CN206815410U - 一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，包括有钻杆、支架、钻头、第一驱动电机、第二驱动电机、注浆系统、控制系统和试验箱，其中钻杆通过支架设在试验箱的上端，钻杆为中空的，钻头装配在钻杆的下端，第一驱动电机和第二驱动电机分别设在钻杆的上部和下部，第一驱动电机驱使钻杆进行升降，第二驱动电机驱使钻杆进行转动，注浆系统通过注浆管与钻杆的内腔相连通，钻头上部的钻杆上设有喷浆口，注浆系统内喷射的浆液通过注浆管和钻杆下部的内腔从喷浆口喷出，控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机和注浆系统相连接，有益效果：成桩质量好、均匀性高、经济性好、并且能够智能化控制。

Description

一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种室内的试验装置，特别涉及一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置。

背景技术

目前，水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的一种有效方法。它通常用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部将软土和固化剂强制搅和，使软土硬结而提高地基强度。自从20世纪70年代以来，水泥土搅拌桩由于其造价低廉和易于操作等特点被逐渐应用于地基加固、护坡和防渗等方面，各种新型的水泥土搅拌桩也不断涌现，此法由于良好的经济效益和社会效益正得到广泛的应用。

目前，研究水泥土搅拌桩的主要方法有现场试验、数值模拟和室内模型试验三种。现场试验是研究水泥土搅拌桩承载力和变形特性的最直接、最可靠的方法，而且是验证室内模型试验和数值分析的最佳手段，但由于试验周期较长，需要大量资金投入，而且地层条件复杂，施工过程不容易控制，只能得到桩基在小范围地区特点，不易得到规律性结论。数值分析是研究水泥土搅拌桩受力变形特性的一种简便而且价格低廉的方法，但其精度主要依赖于相关材料参数、所选取的理论模型、各部分之间的相互作用等与真实情况的吻合程度，所以其受人为因素影响较大。室内模型试验可以较精确的设定和控制边界条件、桩土材料特性，在研究桩-土相互作用时具有较强的针对性和目的性，模型试验还可以对分析问题进行简化，抓住主要矛盾，舍弃次要矛盾，与现场试验相比，能得到更多规律性东西。模型试验也可以验证数值模拟分析。因此，如何找到一种室内模拟水泥土搅拌桩的模型试验方法是目前亟待解决的关键问题。

文献1(河南大学硕士论文《黄泛区改性劲芯搅拌桩模型试验与分析》，黄晓亮，2013年6月)提到了一种室内模拟水泥土搅拌桩的试验装置及方法。该装置搅拌机的主体由水钻和水钻加长杆组成，由于水钻转速太快不易控制，故在其上加装了一个调速开关，从而控制其转速。在水钻加长杆末端钻上出浆孔，方便浆液从周围流出。钻头由钢筋焊接而成，钻头下端所焊接钢筋头可以起到定位作用，钻头用螺母与钻杆进行连接。供浆装置由简易洗车器代替，用橡胶导管将供浆装置和搅拌机主体钻杆进行连接。试验方法如下：先人工搅拌好水泥浆，将其装入供浆装置中，水泥浆经过供浆装置加压，通过导管进入空心钻杆，在钻杆端部由钻杆上预留的出浆口喷入待搅拌的土体中，从而形成室内水泥土搅拌桩的水泥土桩身。

可以看出已有的室内水泥土搅拌桩试验装置简陋，没有智能控制系统，喷口是直接开孔的，搅拌刀片是钢柱的切割效率不高，现有装置的注浆泵没有搅拌装置这也是成桩不均匀的一个重要原因。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有室内水泥土搅拌桩试验装置在使用过程中所存在的诸多问题而提供的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置。

本实用新型提供的室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置包括有钻杆、支架、钻头、第一驱动电机、第二驱动电机、注浆系统、控制系统和试验箱，其中钻杆通过支架设在试验箱的上端，钻杆为中空的，钻头装配在钻杆的下端，第一驱动电机和第二驱动电机分别设在钻杆的上部和下部，第一驱动电机驱使钻杆进行升降，第二驱动电机驱使钻杆进行转动，注浆系统通过注浆管与钻杆的内腔相连通，钻头上部的钻杆上设有喷浆口，注浆系统内喷射的浆液通过注浆管和钻杆下部的内腔从喷浆口喷出，控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机和注浆系统相连接，控制系统控制第一驱动电机、第二驱动电机和注浆系统的工作。

喷浆口与钻头之间的钻杆上装配有切割刀片，喷浆口上部的钻杆上对称装配有两组搅拌叶片，每组搅拌叶片均由三个叶片组成，边缘叶片的长度大于内侧两个叶片的长度。

喷浆口在钻杆的左右设有两个，左边的喷浆口通过第一支管与钻杆的内腔相连通，右边的喷浆口通过第二支管与钻杆的内腔相连通，第一支管的长度大于第二支管的长度，喷浆口的顶端罩设有滤网，喷浆口的喷口处设有滚珠，滚珠的下端连接有弹簧，弹簧的后端连接在固定柱上。

