CN114753345B - 大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法，在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有管压控制系统、除尘系统、固化进程追踪系统、主动去除堵塞淤泥系统和监控系统。有效的解决了现有技术中存在的防尘效果差、固化剂在深层土体内喷洒不均匀、管口阻塞影响施工进度、现场存在“少搅、漏搅”影响固化质量等一系列问题。
Description
技术领域
本发明属于软土原位固化/修复技术领域，具体涉及一种大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法。
背景技术
软土原位固化/修复技术是一种利用土壤固化/修复剂直接作用于软土(吹填土、淤泥、滩涂等)，将软土地基就地固化修复，形成复合稳定、土质良好基层的技术。该技术以环保、节能为大前提，通过强力搅拌头、挖掘机、储料设备与控制系统的完美协同，实现原位固化和土壤修复。
现有软土原位固化/修复技术根据固化剂形态分为“干法”和“湿法”施工，但“干法”施工能够最大化的应用原位土层特性，使固化剂与土层混合、搅拌更加均匀，且能够节约施工成本，提高固化进程。目前，软土地基“干法”固化施工主要存在以下几个问题：
1施工过程中伴随固化剂粉尘飞散，严重影响城市建设环保要求，尽管已有搅拌装置配备了水喷除尘装置，但除尘效果一般，且浪费时间，增加成本，持续喷淋也会影响软基固化效果。
2施工过程中，喷粉管头承受周围土体的围堰会随着固化深度的增加而变大，而喷粉压力是恒定的，当围压增大到一定范围，会出现固化剂喷洒不均、管口阻塞等问题，严重影响了软基固化质量和施工进度。
3除此之外，受施工环境和驾驶人员水平的影响，现场常出现“少搅、漏搅”的情况，且深层土体固化效果不能保证，严重时将影响后期施工工艺和质量。
综上所述，针对现有软基固化/修复技术存在的问题，亟需提出一种适用于大面积软土(饱和淤泥质黏土和粉质黏土)地基智能固化施工控制系统及使用方法，以满足城市建设环保、节能要求，同时保证现场施工质量和进度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法，在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有管压控制系统、固化进程追踪系统和监控系统；
所述软土原位固化/修复用的搅拌机设备前部安装强力搅拌头并装配喷粉管路；
所述管压控制系统包括土压力检测单元和伺服阀，土压力检测单元安装在搅拌头的不动基础部分上，土压力检测单元用于实时检测土体内的土压，伺服阀设置在喷粉管路上，用于控制喷粉管路的出液量，土压力检测单元和伺服阀均与监控系统连接，监控系统根据土压力检测单元检测的土压力值调整伺服阀的开度，土压力检测单元检测的土压力值越大，伺服阀的开度越大；
所述固化进程追踪系统包括GPS定位模块并且在监控系统设置显示单元，显示单元上构建有固化区域进程显示模块、固化深度显示模块、和固化遍数显示模块；所述GPS定位模块安装在搅拌头的两搅拌刀片中间位置，GPS定位模块检测的搅拌头实时位置信号发送给监控系统；
所述固化区域进程显示模块包括多个呈点阵排布的点位标识，每个点位标识代表周围指定范围的正方形区域，从而即可将固化区域进程显示模块中所含的所有点位标识与真实待施工场地进行对应映射，施工过程中，监控系统根据GPS定位模块检测的搅拌头实时位置数据来确定搅拌头当前所处施工位置所对应的固化区域进程显示模块中的点位标识位置，将搅拌头已经施工过的真实位置所对应的点位标识进行标记，达到对固化区域进行跟踪的目的；
所述固化深度显示模块用于显示施工过程中搅拌头的实时深度位置，搅拌头的实时深度位置数据由GPS定位模块提供，GPS定位模块实时检测的高程数据减去提前设定的地表高程位置即为搅拌头的实时深度位置；
