CN219294355U - 一种原位固化搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种原位固化搅拌装置，固化剂输料管另一端与混料管连接；混料管具有两个连接端，两个连接端之间的管道外壁向外沿伸出一个速凝剂输料端，速凝剂输料管的一端与混料管的速凝剂输料端连接，固化剂和速凝剂依次经过各自的输料管进入混料管和内管，之后通过伞状喷头被旋转喷射入待固化区域的淤泥土中。本实用新型通过两个输料管道分别输送固化剂和速凝剂，并设计了混料管和旋转内管，使流速不同的固化剂和速凝剂在同一时刻进入混料管内发生碰撞、汇合，再进入内管中旋转混合，有效防止混合浆料在输料管道中提前凝固堵塞管道。

Description

一种原位固化搅拌装置

技术领域

本实用新型属于固化软土地基设备技术领域，特别涉及一种原位固化搅拌装置。

背景技术

就地固化技术是一种利用固化剂(水泥、石灰、粉煤灰、工业废料等)与土体内部颗粒发生的物理、化学反应，就地对软土进行固化，快速形成硬壳层，使其强度满足一定要求，达到地基处理目的的方法。但对于大面积、高含水率的软土固化工程，传统的就地固化技术的固化强度增长较慢，无法快速达到承载相关设施的强度，不能满足快速固化推进的需求，显著延长了施工周期。

本申请人经过多次实验研究得到将固化剂与速凝剂混合掺入软土中，能明显加快固化强度增长，申请人先将固化剂和速凝剂混合好后，通过现有搅拌装置中的固化剂输料管(如申请号为202220041062.7专利中搅拌装置和固化剂输料管)使提前混合好的混合浆料喷出，但发现混合浆料会在固化剂输料管中凝固，堵塞管道，使出料量达不到预期设定量甚至损坏设备，所以需要对搅拌装置进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能分别运输固化剂和速凝剂，并经过混合后喷入待固化软土中的搅拌装置。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种原位固化搅拌装置，包括左搅拌鼓、右搅拌鼓和搅拌臂，左、右搅拌鼓设置在搅拌臂前端，且相对搅拌臂对称设置；所述搅拌装置的搅拌臂外侧连接有固化剂输料管，固化剂输料管一端与装有固化剂的料筒连通，固化剂输料管另一端与混料管连接；

混料管具有两个连接端，一端与固化剂输料管连接，为固化剂输料端，另一端通过连接件与套筒的内管转动连接，内管另一端与伞状喷头连接；两个连接端之间的管道外壁向外沿伸出一个用于连接速凝剂输料管的连接端，为速凝剂输料端，速凝剂输料管的一端与混料管的速凝剂输料端连接，速凝剂输料管的另一端与装有速凝剂的料筒连通；

固化剂和速凝剂依次经过各自的输料管进入混料管和内管，后通过伞状喷头被旋转喷射入待固化区域的淤泥土中。

申请人通过实验室和施工场地研究实验得到，在固化剂和速凝剂的共同作用下，可以在短时间内达到支撑施工机械作业的强度和流动性要求，明显缩短施工周期。

本实用新型使固化剂和速凝剂分别通过两个输送管输送，由于固化剂和速凝剂输料管的流速不同，同一时刻进入混料管的固化剂和速凝剂在交汇处发生碰撞，开始混合，并在混料管内壁阻隔器的阻挡作用下发生多次碰撞，管内液体变为紊流状态，不会凝固且混合均匀。输料管道的流速和直径等参数都能根据所需固化剂和速凝剂掺量做进一步设计。

