CN1309910C

CN1309910C - 预拌土壤工法

Info

Publication number: CN1309910C
Application number: CNB031533817A
Authority: CN
Inventors: 张政丰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: CN1580420A

Abstract

一种预拌土壤工法，包含：(A)将工程剩余土石方集中并进行散解处理、(B)筛除土石方中大粒径的砾石，成一原始土壤、(C)进行原始土壤与掺料自动化计量预拌，得一预拌土壤材料、(D)运至现场进行浇置。

Description

预拌土壤工法

技术领域

本发明涉及一种预拌土壤工法及其装置，特别是涉及一种利用剩余土石方作为预拌土壤材料来源，经分析定量再调制成规格化配料，以利自动量化控制搅拌的预拌土壤工法及其装置。

背景技术

一般有关线路或供水管线埋管、维修等工程，通常需要进行路面开挖及回填作业。就目前作业方式及运用技术而言，是将开挖出的土石方视为废弃土，另寻符合承载力及剪力强度要求的回填土壤材料，例如河川砂石，以进行回填作业。

此开挖回填作业方式，长期面临以下几项困难点：

(1)对于工程产生的废弃土石方，往往发生无处丢弃倾倒的问题，无较妥善的处理方法。

(2)由于河川采砂为主要工程砂石来源，但是过量采砂已造成严重河床冲刷、桥墩裸露侵蚀、海岸侵蚀等现象，甚至影响排水、生态问题，在未寻得其它砂石来源前，合法砂石严重短缺，取得不易。

(3)当采用前述河川砂石为回填土以埋设有管线的区域，其虽具有往后再开挖的便利性，但是依法规要求必须经多次的夯实作业，为避免破坏管线结构，实务上难以确实进行回填土的夯实工作，因此造成日后道路凹陷及坑洞产生，严重者甚至发生折管问题。

(4)相反的，若采用高强度的混凝土作为回填材料，虽避免了夯实问题并可改良地质强度，但是成本高且造成日后再开挖困难。

因此，工程界极需针对以上状况寻求改善及解决的方法。

发明内容

本发明人经长期潜思观察，发现以剩余土石方作为其它工程所需的预拌土壤材料，不但可解决废弃土处理问题、减低河川砂石需求量进而改善盗采砂石的生态乱象，且其具有取得容易、成本低廉之优点。但由于土石方中成分复杂，不适合直接利用，因此需要将其加以处理，并且改良预拌用的装置设备，以作为产业可直接适用的自动化定量预拌土壤材料生产方法。

因此，本发明的首要目的，在于提供一种可将剩余土石方回收再利用并符合环保、经济的预拌土壤工法及其装置。

本发明的再一目的，在于散解及过筛土石方，以适用自动化的搅拌作业。

本发明的又一目的，在于将散解及过筛后的土石方分析定量，以利与掺料及水进行配比组合，达到强度品质控制，符合安全的目的。

本发明的进一目的，在于将分析定量后的土石方预先配制成规格化配料，以便在符合安全强度的前提下，可快速产制所需的预拌土壤材料。

本发明的另一目的，在于改良自动化预拌装置，使适用于搅拌及传送含有粘土成分的土壤材料。

本发明预拌土壤工法包含：

(A)将工程现场开挖剩余土石方集中进行散解处理。

(B)筛除土石方中大粒径的砾石，作为一原始土壤。

(C)将该原始土壤与掺料进行自动化计量预拌，得一预拌土壤材料。

(D)运至现场进行浇置。

本发明预拌土壤装置是适用于控制拌合经散解、过筛及成分控制处理的土壤材料与掺料，包含一输送所述土壤材料输送带、一承接该输送带所输土壤材料的进料槽、一设置于该进料槽下方的搅拌槽、至少一供所述掺料储存并将其输出至该搅拌槽内的掺料储存槽，及一用于测量所述土壤材料与掺料重量的计量设备。