所述固化遍数显示模块用于显示每个点位标识位置的固化遍数，通过土压力检测单元的检测数据来判定；施工过程中，每当土压力检测单元随搅拌头脱离土体后，检测数据变为零或者小于设定阈值时，则判定完成一次固化。
在上述技术方案中，喷粉管路与罐车通过管路连接，由罐车为其供给固化/修复软土用的原料。
在上述技术方案中，所述监控系统设置在挖掘机的驾驶室内。
在上述技术方案中，在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有除尘系统，所述除尘系统包括红外感应装置和喷淋管路，喷淋管路连接外部的供水车，所述红外感应装置安装固定在搅拌头的力臂的顶部，感应距离应接近力臂的长度，随着搅拌头进入土层内，红外感应装置接近并感应到泥面后，喷淋管路进行碰水，以达到自动除尘的目的。
在上述技术方案中，在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上还配备有主动去除堵塞淤泥系统，所述主动去除堵塞淤泥系统包括设置在喷粉管路出口端的主动除淤喷头装置，该主动除淤喷头装置包括基本管、头部套管和驱动器，所述头部套管滑动套装在基本管的前部，所述驱动器用于驱动头部套管和基本管产生相对运动；在基本管的前端设置有长条形的插条，基本管的尾端与喷粉管路连接；工作时，当淤泥进入到喷头装置的头部套管中造成喷粉管路堵塞后，控制驱动器的动作杆收缩，驱动头部套管相对于基本管向后运动，使基本管前端的插条插入进堵塞在头部套管内的淤泥中，然后驱动器的动作杆伸长，驱动头部套管相对于基本管向前运动回到初始位置，使得基本管前端的插条脱离淤泥并在淤泥中形成若干通孔，此时喷粉管路内的液体即可通过淤泥中的通孔向外喷出，并且逐步将堵塞在头部套管内的淤泥向外排出。
在上述技术方案中，喷粉管路中设置有压力传感器，压力传感器达到设定阈值时，判定头部套管发生堵塞。
在上述技术方案中，插条的数量优选为5-8个，沿基本管的圆周等间距分布，每个插条的尾部与基本管的前端固定连接。
在上述技术方案中，所述基本管的尾端设置有螺纹，以使基本管的尾端能够与喷分管路通过螺纹连接。
在上述技术方案中，在基本管的尾端设置法兰，基本管的尾端与喷分管路通过法兰连接。
在上述技术方案中，在基本管外壁上开设有一圈凹槽，凹槽的一侧设置有橡胶材质的第一密封圈，凹槽的另一侧设置有橡胶材质的第二密封圈；在头部套管的尾部设置一圈内缘，该内缘位于基本管的凹槽中，当头部套管和基本管发生相对运动时，内缘能够在基本管的凹槽中沿基本管的轴向方向滑动；当驱动器驱动头部套管向前运动至初始位置时，头部套管的内缘顶紧第一密封圈，形成良好密封；清除淤泥时，当驱动器驱动头部套管向后运动至一定位置时，头部套管的内缘顶紧第二密封圈，形成良好密封。
本发明的优点和有益效果为：
本发明针对现有软基固化/修复技术中存在的防尘效果差、固化剂在深层土体内喷洒不均匀、管口阻塞影响施工进度、现场存在“少搅、漏搅”影响固化质量等一系列问题，应用本发明的具体有益效果如下：
本发明具有固化进程追踪系统，该系统能够实时观测、掌握场地固化范围、同一区域的固化次数和加固深度，施工人员通过软件操控模块能够直观的了解到现场施工情况，避免了现场因“少搅、漏搅”而出现加固深度和加固遍数不够的问题，有效的保证了现场施工进度和质量。
本发明具有管压控制系统，该系统通过感受深层固化土体内的围压，并根据围压大小实时调节管口喷粉压力，避免了固化深层土体时，因土体围压较大而喷不出固化剂，并且能够有效防止淤泥阻塞喷头的情况发生，有效的保证了现场固化施工的质量和进度。
本发明具有主动去除堵塞淤泥系统，能够主动清除堵塞的淤泥。
本发明具有除尘系统，红外感应装置安装固定在搅拌头的力臂的顶部，感应距离应接近力臂的长度，随着搅拌头进入土层内，红外感应装置接近并感应到泥面后，喷淋管路进行碰水，以达到自动除尘的目的。
附图说明
