CN116104093A - 水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置和方法，包括：水上工作平台、智能拌合站、三维泵送系统和精确导向浇筑终端；包括步骤：水上工作平台脱离水面并升至设计工作高度；将流态固化土制备原材料输送至相应的储料罐，搅拌制得流态固化土；将钢丝软管连接泥浆泵，并将钢丝软管固定在船体和扶臂上，将导向硬管通过转动器连接在横梁上，下降扶臂至设计施工高度；进行流态固化土的浇筑。本发明的有益效果是：可对水下基础施工前进行预冲刷防护，或水下基础冲刷发生后进行抢救性施工，联合各个机械设备自动进行现场的流态固化土的拌合和浇筑，在视频监控器和声呐扫描仪的帮助下，实现流态固化土在水下基础的精准浇筑。

Description

水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置和方法

技术领域

本发明属于冲刷防护施工领域，尤其涉及一种水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置和方法，以流态固化土作为冲刷防护材料，可对水下基础在施工前进行预冲刷防护，或水下基础冲刷发生后进行抢救性冲刷防护施工。

背景技术

位于近海或河湖内的水下基础结构，受到波浪、潮汐以及水流冲刷作用的影响，缺乏冲刷防护的基础结构周围的地基表层颗粒会被水流冲走，在基础结构周围形成带有一定深度和形态的侵蚀坑。根据基础结构尺寸、流体弗劳德系数、水产生的剪应力及地基性质的不同，极端工况下，侵蚀坑的深度有时可数倍于基础结构的宽度/直径，极大降低基础结构的承载力，增大基础结构的变形，极易酿成工程事故。

通过在地基表面敷设冲刷防护结构，可避免侵蚀坑的形成，从而有效保障基础的设计承载性能。同样，在业已形成的侵蚀坑中回填冲刷防护材料，消除侵蚀坑，也能一定程度上恢复基础的设计承载性能。流态固化土作为一种新兴的环境保护材料，可利用废弃淤泥等作为主要原材料。其初期具有流动性，后期逐步硬化，并具有一定的强度、刚度和稳定性。流态固化土因其取材来源广泛、易于配制、输送高效、施工便捷等优点，在水下基础的冲刷防护应用方面极具前景。

然而，针对冲刷防护施工，现在还没有一套装置和方法能够在水下基础的施工现场对流态固化土进行高效拌合制备和精确输送浇筑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置和方法。

这种水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置包括：水上工作平台、智能拌合站、三维泵送系统和精确导向浇筑终端；所述水上工作平台包括船体和支撑桩，支撑桩将船体支撑在水面以上；船体表面设有甲板，船体内部有舱室；

所述智能拌合站包括上料机、储料罐、进料斗、搅拌机，上料机设于舱室和储料罐之间；储料罐下方设有料斗；储料罐和进料斗的下部均安装有阀门，进料斗通过阀门连通搅拌机；

所述三维泵送系统包括泥浆泵、扶臂、钢丝软管和横梁，泥浆泵连接搅拌机和钢丝软管；扶臂连接于船体；船体和扶臂连接，所述扶臂下端安装有横梁，横梁上安装有滑轨；钢丝软管一端连接泥浆泵，另一端沿扶臂连接至滑轨并设有精确导向浇筑终端；

所述精确导向浇筑终端包括导向硬管和转动器，转动器安装于滑轨内；导向硬管一端与转动器固定，另一端安装有视频监控器和声呐扫描仪。

作为优选：所述智能拌合站固定于水上工作平台的甲板。

作为优选：所述船体为漂浮式水上工作船或自升式水上工作平台；船体为漂浮式水上工作船时，船体通过船锚固定船身位置；船体为自升式水上工作平台时，船体为通过多根支撑桩撑起至脱离水面一定距离，支撑桩底部插入地基内。

作为优选：数个储料罐内分别存储有不同的流态固化制备原材料，储料罐的内部安装有搅拌、加温、喷淋或除湿设备，数个储料罐分别对应有数个进料斗，数个进料斗连接至搅拌机。

作为优选：所述钢丝软管一端连接泥浆泵，另一端通过转动器连接导向硬管，导向硬管内部中空。

作为优选：所述扶臂转动连接船体，扶臂在水平面上的转动范围为180度，扶臂转动时其上的横梁和钢丝软管随之转动；且扶臂还能滑动连接船体，扶臂上下滑动时其上的横梁和钢丝软管随之上下移动；所述导向硬管在转动器的带动下沿横梁的滑轨左右滑动，且导向硬管绕转动器转动的角度范围为180度。