该进料槽包括一围绕槽壁、一位于该槽壁顶端并供来自该输送带传送来的所述土壤材料置入的进料口，及一位于该槽壁底端并供土壤材料排出的出口。

该搅拌槽包括一位于该进料槽的出口下方并用以承接来自进料槽的土壤材料的槽本体，及一位于该槽本体底部的输出口。

该计量设备是包括一设置于该进料槽上且用于测量置入该进料槽的土壤材料重量的土料计量单元，及一设置于该掺料储存槽输出端且用于测量预定输出的所述掺料重量的掺料计量单元。

其特征在于：该预拌土壤装置的进料槽更包括一装设于其出口上方并附有旋转动力的辅助排料组件，且该槽壁与水平夹角是介于75°至90°间。该搅拌槽更包括复数装设于该槽本体内且附有旋转动力的搅拌杆。

本发明的功效能提供一种剩余土石方的处理后再利用的工法及装置，不但是符合环保、经济的目的，且以自动化设计生产出符合预定强度的预拌土壤材料，达到安全性的需求。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是本发明预拌土壤工法实施例的步骤流程图；

图2是该实施例中配料A的抗压强度与水灰比关系图；

图3是该实施例中配料B的抗压强度与水灰比关系图；

图4是该实施例中配料C的抗压强度与水灰比关系图；

图5是本发明预拌土壤装置实施例的示意图；

图6是该实施例中一搅拌杆的立体图。

图7是本发明预拌土壤工法实施例中，所采原始土壤甲、乙、丙的成分百分比图表。

图8是该实施例中配料A、配料B与配料C的规格化成分比例表。

具体实施方式

如图1所示，本发明预拌土壤工法的较佳实施例步骤流程如下：

(a)如图1中流程11，分别在甲地、乙地及丙地取得工程现场开挖剩余土石方并运至处理场。本实施例中是以三处土石来源作说明，但是实际运作并不以此为限，例如至少一处便可。所述剩余土石方是泛指一般营建开挖、地质改良、土丘铲平等工程所产生的废弃土壤材料。值得一提的是，当开挖得到的土石方中有机含量过高，并不适合用以处理作为预拌土壤材料，须予以舍弃。

(b)如图1中流程12，由于土石方中含有黏土成分，需将大颗粒粘土散解围小粒径碎屑状，以利搅拌时与掺料充分混合作用，并避免彼此粘结为更大块粘土且不利搅拌，因此在处理场需各自先进行下述的散解及过筛处理以得原始土壤甲、原始土壤乙、原始土壤丙。本实施例的散解及过筛处理内容为：1.以日照曝晒方式达到干燥处理效果，去除大部分水份。2.以压土机将土石进行压碎崩解处理，成小碎屑。3.过筛去除粒径大于5cm的砾石。在此是以适用于台湾天候的日照曝晒干燥法配合压碎崩解处理作为使土石方散解碎小化的说明，当然也可使用其它散解方式达到此目的效果。

(c)如图1中流程13，将前述经散解及过筛处理后的原始土壤，各自经均匀搅拌后取样，测定其中含泥量、含砂量、含砾量百分比，以将原始土壤分析定量。如图7所示，图7中说明本实施例中所采原始土壤甲、乙、丙的成分百分比。

(d)如图1中流程14，取原始土壤甲、原始土壤乙、原始土壤丙搭配设计出如图8所示的具有特定规格化成分比例的配料A、配料B与配料C。在本实施例中是以预定配制成如图8中三种成分比例作说明，此种比例规格有利于与掺料及水调制成符合强度的用料，当然实际操作可作其它种类设计，不以此为限。