进一步地，增大固化剂和速凝剂在混料管和内管内混合动力，混料管和内管内壁都设置有若干个圆锥结构的阻隔器，阻隔器上还设置有螺旋状的凸起。

进一步地，套筒的结构包括外管和内管，内管圆周外侧壁上套设有轴承，轴承的内圈与内管外壁相对固定连接，轴承的外圈与外管的内壁之间相对固定连接，通过轴承使外管套设在内管外，外管内壁上固连有电机，电机的输出轴上固连有主动齿轮，与主动齿轮相应的内管圆周外侧壁上固连有从动齿轮，电机带动主动齿轮驱动从动齿轮转动，使内管相对外管转动。

混合浆料在混料管内初步混合后进入内管中边旋转边混合，使二者在被喷出喷头前混合更均匀。

具体地，混料管的套筒连接端通过连接件与套筒的内管连通，连接件内部具有与混料管、内管贯通、供固化剂和速凝剂混合浆料流通的通孔，连接件圆周外侧壁具有一个台阶，形成两个连接端，其中第一个连接端用于连接混料管，第二个连接端用于连接套筒的外管；内管用于和连接件连接的端面套设有环形连接件，相应地连接件上开设有用于安装环形连接件的安装槽；外管用于和连接件连接的一端具有连接端，连接端下边缘与环形连接件外周连接。

通过连接件和环形连接件将混料管和外管固连成整体，内管在电机驱动下在环形连接件内转动，内管与环形连接件之间的摩擦力应很小，不会影响在电机、齿轮驱动下的转动。

优选地，环形连接件与内管之间设置有与环形连接件形状相同的动密封垫圈，可以减少内管转动时与环形连接件之间的摩擦，也能起到密封作用，防止混合浆料从环形连接件和内管之间的缝隙中渗出。

优选地，为了不影响混合浆料在管道内的流动性，连接件内部的通孔与混料管、内管的内径相等。

优选地，混料管的套筒连接端和固化剂输料端的圆周外侧壁上固连有法兰盘，固化剂输料端与固化剂输料管通过法兰盘固定连接在一起；套筒连接端的法兰盘连接在连接件圆周外侧壁的第一个连接端。法兰盘的连接方式，更方便操作。

优选地，外管连接端下边缘与环形连接件外周之间设置有密封圈，防止泥浆、灰尘进入内外管之间，保护内部齿轮、电机。

优选地，还包括螺旋钻头，螺旋钻头设置于两个搅拌鼓之间且位于搅拌臂的沿长线上，螺旋钻头可以用于帮助搅拌鼓破除坚硬土体。

进一步地，左右搅拌鼓之间的夹角设置为120°～135°，钻头工作时不会与左右搅拌鼓的搅拌齿碰撞。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过两个输料管道分别输送固化剂和速凝剂，并设计了混料管和旋转内管，使流速不同的固化剂和速凝剂在同一时刻进入混料管内发生碰撞、汇合，再进入内管中旋转混合，有效防止混合浆料在输料管道中提前凝固堵塞管道。

附图说明

图1显示了所述搅拌装置的俯视结构；

图2显示了图1所示搅拌装置的侧视结构；

图3显示了混合管和套筒内管的内部结构；

图4显示了混合管和套筒的连接结构；

图5显示了驱动套筒内管旋转的结构；

图中：1-搅拌臂；2-左搅拌鼓；3-右搅拌鼓；4-外排刀；5-内排刀；6-钻头；7-固化剂输料管；8-法兰盘；9-混料管；10-固化剂输料端；11-套筒连接端；12-速凝剂输料管；13-速凝剂输料端；14-外管；15-内管；16-电机；17-主动齿轮；18-从动齿轮；19-连接件；20-第一个连接端；21-第二个连接端；23-环形连接件；24-安装槽；25-动密封垫圈；26-外管连接端；27-阻隔器；28-伞状喷头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型技术方案进一步描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1、2所示，本实用新型所述原位固化搅拌装置的结构包括搅拌臂1，搅拌臂的前端连接有左搅拌鼓2和右搅拌鼓3，两个搅拌鼓的圆周外侧壁上固定连接有外排刀4，两个搅拌鼓的前端外侧壁上固定连接有内排刀5，两个搅拌鼓之间、位于搅拌臂的沿长线上转动设置有螺旋钻头6，左、右搅拌鼓由搅拌臂内部液压系统和液压马达驱动转动属于现有技术，如专利号ZL 202022162557.9、发明名称为淤泥原位搅拌机的方案中记载的，螺旋钻头的连接结构和转动原理与专利号为：ZL2022200410627，实用新型名称为一种带有钻头的地基固化搅拌头相同，在此不再赘述。