这种水下基础冲刷防护的流态固化土现场拌合和泵送浇筑装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、将流态固化土制备原材料装载入船体的相应舱室，驾驶船体至施工地点，释放支撑桩，使得水上工作平台脱离水面并升至设计工作高度；

S2、开启上料机，将舱室内储存的流态固化土制备原材料输送至相应的储料罐，按一定的体积配比从储料罐释放物料至进料斗，将进料斗内的物料释放入搅拌机，搅拌制得流态固化土；

S3、将钢丝软管连接泥浆泵，并将钢丝软管固定在船体和扶臂上，将导向硬管通过转动器连接在横梁上，下降扶臂至设计施工高度；

S4、开启视频监控器和声呐扫描仪，开启泥浆泵，围绕水下基础进行流态固化土的浇筑，根据浇筑需要调整扶臂的高度和转动角度，调整导向硬管在横梁上的相对位置和出料角度，实时观察流态固化土的浇筑过程。

本发明的有益效果是：

1)本发明所提供的水下基础冲刷防护方法，围绕水下基础进行冲刷防护结构的浇筑，可对水下基础施工前进行预冲刷防护，或水下基础冲刷发生后进行抢救性冲刷防护施工，扩大了水下基础冲刷防护方法的工作范围，提出的施工方法也可为采用其他基础冲刷防护形式和冲刷防护材料的工程所借鉴；

2)本发明所提供的流态固化土现场拌合和泵送浇筑装置能够很大程度上联合各个机械设备自动进行现场的流态固化土的拌合和浇筑，节省人力物力，提高工作效率；

3)设计的流态固化土输送体系和多自由度浇筑终端，在视频监控器和声呐扫描仪等水下工作设备的帮助下，最大程度上实现流态固化土在水下基础的精准浇筑，确保工程质量。

附图说明

图1为水下基础冲刷防护的流态固化土拌合和泵送浇筑装置的图示。

其中：1.1-船体；1.2-支撑桩；1.3-甲板；1.4-舱室；2.1-上料机；2.2-储料罐；2.3-进料斗；2.4-搅拌机；2.5-阀门；3.1-泥浆泵；3.2-扶臂；3.3-钢丝软管；3.4-横梁；3.5-滑轨；4.1-导向硬管；4.2-转动器；4.3-视频监控器；4.4-声呐扫描仪；5.1-地基；5.2-水下基础；5.3-冲刷防护结构；5.4-水；5.5-水面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

作为一种实施例，如图1所示，一种水下基础冲刷防护的流态固化土拌合和泵送浇筑装置，包括：水上工作平台、智能拌合站、三维泵送系统和精确导向浇筑终端；

所述水上工作平台用于承载流态固化土制备原材料、拌合设备、浇筑设备，以及其他用于水上施工的材料、设备。所述水上工作平台包括船体1.1、支撑桩1.2、甲板1.3和舱室1.4。所述水上工作平台可根据施工作业场地、施工作业质量、施工作业要求、施工作业经济性等因素，选择合适的船舶或浮动载体，及船体1.1可以为船舶，也可以为浮动载体。

所述水上工作平台可根据工作需要，选择漂浮式水上工作船或自升式水上工作平台；漂浮式水上工作船在进行水上作业时，依靠船锚固定船身位置，并通过调整锚链的松紧程度尽可能维持船身的稳定；自升式水上工作平台在进行水上作业时，将多根支撑桩1.2插入水下地基5.1，将整个工作平台撑起至脱离水面5.5一定距离，可消除或降低风、波浪等外荷载对于工作平台产生的晃动；

所述水上工作平台拥有大面积平整甲板1.3、大容积储料舱室1.4和一定数量房间，用于承载流态固化土制备设备，储存流态固化土制备原材料(淤泥，水泥，外加剂等)，供人员生活起居等。所述流态固化土制备原材料可由水上工作平台从岸边装载，运输至水上施工现场，也可由其他船舶从岸边装载，运输并转移到水上工作平台。