由于经过散解及过筛处理后，原始土壤中的砾石含量已较低，为简化步骤，在计算土壤材料配制比例时暂不考虑含砾量部分，但是土壤材料若含砾量过高时需考虑。

为具体详述由原始土壤甲、原始土壤乙、原始土壤丙配制成配料A的方法，于是举例说明如下，配料B、配料C的配制方式可以此类推。

步骤一、选择原料：由于配料A的成分规格为含泥量60、含砂量40，因此在选用原始土壤时，只采用含砂量较低的原始土壤乙、原始土壤丙，不采用含砂量过高的原始土壤甲。

步骤二、计算决定各原始土壤用量比例。

假设使用原始土壤乙x公吨，混合原始土壤丙y公吨可得1公吨的配料A。原始土壤乙含泥0.45x公吨，含砂0.50x公吨；原始土壤丙含泥0.80y公吨，含砂量0.18y公吨；配料A中含泥0.60公吨，含砂0.40公吨。建立方程序如下：

0.45x+0.8y＝0.6

0.5x+0.18y＝0.4

x＝0.665

y＝0.338

步骤三、计算各堆土壤材料用量

原始土壤乙用量百分比：100×x/(x+y)＝63％

原始土壤丙用量百分比：100％-63％＝37％

此外，可另备2堆土壤材料：一堆含泥量90％以上，另一堆含砂量90％以上，以防来源土壤材料成分无法达成配料规格时派上用场。

经此步骤，可得规格化的配料A、配料B，及配料C。

(e)如图1中流程15，将配料A、配料B与配料C取样个别掺入不同含量的掺料及水作配比组合，进行混合搅拌。其中的掺料的使用是视强度及工作性要求，可为固化剂或水泥等固化材料、减水剂、早强剂等。

(f)如图1中流程16，针对前项步骤各种配比组合，进行强度试验，并设计建立配料的配比数据库，其中有关配比强度将补充说明于后段。

(g)如图1中流程17，可依照工程特性或所接订单内容所需，由数据库中选择适当配料与掺料及水的比例，以预拌土壤装置自动化预拌配制出符合需求的预拌土壤材料。

(h)如图中流程18，利用本发明预拌土壤装置自动计量预拌后，利用拌合车运送至工程现场进行浇置。该预拌土壤装置将详细说明于下文。

如图2至图4所示，图中资料来源是经步骤(f)所得的结果。图2是配料A的抗压强度与水灰比关系图，图3是配料B的抗压强度与水灰比关系图，图4是配料C的抗压强度与水灰比关系图。横轴代表水灰比，纵轴代表抗压强度，单位为每平方公分公斤重(kgf/cm²)。由此三图中可知，就水灰比2.5的配比而言，以含泥量40、含砂量60的配料B具有最佳抗压强度表现，在龄期7日可提供约30kgf/cm2的抗压强度，龄期28日可达到约60kgf/cm2的抗压强度。

就道路回填土而言，若土壤经辗压夯时后的无围压缩强度达3.5kgf/cm²以上，便符合一般回填工程所需承载力及剪力强度要求。由图2至图4显示，利用以上工法步骤得到的预拌土壤材料却可轻易控制强度于3.5kgf/cm₂、甚至十数倍以上，确实提高工程安全性。

归纳上述，本发明人构思利用剩余土石方作为其它工程所需的预拌土壤材料，具有环保、经济的优点，但为克服土石方中成分复杂且不适合直接利用的特性，经本发明预拌土壤工法处理改良，可作为产业直接适用的自动化定量预拌土壤材料生产方法，并达到以下功效与优点：

(1)由于本发明工法得到的预拌土壤材料，是利用剩余土石方经处理后作为原始土壤，可减少因工程废弃土所带来的倾倒、破坏环境等环保问题。

(2)由此预拌土壤材料取代传统砂石作为回填材料，可减少工程界对砂石的需求量，进而使得一些对环境影响深远的不当行为，例如层出不穷的盗采砂石得到控制。

(3)由于预先经散解及过筛处理，土壤材料化成5cm以下之泥、砂及小砾石，因此在自动化搅拌过程中，可减少机械故障机率，也确保土壤材料与掺料充分混合作用，提供足够强度的回填材料，符合安全性要求，提升工程品质。