搅拌臂外侧连接有固化剂输料管7，固化剂输料管7一端与固化剂料筒连通，另一端通过法兰盘8连接至混料管9的固化剂接口端，混料管具有两个连接端，一端与固化剂输料管连接，命名为固化剂输料端10，另一端通过连接件19与套筒的内管15连通，命名为套筒连接端11，且两个连接端之间的管壁上向外沿伸出一个用于连接速凝剂输料管12的连接端，命名为速凝剂输料端13，速凝剂输料管12通过法兰盘4与速凝剂输料端13连接。

如图3、4，套筒的结构包括外管14和内管15，内管圆周外侧壁上套设有轴承，轴承的内圈与内管外壁相对固定连接，轴承的外圈与外管的内壁之间相对固定连接，通过轴承使外管套设在内管外，外管内壁上固连有电机16，电机的输出轴上固连有主动齿轮17，与主动齿轮相应的内管圆周外侧壁上固连有从动齿轮18，电机带动主动齿轮驱动从动齿轮转动，使内管相对外管转动。

混料管的套筒连接端11和固化剂输料端10的圆周外侧壁上固连有法兰盘，混料管的套筒连接端11通过连接件19与套筒的内管15连通，具体连接结构为：连接件19内部具有与混料管、内管贯通、供固化剂和速凝剂混合浆料流通的通孔，连接件圆周外侧壁具有一个台阶，形成两个连接端，其中第一个连接端20用于通过螺栓或螺钉22连接混料管的法兰盘，第二个连接端21用于通过螺栓或螺钉22连接套筒的外管14。内管用于和连接件连接的端面套设有环形连接件23，相应地连接件19上开设有用于安装环形连接件的安装槽24，环形连接件与内管之间设置有与环形连接件形状相同的动密封垫圈25，可以减少内管转动时与环形连接件之间的摩擦，也能起到密封作用，防止混合浆料从环形连接件和内管之间的缝隙中渗出。内管的出料端连接有伞状喷头28。外管用于和连接件连接的一端具有连接端26，连接端下边缘与环形连接件外周连接。

混料管内壁与套筒内管内壁上均设置有若干个圆锥结构的阻隔器27，阻隔器上还设置有螺旋状的凸起。

实施例2

在使用该设备时，先通过搅拌臂将搅拌装置安装在挖掘机上，并将固化剂和速凝剂分别倒入不同料桶，然后将固化剂输料管与固化剂料桶连接，速凝剂输料管与速凝剂料桶连接，搅拌设备就位后，开启注浆压力泵，固化剂和速凝剂分别通过各自的输料管道到达混料管，由于固化剂和速凝剂输料管的流速不同，同一时刻进入混料的固化剂和速凝剂在交汇处发生碰撞，开始混合，并进入混料管内，在阻隔器的阻挡作用下发生多次碰撞，管内液体变为紊流状态，同时随着内管的旋转，内管内液体流动状态更加不稳定，不断碰撞混合，内管的旋转速度宜控制在10～20r/min。固化剂和速凝剂在经过混料管及内管充分混合后，混合浆料从伞状喷嘴雾状喷射而出，喷浆压力设为不大于1.0MPa。通过挖掘机上的液压系统对搅拌鼓和螺旋钻头进行驱动，旋转速度宜控制在15～25r/min，然后通过挖掘机带动搅拌鼓和钻头向土壤内部移动，搅拌下沉速度宜控制在0.6～0.8m/min，搅拌装置带动外排刀与内排刀旋转切割土体，使土体结构更加松散。与此同时在螺旋钻头的作用下，破除坚硬土体并向两边挤压，从而使混合浆料和土壤进行充分的混合。伞状喷嘴喷浆30s后，搅拌臂匀速提升，提升速度宜控制在1.0m/min以内，提升搅拌过程中同时喷浆，提至设计高程以上0.5m；重复搅拌下沉、提升至设计深度，直至固化剂和速凝剂注入量达到设计需求量，停止喷浆后提升至地面，施工完毕。