第一驱动电机和第二驱动电机为伺服电机。

注浆系统包括有注浆压力室、注浆泵和注浆机箱，其中注浆压力室设在注浆机箱上端，注浆压力室用于制备和储存水泥浆液，注浆压力室的下部设有搅拌机构，注浆泵设在注浆机箱的上部与注浆压力室相连接，注浆压力室通过注浆管与钻杆的内腔相连通，注浆机箱上还装配有控制面板。

控制系统装配在注浆系统的注浆机箱内，包括有压力传感器和位移传感器，压力传感器用于控制注浆系统的注浆压力和注浆速度，位移传感器用于控制钻杆的升降速度和转动速度，控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机和注浆泵相连，控制系统控制第一驱动电机、第二驱动电机和注浆泵的工作，控制系统与注浆机箱上的控制面板相连接，通过控制面板指令控制系统的工作。

支架与试验箱之间设置有导向架。

本实用新型的工作原理：

通过设定控制系统中位移传感器的参数控制第一驱动电机和第二驱动电机，从而控制钻杆的升降速度以及转速，进而控制钻杆上搅拌叶片的搅拌速度和切割刀片的切割速度。钻杆的升降速度设定为10mm/min-100mm/min；搅拌叶片的搅拌速度设定为10转/分-50转/分；切割刀片的切割速度设定为10转/分-50转/分。

钻头下沉至设定深度后，开启注浆系统，使两个外伸式喷浆口进行喷浆，同时钻杆向上提升，得到水泥土搅拌桩。通过设定压力传感器的参数，控制注浆泵向两个喷浆口的注浆压力和注浆速度，通过设定位移传感器控制钻杆的提升速度和转速。注浆压力设定为350KPa-450KPa；注浆速度设定为20mL/min-700mL/min。

浆液包括水泥、水和早强剂，水泥、水和早强剂的质量比为1:1:0.02。

注浆时钻杆下部的两个喷浆口同时进行喷浆，钻杆旋转提升到试验箱顶面后，重复进行2次-3次上述钻杆旋转下沉，两个喷浆口进行喷浆，钻杆旋转提升到试验箱顶面的操作，即可制备得到室内水泥土搅拌桩。

第一驱动电机、第二驱动电机、控制系统中的压力传感器和位移传感器以及注浆系统中的注浆压力室、注浆泵和注浆机箱均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的装置在钻杆的下部装配两个具有外伸式喷浆口，这种外伸式喷浆口能够使形成的室内水泥土搅拌桩具有良好的成桩均匀性，成桩质量好、均匀性高、经济性好、并且能够智能化控制。彻底解决了现有试验装置简陋，没有智能控制系统，喷口是直接开孔的，搅拌刀片是钢柱的切割效率不高的诸多问题。

附图说明

图1为本实用新型所述装置整体结构示意图。

图2为本实用新型所述钻杆的下部结构示意图。

图3为本实用新型所述钻杆下部喷浆口结构示意图。

1、钻杆 2、支架 3、钻头 4、第一驱动电机 5、第二驱动电机

6、注浆系统 7、控制系统 8、试验箱 9、注浆管 10、喷浆口

11、切割刀片 12、搅拌叶片 13、第一支管 14、第二支管

15、滤网 16、滚珠 17、弹簧 18、固定柱 20、注浆压力室

21、注浆泵 22、注浆机箱 23、搅拌机构 24、控制面板

25、导向架。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示：

本实用新型提供的室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置包括有钻杆1、支架2、钻头3、第一驱动电机4、第二驱动电机5、注浆系统6、控制系统7和试验箱8，其中钻杆1通过支架2设在试验箱8的上端，钻杆1为中空的，钻头3装配在钻杆1的下端，第一驱动电机4和第二驱动电机5分别设在钻杆1的上部和下部，第一驱动电机4驱使钻杆1进行升降，第二驱动电机5驱使钻杆1进行转动，注浆系统6通过注浆管9与钻杆1的内腔相连通，钻头3上部的钻杆1上设有喷浆口10，注浆系统6内喷射的浆液通过注浆管9和钻杆1下部的内腔从喷浆口10喷出，控制系统7与第一驱动电机4、第二驱动电机5和注浆系统6相连接，控制系统7控制第一驱动电机4、第二驱动电机5和注浆系统6的工作。

喷浆口10与钻头3之间的钻杆1上装配有切割刀片11，喷浆口10上部的钻杆1上对称装配有两组搅拌叶片12，每组搅拌叶片12均由三个叶片组成，边缘叶片的长度大于内侧两个叶片的长度。

喷浆口10在钻杆1的左右设有两个，左边的喷浆口10通过第一支管13与钻杆1的内腔相连通，右边的喷浆口10通过第二支管14与钻杆1的内腔相连通，第一支管13的长度大于第二支管14的长度，喷浆口10的顶端罩设有滤网15，喷浆口10的喷口处设有滚珠16，滚珠16的下端连接有弹簧17，弹簧17的后端连接在固定柱18上。