所述智能拌合站，用于制备流态固化土，包括上料机2.1、储料罐2.2、进料斗2.3、搅拌机2.4、阀门2.5，以及相关电子控制设备。上料机2.1用于将储存于舱室1.4内部的流态固化土制备原材料输送至对应的储料罐2.2；储料罐2.2内部可按工作需求安装搅拌、加温、喷淋、除湿等设备，用于对原材料进行预处理；储料罐2.2下部安装有阀门2.5，用于控制储料罐2.2内的材料流入进料斗2.3，所述阀门2.5为智能出料控制阀门，可由电脑预设和控制出料速度、出料体积、出料重量等参数；所述每个储料罐的下部都对应一个进料斗，用于对流态固化土原材料从储料罐进入搅拌机前进行体积配比的二次确认；进料斗2.3下部安装有阀门2.5，阀门2.5后连通用于对流态固化土制备原材料进行搅拌和混合的搅拌机2.4。

所述三维泵送系统，用于将制备好的流态固化土输送至水下基础5.2，包括泥浆泵3.1、扶臂3.2、钢丝软管3.3、横梁3.4、滑轨3.5。泥浆泵3.1连接搅拌机2.4和钢丝软管3.3，用于将制备好的流态固化土，从搅拌机2.4加压泵入钢丝软管3.3；扶臂3.2固定于船体1.1、能在平面内180度转动，且可沿船体1.1上下滑动，其下部可直达地基5.1附近，能围绕水下基础5.2底部位置进行浇筑，用于将制备好的流态固化土从水上工作平台输送至水下基础5.2。钢丝软管3.3与船体1.1、扶臂3.2固定；所述扶臂3.2下端安装有横梁3.4，横梁3.4上安装有滑轨3.5。

所述精确导向浇筑终端，用于定位和浇筑流态固化土，包括导向硬管4.1、转动器4.2、视频监控器4.3、声呐扫描仪4.4。所述转动器4.2安装于滑轨3.5内，转动器4.2自身可180度旋转，且能沿横梁3.4左右滑动；所述导向硬管4.1与转动器4.2固定在一起，且在转动器4.2的驱动下导向硬管4.1能以转动器4.2的中点为圆心在横梁3.4所在平面做180度的平面转动；所述导向硬管由硬质轻型金属，如铝合金，制成，内部中空。所述视频监控器4.3和声呐扫描仪4.4安装在导向硬管4.1的末端，能够实时监控和反馈水下基础5.2周边流态固化土冲刷防护结构5.3的浇筑过程。在光线充足、水体清晰时可用视频监控器4.3，在光线不足、水体浑浊时可用声呐扫描仪4.4，观察水下基础周围环境，实时监控和反馈流态固化土的浇筑过程，对流态固化土的浇筑过程和浇筑质量进行动态调整，还可将收集到的图像、数据等资料传输至水上工作平台的数据终端，供操作人员分析使用。

实施例二

作为另一种实施例，实施例一中水下基础冲刷防护的流态固化土现场拌合和泵送浇筑装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、将流态固化土制备原材料(淤泥，水泥，砂石、外加剂等)装载入船体1.1的相应舱室1.4，驾驶船体1.1至施工地点，释放支撑桩1.2，使得水上工作平台脱离水面5.5并升至设计工作高度；

S2、开启上料机2.1，将舱室1.4内储存的流态固化土制备原材料输送至相应的储料罐2.2，按一定的体积配比从储料罐2.2释放物料至进料斗2.3，各种物料体积确认无误后，将进料斗2.3内的物料释放入搅拌机2.4，搅拌制得流态固化土；

S3、将钢丝软管3.3连接泥浆泵3.1，并将钢丝软管3.3固定在船体1.1和扶臂3.2上，将导向硬管4.1通过转动器4.2连接在横梁3.4上，下降扶臂3.2至设计施工高度；

S4、开启视频监控器4.3和声呐扫描仪4.4，开启泥浆泵3.1，围绕水下基础5.2进行流态固化土的浇筑，根据浇筑需要调整扶臂3.2的高度和转动角度，调整导向硬管4.1在横梁3.4上的相对位置和出料角度，实时观察流态固化土的浇筑过程。

Claims (7)

1.一种水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置，其特征在于，包括：水上工作平台、智能拌合站、三维泵送系统和精确导向浇筑终端；所述水上工作平台包括船体(1.1)和支撑桩(1.2)，支撑桩(1.2)将船体(1.1)支撑在水面(5.5)以上；船体(1.1)表面设有甲板(1.3)，船体(1.1)内部有舱室(1.4)；