图1是安装本发明的固化机在施工过程中的示意图。
图2是本发明的空间结构布置示意图。
图3是本发明中的显示单元的示意图。
图4是本发明中的主动除淤喷头装置的初始位置的结构示意图。
图5是本发明中的主动除淤喷头装置的清淤状态的结构示意图。
图6是本发明中的主动除淤喷头装置的清淤状态的结构示意图。
图7是本发明中的主动除淤喷头装置的另一种结构示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种大面积软土地基智能固化施工控制系统及使用方法，在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有管压控制系统、除尘系统、固化进程追踪系统、主动去除堵塞淤泥系统和监控系统。
参见图1，所述软土原位固化/修复用的搅拌机设备通常以挖掘机为基础载体，在挖掘机前部安装强力搅拌头1并装配喷粉管路2，喷粉管路与罐车6通过管路连接，由罐车6为其供给固化/修复软土用的原料。所述监控系统5设置在挖掘机的驾驶室内。
所述管压控制系统包括土压力检测单元3和伺服阀，土压力检测单元3安装在搅拌头的不动基础部分上(即安装在搅拌头端部两搅拌刀片中间位置)，并位于喷粉管路的出口附近，土压力检测单元3用于实时检测土体内的围压，伺服阀设置在喷粉管路上，用于控制喷粉管路的出液量，土压力检测单元和伺服阀均与监控系统5连接，监控系统5根据土压力检测单元3检测的土压力值调整伺服阀的开度，土压力检测单元3检测的土压力值越大，则伺服阀的开度越大，以调节喷粉压力，避免了固化深层土体时，因土体围压较大而喷不出固化剂，并且能够有效防止淤泥阻塞喷头的情况发生。
所述除尘系统包括红外感应装置10和喷淋管路11，喷淋管路11连接外部的供水车7，所述红外感应装置10安装固定在搅拌头的力臂的顶部，感应距离应接近力臂的长度，随着搅拌头进入土层内，红外感应装置10接近并感应到泥面后，喷淋管路11进行碰水，以达到自动除尘的目的。
所述固化进程追踪系统包括GPS定位模块4并且在监控系统5设置显示单元，显示单元的示意图参见附图3，显示单元上构建有固化区域进程显示模块a、固化深度显示模块b和固化遍数显示模块c；所述GPS定位模块4安装在搅拌头的两搅拌刀片中间位置，并且表面安装防护罩以防止固化过程中损坏GPS定位模块，GPS定位模块检测的搅拌头实时位置信号发送给监控系统5。
所述固化区域进程显示模块包括多个呈点阵排布的点位标识，每个点位标识代表周围3米范围的正方形区域，从而即可将固化区域进程显示模块中所含的所有点位标识与真实待施工场地进行对应映射，施工过程中，监控系统5根据GPS定位模块检测的搅拌头实时位置数据来确定搅拌头当前所处施工位置所对应的固化区域进程显示模块中的点位标识位置，将搅拌头已经施工过的真实位置所对应的点位标识进行标记(可通过显示不同颜色进行区分，见图3中编号a.1为标记后的点位标识)，从而达到对固化区域进行跟踪的目的。
所述固化深度显示模块用于显示施工过程中搅拌头的实时深度位置，搅拌头的实时深度位置数据也是GPS定位模块提供(GPS定位模块实时检测的高程数据减去提前设定的地表高程位置即为搅拌头的实时深度位置)，通过监控系统5进行数据处理后在所述固化深度显示模块进行显示。
所述固化遍数显示模块用于显示每个点位标识位置的固化遍数，通过土压力检测单元3的检测数据来判定。当土压力检测单元3随搅拌头一起进入土层中后会受到土体压力，检测到压力数据，当土压力检测单元3随搅拌头脱离土体后，检测数据变为零或者小于设定阈值，则判定完成一次固化。
所述主动去除堵塞淤泥系统包括设置在喷粉管路2出口端的主动除淤喷头装置8，参见附图4-6，该主动除淤喷头装置8包括基本管8.1、头部套管8.2和驱动器8.3，所述头部套管8.2滑动套装在基本管8.1的前部，所述驱动器8.3用于驱动头部套管8.2和基本管8.1产生相对运动。