(4)由于本工法建有配比数据库，并采自动计量混合预拌的方式进行，可大量减少施工费用，如施工人员费、测试夯实密度的试验费等。

(5)由于本工法建有配比数据库，并采自动计量混合预拌的方式进行，可达到量化生产及控制材料品质的功效，有效降低材料成本以供设计单位使用。

(6)由于可量化生产且提供较佳工作性及稳定的材料品质，因此提高施工速度，无须进行以往管线工程中分层夯实及检验的施工步骤。

因此，该预拌土壤工法兼具安全、环保、经济、效率等特性，确实可达到本发明的目的。

此外，本发明工法不以使用于道路回填工程为限，也可在一般基础地质改良工程中应用。

如图5所示，本发明预拌土壤工法中使用的预拌土壤装置，是适用于混合搅拌由配比数据库中选定剂量的掺料、水，及配料(配料A或配料B、配料C)。为描述方便，在此是以配料A举例说明。该预拌土壤装置包含一机械控制室20、用以输送所述配料A的输送带2、一承接该输送带所输配料A的进料槽3、一设置于该进料槽3下方的搅拌槽4、二分别供掺料固化剂及减水早强剂储存并将其输出至该搅拌槽4内的掺料储存槽51、一用以供水进入该搅拌槽4内的储水槽52，及一用于测量所述配料A与掺料重量的计量设备6。

由于本发明预拌土壤装置大体上类似于一般预拌混凝土场的设备装置，且其中有关该机械控制室20中机械自动化控制系统已十分常见且普遍应用于各领域，因此不再详述，以下就本发明特殊改良部位加以说明。

该进料槽3包括一近垂直的围绕槽壁31、一位于该槽壁31顶端并供来自该输送带2传送来的所述配料A置入的进料口321、一位于该槽壁31底端并供配料A排出的出口322，及一装设于该出口322上方且附有旋转动力的辅助排料组件33、一用以闭合该进料槽的出口的出口闸门34、一组装于该槽壁31外近底部处并可控制开启该出口闸门34的控制杆35，及一装设于该槽壁31外表面并在排料时同步运转用以辅助排料的振动马达36。该槽壁31与水平的夹角有别于一般预拌混凝土场的设备，一般预拌混凝土场的进料槽3槽壁31较缓且开口大，约介于45°至60°。在本实施例中是设计为较陡峭，介于75°至90°间，以免配料A中粘土的成分造成粘结塞滞。该辅助排料组件33在本实施例中是一包括有多数径向延伸叶片的可旋转的杆体，用以辅助拨搅所述配料A使其完全下落。该控制杆35可采用油压控制作驱动。

配合图6所示，所述配料A与掺料及水经该搅拌槽4拌合后，成为预拌土壤材料。该搅拌槽4包括一用以承接来自进料槽3的配料A的槽本体41、一位于该槽本体41底部并供搅拌完成的预拌土壤材料向下排入预先停放于该搅拌槽4下方的拌合车的输出口411，及二装设于该槽本体41内且附有旋转动力的搅拌杆42，每一搅拌杆42具有复数轴向突出且用以切穿成块的土壤材料的纵叶片421，及复数分别近垂直地设置于对应纵叶片421近末端处且用以拍击成块土壤材料的横叶片422。采用二搅拌杆42可改善以往预拌混凝土场设备中单一搅拌杆42无法针对含有粘土成分的缺点。

在本实施例中，该掺料储存槽51内容装的所述掺料是固化剂，也可使用水泥，甚至可增加该掺料储存槽51个数，容装减水剂等其它掺料。

该计量设备6是包括一设置于该进料槽3上且用于测量置入该进料槽3的所述配料A重量的土料计量单元61，及一设置于该掺料储存槽51输出端且用于测量预定输出的所述掺料重量的掺料计量单元62。由于计量设备6为一般熟知的技术，在此不予详述。