所述智能拌合站包括上料机(2.1)、储料罐(2.2)、进料斗(2.3)、搅拌机(2.4)，上料机(2.1)设于舱室(1.4)和储料罐(2.2)之间；储料罐(2.2)下方设有料斗(2.3)；储料罐(2.2)和进料斗(2.3)的下部均安装有阀门(2.5)，进料斗(2.3)通过阀门(2.5)连通搅拌机(2.4)；

所述三维泵送系统包括泥浆泵(3.1)、扶臂(3.2)、钢丝软管(3.3)和横梁(3.4)，泥浆泵(3.1)连接搅拌机(2.4)和钢丝软管(3.3)；扶臂(3.2)连接于船体(1.1)；船体(1.1)和扶臂(3.2)连接，所述扶臂(3.2)下端安装有横梁(3.4)，横梁(3.4)上安装有滑轨(3.5)；钢丝软管(3.3)一端连接泥浆泵(3.1)，另一端沿扶臂(3.2)连接至滑轨(3.5)并设有精确导向浇筑终端；

所述精确导向浇筑终端包括导向硬管(4.1)和转动器(4.2)，转动器(4.2)安装于滑轨(3.5)内；导向硬管(4.1)一端与转动器(4.2)固定，另一端安装有视频监控器(4.3)和声呐扫描仪(4.4)。

2.根据权利要求1所述水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置，其特征在于：所述智能拌合站固定于水上工作平台的甲板(1.3)。

3.根据权利要求1所述水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置，其特征在于：所述船体(1.1)为漂浮式水上工作船或自升式水上工作平台；船体(1.1)为漂浮式水上工作船时，船体(1.1)通过船锚固定船身位置；船体(1.1)为自升式水上工作平台时，船体(1.1)为通过多根支撑桩(1.2)撑起至脱离水面(5.5)一定距离，支撑桩(1.2)底部插入地基(5.1)内。

4.根据权利要求1所述水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置，其特征在于：数个储料罐(2.2)内分别存储有不同的流态固化制备原材料，储料罐(2.2)的内部安装有搅拌、加温、喷淋或除湿设备，数个储料罐(2.2)分别对应有数个进料斗(2.3)，数个进料斗(2.3)连接至搅拌机(2.4)。

5.根据权利要求1所述水下基础冲刷防护流态固化土拌合和泵送浇筑装置，其特征在于：所述钢丝软管(3.3)一端连接泥浆泵(3.1)，另一端通过转动器(4.2)连接导向硬管(4.1)，导向硬管(4.1)内部中空。

6.根据权利要求1所述水下基础冲刷防护的流态固化土现场拌合和泵送浇筑装置，其特征在于：所述扶臂(3.2)转动连接船体(1.1)，扶臂(3.2)在水平面上的转动范围为180度，扶臂(3.2)转动时其上的横梁(3.4)和钢丝软管(3.3)随之转动；且扶臂(3.2)还能滑动连接船体(1.1)，扶臂(3.2)上下滑动时其上的横梁(3.4)和钢丝软管(3.3)随之上下移动；所述导向硬管(4.1)在转动器(4.2)的带动下沿横梁(3.4)的滑轨(3.5)左右滑动，且导向硬管(4.1)绕转动器(4.2)转动的角度范围为180度。

7.如权利要求1至6中任一所述的水下基础冲刷防护的流态固化土现场拌合和泵送浇筑装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将流态固化土制备原材料装载入船体(1.1)的相应舱室(1.4)，驾驶船体(1.1)至施工地点，释放支撑桩(1.2)，使得水上工作平台脱离水面(5.5)并升至设计工作高度；

S2、开启上料机(2.1)，将舱室(1.4)内储存的流态固化土制备原材料输送至相应的储料罐(2.2)，按一定的体积配比从储料罐(2.2)释放物料至进料斗(2.3)，将进料斗(2.3)内的物料释放入搅拌机(2.4)，搅拌制得流态固化土；

S3、将钢丝软管(3.3)连接泥浆泵(3.1)，并将钢丝软管(3.3)固定在船体(1.1)和扶臂(3.2)上，将导向硬管(4.1)通过转动器(4.2)连接在横梁(3.4)上，下降扶臂(3.2)至设计施工高度；

S4、开启视频监控器(4.3)和声呐扫描仪(4.4)，开启泥浆泵(3.1)，围绕水下基础(5.2)进行流态固化土的浇筑，根据浇筑需要调整扶臂(3.2)的高度和转动角度，调整导向硬管(4.1)在横梁(3.4)上的相对位置和出料角度，实时观察流态固化土的浇筑过程。

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