基本管8.1的前端设置有长条形的插条8.11，插条的数量优选为5-8个，沿基本管的圆周等间距分布，每个插条的尾部与基本管1的前端固定连接(插条可以是焊接在基本管8.1的前端，或者插条与基本管为一体结构，即在基本管的前端切削加工出插条)，插条的长度优选为8-15cm，也就是说插条的长度要略大于堵塞在头部套管8.2内的淤泥的厚度。
驱动器8.3采用电动或者液压直线动作器，驱动器8.3的一端固定在基本管8.1外壁上，驱动器8.3的另一端连接头部套管8.2外壁，当驱动器8.3的动作杆伸出时，驱动头部套管8.2相对于基本管8.1向前运动，当驱动器8.3的动作杆收缩时，驱动头部套管8.2相对于基本管8.1向后运动。
进一步的说，所述基本管8.1的尾端设置有螺纹(可以是内螺纹或者外螺纹)，以使基本管8.1的尾端能够与喷粉管路通过螺纹连接。或者也可以在基本管8.1的尾端设置法兰，基本管8.1的尾端与喷粉管路通过法兰连接。
工作时，当淤泥进入到主动除淤喷头装置8的头部套管8.2中造成喷粉管路堵塞后(喷粉管路中设置有压力传感器，压力传感器达到设定阈值时，判定头部套管发生堵塞)，控制驱动器8.3的动作杆收缩，驱动头部套管8.2相对于基本管8.1向后运动，使基本管8.1前端的插条8.11插入进堵塞在头部套管8.2内的淤泥中，然后驱动器8.3的动作杆伸长，驱动头部套管8.2相对于基本管8.1向前运动回到初始位置，使得基本管8.1前端的插条8.11脱离淤泥并在淤泥中形成若干通孔，此时喷粉管路内的液体即可通过淤泥中的通孔向外喷出，并且逐步将堵塞在头部套管8.2内的淤泥向外排出。
进一步的说，参见附图7，在基本管8.1外壁上开设有一圈凹槽8.12，凹槽的一侧设置有橡胶材质的第一密封圈8.13，凹槽8.12的另一侧设置有橡胶材质的第二密封圈8.14；在头部套管8.2的尾部设置一圈内缘8.21，该内缘位于基本管的凹槽8.12中，当头部套管和基本管发生相对运动时，内缘8.21能够在基本管的凹槽8.12中沿基本管的轴向方向滑动。当驱动器8.3驱动头部套管8.2向前运动至初始位置时，头部套管的内缘8.21顶紧第一密封圈8.13，形成良好密封，管路中的液体不会从这里流出；清除淤泥时，当驱动器8.3驱动头部套管8.2向后运动至一定位置时，头部套管的内缘8.21顶紧第二密封圈8.14，形成良好密封，管路中的液体不会从这里流出，避免泄压。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有管压控制系统、固化进程追踪系统和监控系统；
所述软土原位固化/修复用的搅拌机设备前部安装强力搅拌头并装配喷粉管路；
所述管压控制系统包括土压力检测单元和伺服阀，土压力检测单元安装在搅拌头的不动基础部分上，土压力检测单元用于实时检测土体内的土压，伺服阀设置在喷粉管路上，用于控制喷粉管路的出液量，土压力检测单元和伺服阀均与监控系统连接，监控系统根据土压力检测单元检测的土压力值调整伺服阀的开度，土压力检测单元检测的土压力值越大，伺服阀的开度越大；
所述固化进程追踪系统包括GPS定位模块并且在监控系统设置显示单元，显示单元上构建有固化区域进程显示模块、固化深度显示模块、和固化遍数显示模块；所述GPS定位模块安装在搅拌头的两搅拌刀片中间位置，GPS定位模块检测的搅拌头实时位置信号发送给监控系统；
所述固化区域进程显示模块包括多个呈点阵排布的点位标识，每个点位标识代表周围指定范围的正方形区域，从而即可将固化区域进程显示模块中所含的所有点位标识与真实待施工场地进行对应映射，施工过程中，监控系统根据GPS定位模块检测的搅拌头实时位置数据来确定搅拌头当前所处施工位置所对应的固化区域进程显示模块中的点位标识位置，将搅拌头已经施工过的真实位置所对应的点位标识进行标记；
所述固化深度显示模块用于显示施工过程中搅拌头的实时深度位置，搅拌头的实时深度位置数据由GPS定位模块提供，GPS定位模块实时检测的高程数据减去提前设定的地表高程位置即为搅拌头的实时深度位置；