令输送带2一端以挖土机取放预选的配料A，并当该土料计量单元61测得置入该进料槽的所述配料A达一设计量，该输送带2停止运转，同时该控制杆35控制开启该出口闸门34，使配料A落下，数秒后配合该辅助排料组件33的旋转拨动，使配料A可完全进入该搅拌槽4。此时，经计量的掺料及水也输入该搅拌槽4，开始搅拌混合。

归纳上述，本发明预拌土壤装置，采全面机械自动化控制，可达到提高效率、降低成本的效果，确实可达到本发明的目的，所以的确非常实用与进步。

Claims

1.一种预拌土壤工法，包含：

(A)将工程现场的剩余土石方集中进行散解处理；

(B)筛除土石方中大粒径的砾石，作为一原始土壤；

(E)取样分析步骤(B)中原始土壤的含泥量、含砂量、含砾量，并取样配合适量掺料进行配比强度设计，建立原始土壤的配比数据库；

(C)依照工程特性选择适量的经步骤(E)取样分析的原始土壤与掺料的配比组合，并以一预拌土壤装置将原始土壤与掺料进行自动化计量预拌，得一预拌土壤材料；及

(D)运至现场进行浇置。

2.如权利要求1所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(E)所述的取样建立配比数据库只在首次使用本批原始土壤时进行。

3.如权利要求1所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(C)中原始土壤与掺料的预拌，配合高含砂量土壤材料、高含泥量土壤材料，调配出符合需求的预拌土壤材料。

4.如权利要求1所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(A)所述的散解处理，是使土石方干燥后压碎分散为较小颗粒。

5.如权利要求4所述的预拌土壤工法，其特征在于：土石方干燥方法是利用日照曝晒法。

6.如权利要求4所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(C)所述的预拌土壤材料，除利用原始土壤与掺料外，更需配合加入适量水以进行预拌。

7.如权利要求6所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(A)所述的散解处理，是使土石方日照曝晒干燥后压碎分散为较小颗粒，步骤(E)是将原始土壤取样配合适量掺料及水进行配比强度设计，建立原始土壤的配比数据库。

8.如权利要求1所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(B)所述筛除大粒径砾石，是筛除粒径5公分以上的砾石。

9.如权利要求1所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(C)所述掺料是选自于由固化材料、减水剂及早强剂组合而成的群组；该固化材料是选自于由固化剂及水泥组合而成的群组。

10.一种预拌土壤工法，包含：

(A)将多数个工程现场开挖剩余土石方个别集中进行散解处理；

(B)分别筛除土石方中大粒径的砾石，作为多种原始土壤；

(F)分别取样分析所述原始土壤中的含泥量、含砂量、含砾量；

(C)以预定比例混合复数种原始土壤，搭配设计出预定种数具有特定比例的含泥量、含砂量及含砾量的规格化配料；

(G)将每一种规格化配料取样配合掺料，进行配比强度设计并建立配料的配比数据库；

(D)依照工程特性，并依步骤(G)中建立的配比数据库选择配料与掺料的使用量，并以一预拌土壤装置将该配料、掺料进行自动化计量预拌，得一预拌土壤材料；及

(E)运至现场进行浇置。

11.如权利要求10所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(G)所述的取样建立配比数据库只是在首次使用本批原始土壤时进行。

12.如权利要求10所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(C)以预定比例混合复数种原始土壤，并视所需配合高含砂量土壤材料、高含泥量土壤材料，调配成规格化配料。

13.如权利要求10所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(A)所述的散解处理，是使土石方干燥后压碎分散为较小颗粒。

14.如权利要求13所述的预拌土壤工法，其特征在于：土石方干燥方法是利用日照曝晒法。

15.如权利要求13所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(G)所述的配比强度设计，除利用配料与掺料外，更需配合加入适量水以进行预拌，建立配料的配比数据库。

16.如权利要求10所述的预拌土壤工法，其特征在于：步骤(D)所述掺料是选自于由固化材料、减水剂及早强剂组合而成的群组；该固化材料是选自于由固化剂及水泥组合而成的群组。