装座901，呈横向安装，每个组件安装座901上横向排列安装锯齿刀902，其数量视实际工作需求而设计。这种排列形式进一步增加了搅拌机构与淤泥的接触面积，可提高固化处理效率。其中，每个锯齿刀902的刀体包括主体部和头部，其头部相对主体部呈径向收缩，即形成一个刀头部分相对尖锐的结构，有利于插入及搅拌淤泥。

搅拌刀具与固化剂的合理配合可以进一步提高固化处理效果。进一步提供一种改进的固化剂输送机构的结构。

固化剂送料机构还包括泵送设备。参考图10，泵送设备包括输送车10，输送车运载固化料罐11。料罐的出料管路12连接至输送支管的进料口处。其中，在出料管路12上设置流量计13，可通过控制系统监控和调整固化剂的泵送流量。

在本发明一些实施例中，所述输送支管14包括主体部1401和出料端部1402，其主体部1401沿主动轮6和第一从动轮7之间的传动链条5延伸设置，具体贴覆在传动链条5上，其出料端部1402相对其主体部1401弯折，以行走机构的行走方向为基准，其出料端部1402延伸至第一从动轮7的后方；具体的，其经第一从动轮7的上部延伸至第一从动轮7的后方。这种结构使固化剂直接被输送至搅拌后的淤泥中，与淤泥充分接触，提高固化效果；如果出料端部1402位于第一从动轮7的前方，则不能实现这种技术效果。

在本发明一些实施例中，包括多条输送支管14和一条输送主管15，每个第一从动轮7均对应一条输送支管14；多条所述支管14经若干中间输送管18汇集至所述主管15处；所述输送主管14上设置有入料口，与固化料管的出料管路12连通。这种结构可以将固化料输送至每个第一从动轮7搅拌的后端，保证固化料可满足固化使用。

采用本发明提供的固化装置，可快速高效的完成固化作业，经济性高。

在本发明一些实施例中，基于以上固化处理装置，进一步提供一种淤泥质场地原位固化施工方法，包括以下步骤：

驱动固化装置行走至待施工淤泥质土施工场地；同时，控制泵送设备进入淤泥质土施工场地边缘的较稳定场地，接通泵送设备的固化料罐11对应的出料管路12与输送支管14。

调整多自由度机械臂的位置和方向，使第一从动轮机构7插入待处理淤泥质场地至指定深度；具体的，可通过控制回转马达、第一油缸303、第二油缸304和第三油缸305的协调工作，调整好第一节机械臂301和第二节机械臂302之间的位置及第一节机械臂301相对淤泥地的夹角。在本发明一些实施例中，以所述行走机构的行走方向为基准，调整所述机械臂的方向，以使所述第一从动轮机构位于所述主动轮结构的前方，插入待处理淤泥质场地。

启动主动轮6驱动结构，传动链条5带动刀具组件搅拌淤泥质场地；可通过控制系统调节主动轮6的转动速度。

同步启动固化剂输送机构，同步输送固化剂至第一从动轮7处。具体的，启动空压机及流量计13泵送固化剂，固化剂通过固化料罐11、出料管路12、输送主管15、输送支管14输送至第一从动轮7附近喷出。

保持行走机构、泵送机构的同步工作及行走，控制主动轮6的转动速度，调节空压机及流量计13，与行走机构和泵送设备行走速度相匹配，确保固化剂掺入比和搅拌均匀性。

完成淤泥质土带状区域加固后，控制行走机构和泵送设备进入相邻区域折返实施上述步骤，直至完成全部预定加固范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种淤泥质场地原位固化装置，其特征在于，包括行走机构和安装在行走机构上的多自由度机械臂，还包括搅拌机构，所述搅拌机构包括：

所述多自由度机械臂包括：第一节动臂和第二节动臂，所述第一节动臂与行走机构轴接，第二节动臂与第一节动臂之间轴接；

传动箱：第二节动臂轴接；

主动轮机构及主动轮驱动机构：安装在传动箱内；

第一从动轮机构：位于主动轮的下方，且，可随所述机械臂方向调整运动至主动轮机构的斜下方；

传动链条：环绕每个主动轮机构和第一从动轮机构设置，每条传动链条上间隔安装有多组刀具组件；

固化剂输送机构：包括送料机构和与送料机构相通的输送支管，输出支管的出料口延伸至第一从动轮处；

控制系统：用以控制多自由度机械臂的运动以控制第一从动轮机构向下运动的距离，以及，控制固化剂输送机构的输送速度和行走机构的行走速度。

2.如权利要求1所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于：

所述主动轮机构包括多个同轴连接的主动轮；

所述第一从动轮机构包括与主动轮数量相对应的同轴连接的第一从动轮，

环绕每个主动轮及与其对应的第一从动轮，均对应设置一条传动链条。

3.如权利要求1或2所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于：所述固化装置进一步包括第二从动轮机构，第一从动轮机构、第二从动轮机构和主动轮机构之间呈三角形排列；所述传动链条环绕主动轮机构、第一从动轮机构和第二从动轮机构设置；以所述行走机构的行走方向为基准，所述第二从动轮机构在行走方向上位于主动轮机构和第一从动轮机构的后方，以垂直地面的方向为基准，所述第二从动轮机构位于主动轮和第一从动轮机构之间。

4.如权利要求3所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于：所述第二从动轮机构包括与主动轮数量相对应的同轴连接的第二从动轮，环绕每个主动轮及与其对应的第一从动轮、第二从动轮，均对应设置一条传动链条。

5.如权利要求1所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于，每组刀具组件均包括组件安装座，以及横向排列设置在安装座上的多个锯齿刀；所述刀具组件经组件安装座安装至传动链条。

6.如权利要求5所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于，每个锯齿刀的刀体包括主体部和头部，其头部相对主体部呈径向收缩。

7.如权利要求1或2所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于，所述输送支管包括主体部和出料端部，其主体部沿主动轮和第一从动轮之间的传动链条延伸设置，其出料端部相对其主体部弯折，以行走机构的行走方向为基准，其出料端部延伸至第一从动轮的后方。

8.如权利要求7所述的淤泥质场地原位固化装置，其特征在于，所述固化剂输送机构进一步包括多条输送支管和一条输送主管，所述输送支管的数量与第一从动轮的数量相对应；多条所述支管汇集至所述主管处；所述输送主管上设置有入料口。

9.一种淤泥质场地原位固化施工方法，其特征在于，包括：

驱动固化装置行走至待施工处；

调整所述机械臂的方向，使第一从动轮机构插入待处理淤泥质场地至指定深度；

启动主动轮驱动结构，传动链条带动刀具组件搅拌淤泥质场地；

同步启动固化剂输送机构，同步输送固化剂。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，以所述行走机构的行走方向为基准，调整所述机械臂的方向，以使所述第一从动轮机构位于所述主动轮结构的前方，插入待处理淤泥质场地。

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