第一驱动电机4和第二驱动电机5为伺服电机。

注浆系统6包括有注浆压力室20、注浆泵21和注浆机箱22，其中注浆压力室20设在注浆机箱22上端，注浆压力室20用于制备和储存水泥浆液，注浆压力室20的下部设有搅拌机构23，注浆泵21设在注浆机箱22的上部与注浆压力室20相连接，注浆压力室20通过注浆管9与钻杆1的内腔相连通，注浆机箱22上还装配有控制面板24。

控制系统7装配在注浆系统6的注浆机箱22内，包括有压力传感器和位移传感器，压力传感器用于控制注浆系统6的注浆压力和注浆速度，位移传感器用于控制钻杆1的升降速度和转动速度，控制系统7与第一驱动电机4、第二驱动电机5和注浆泵21相连，控制系统7控制第一驱动电机4、第二驱动电机5和注浆泵21的工作，控制系统7与注浆机箱22上的控制面板24相连接，通过控制面板24指令控制系统7的工作。

支架2与试验箱8之间设置有导向架25。

本实用新型的工作原理：

通过设定控制系统7中位移传感器的参数控制第一驱动电机4和第二驱动电机5，从而控制钻杆1的升降速度以及转速，进而控制钻杆1上搅拌叶片12的搅拌速度和切割刀片11的切割速度。钻杆1的升降速度设定为10mm/min-100mm/min；搅拌叶片12的搅拌速度设定为10转/分-50转/分；切割刀片11的切割速度设定为10转/分-50转/分。

钻头3下沉至设定深度后，开启注浆系统6，使两个外伸式喷浆口10进行喷浆，同时钻杆1向上提升，得到水泥土搅拌桩。通过设定压力传感器的参数，控制注浆泵21向两个喷浆口10的注浆压力和注浆速度，通过设定位移传感器控制钻杆1的提升速度和转速。注浆压力设定为350KPa-450KPa；注浆速度设定为20mL/min-700mL/min。

浆液包括水泥、水和早强剂，水泥、水和早强剂的质量比为1:1:0.02。

注浆时钻杆1下部的两个喷浆口10同时进行喷浆，钻杆1旋转提升到试验箱8顶面后，重复进行2次-3次上述钻杆1旋转下沉，两个喷浆口10进行喷浆，钻杆1旋转提升到试验箱8顶面的操作，即可制备得到室内水泥土搅拌桩。

第一驱动电机4、第二驱动电机5、控制系统7中的压力传感器和位移传感器以及注浆系统6中的注浆压力室20、注浆泵21和注浆机箱22均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

Claims (7)

1.一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：包括有钻杆、支架、钻头、第一驱动电机、第二驱动电机、注浆系统、控制系统和试验箱，其中钻杆通过支架设在试验箱的上端，钻杆为中空的，钻头装配在钻杆的下端，第一驱动电机和第二驱动电机分别设在钻杆的上部和下部，第一驱动电机驱使钻杆进行升降，第二驱动电机驱使钻杆进行转动，注浆系统通过注浆管与钻杆的内腔相连通，钻头上部的钻杆上设有喷浆口，注浆系统内喷射的浆液通过注浆管和钻杆下部的内腔从喷浆口喷出，控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机和注浆系统相连接，控制系统控制第一驱动电机、第二驱动电机和注浆系统的工作。

2.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的喷浆口与钻头之间的钻杆上装配有切割刀片，喷浆口上部的钻杆上对称装配有两组搅拌叶片，每组搅拌叶片均由三个叶片组成，边缘叶片的长度大于内侧两个叶片的长度。

3.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的喷浆口在钻杆的左右设有两个，左边的喷浆口通过第一支管与钻杆的内腔相连通，右边的喷浆口通过第二支管与钻杆的内腔相连通，第一支管的长度大于第二支管的长度，喷浆口的顶端罩设有滤网，喷浆口的喷口处设有滚珠，滚珠的下端连接有弹簧，弹簧的后端连接在固定柱上。

4.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的第一驱动电机和第二驱动电机为伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的注浆系统包括有注浆压力室、注浆泵和注浆机箱，其中注浆压力室设在注浆机箱上端，注浆压力室用于制备和储存水泥浆液，注浆压力室的下部设有搅拌机构，注浆泵设在注浆机箱的上部与注浆压力室相连接，注浆压力室通过注浆管与钻杆的内腔相连通，注浆机箱上还装配有控制面板。

6.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的控制系统装配在注浆系统的注浆机箱内，包括有压力传感器和位移传感器，压力传感器用于控制注浆系统的注浆压力和注浆速度，位移传感器用于控制钻杆的升降速度和转动速度，控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机和注浆泵相连，控制系统控制第一驱动电机、第二驱动电机和注浆泵的工作，控制系统与注浆机箱上的控制面板相连接，通过控制面板指令控制系统的工作。

7.根据权利要求1所述的一种室内全自动模拟水泥土搅拌桩的试验装置，其特征在于：所述的支架与试验箱之间设置有导向架。