所述固化遍数显示模块用于显示每个点位标识位置的固化遍数，通过土压力检测单元的检测数据来判定；施工过程中，每当土压力检测单元随搅拌头脱离土体后，检测数据变为零或者小于设定阈值时，则判定完成一次固化；
在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上还配备有主动去除堵塞淤泥系统，所述主动去除堵塞淤泥系统包括设置在喷粉管路出口端的主动除淤喷头装置，该主动除淤喷头装置包括基本管、头部套管和驱动器，所述头部套管滑动套装在基本管的前部，所述驱动器用于驱动头部套管和基本管产生相对运动；在基本管的前端设置有长条形的插条，基本管的尾端与喷粉管路连接；工作时，当淤泥进入到喷头装置的头部套管中造成喷粉管路堵塞后，控制驱动器的动作杆收缩，驱动头部套管相对于基本管向后运动，使基本管前端的插条插入进堵塞在头部套管内的淤泥中，然后驱动器的动作杆伸长，驱动头部套管相对于基本管向前运动回到初始位置，使得基本管前端的插条脱离淤泥并在淤泥中形成若干通孔，此时喷粉管路内的液体即可通过淤泥中的通孔向外喷出，并且逐步将堵塞在头部套管内的淤泥向外排出；
所述驱动器采用电动或者液压直线动作器，驱动器的一端固定在基本管外壁上，驱动器的另一端连接头部套管外壁，当驱动器的动作杆伸出时，驱动头部套管相对于基本管向前运动，当驱动器的动作杆收缩时，驱动头部套管相对于基本管向后运动。
2.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：喷粉管路与罐车通过管路连接，由罐车为其供给固化/修复软土用的原料。
3.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：所述监控系统设置在挖掘机的驾驶室内。
4.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：在软土原位固化/修复用的搅拌机设备上配备有除尘系统，所述除尘系统包括红外感应装置和喷淋管路，喷淋管路连接外部的供水车，所述红外感应装置安装固定在搅拌头的力臂的顶部，感应距离应接近力臂的长度，随着搅拌头进入土层内，红外感应装置接近并感应到泥面后，喷淋管路进行碰水，以达到自动除尘的目的。
5.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：喷粉管路中设置有压力传感器，压力传感器达到设定阈值时，判定头部套管发生堵塞。
6.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：插条的数量为5-8个，沿基本管的圆周等间距分布，每个插条的尾部与基本管的前端固定连接。
7.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：所述基本管的尾端设置有螺纹，以使基本管的尾端能够与喷粉管路通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：在基本管的尾端设置法兰，基本管的尾端与喷粉管路通过法兰连接。
9.根据权利要求1所述的大面积软土地基智能固化施工控制系统，其特征在于：在基本管外壁上开设有一圈凹槽，凹槽的一侧设置有橡胶材质的第一密封圈，凹槽的另一侧设置有橡胶材质的第二密封圈；在头部套管的尾部设置一圈内缘，该内缘位于基本管的凹槽中，当头部套管和基本管发生相对运动时，内缘能够在基本管的凹槽中沿基本管的轴向方向滑动；当驱动器驱动头部套管向前运动至初始位置时，头部套管的内缘顶紧第一密封圈，形成良好密封；清除淤泥时，当驱动器驱动头部套管向后运动至一定位置时，头部套管的内缘顶紧第二密封圈，形成良好密封。
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