实施例3

本申请人还在无锡市马山镇固化施工现场按上述方法进行了实验，将待固化区域划分为长为6m，宽为4m，处理深度为3m的4个区块，4个区块的大小相同、处理深度也相同，4个处理区块的淤泥土密度都为2t/m³，按照经验处理区块的淤泥土工程量为：6×4×3×2＝14.4t。

每个区块中固化用速凝剂成分均相同，但掺量不同，通过对比得到不同掺量的速凝剂，对固化强度的影响。速凝剂各组分质量百分比为：十八水合硫酸铝48.6％、活性氢氧化铝7.9％、二乙醇单异丙醇胺3％、三乙醇胺0.8％、有机酸2％、水37.7％。每个区块中固化用固化剂组分为P42.5水泥50％，水50％，水灰比为1：1。

采用标准贯入实验分别测试不同处理区块固化2、4、6h后的强度，每次在区块中选取三个点进行测试，再取平均值，最后根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ 7-89)换算成极限承载力值。

标准贯入实验注意事项：钻孔径76-150mm；检验数量，每单位工程不应少于3点，1000m2以上工程，每100m2应至少有1点，3000m2以上工程，每300m2应至少有1点。每一独立基础下至少应有1点，基槽每20m应有1点。对于复合地基，检测数量为总数的0.5-1.0％，但不应少于3处。

本实施例中选择其中一个前述区块，在该区块中固化剂的用量设置为处理区域淤泥土工程量的5％，速凝剂的用量为固化剂用量的5％，固化剂、速凝剂的具体用量以及机器设置的具体参数为：360kg速凝剂溶液以12kg/min的速率泵出、7200kg固化剂溶液以240kg/min泵出，泵出时间为30min，伞状喷雾的喷出压力为0.8MPa，搅拌头和螺旋钻头转速均为20r/min，套筒的旋转速度为15r/min，搅拌下沉与提升的速度均为0.6m/min。

实施例4

从剩下3个区块中选择一个前述区块，在该区块中固化剂的用量设置为处理区域淤泥土工程量的5％，速凝剂的用量为固化剂用量的10％，固化剂、速凝剂的具体用量以及机器设置的具体参数为：720g速凝剂溶液以24kg/min的速率泵出、7200kg固化剂溶液以240kg/min泵出，泵出时间为30min，伞状喷雾的喷出压力为0.8MPa，搅拌头和螺旋钻头转速均为20r/min，套筒的旋转速度为15r/min，搅拌下沉与提升的速度均为0.6m/min。

实施例5

从剩下2个区块中选择一个前述区块，在该区块中固化剂的用量设置为处理区域淤泥土工程量的5％，速凝剂的用量为固化剂用量的15％，固化剂、速凝剂的具体用量以及机器设置的具体参数为：1.08t速凝剂溶液以36kg/min的速率泵出、7200kg固化剂溶液以240kg/min泵出，泵出时间为30min，伞状喷雾的喷出压力为0.8MPa，搅拌头和螺旋钻头转速均为20r/min，套筒的旋转速度为15r/min，搅拌下沉与提升的速度均为0.6m/min。

对比例1

本对比例从剩下的一个区块中实验，实验步骤与前述实施例3-5一致，固化剂的用量设置为处理区域淤泥土工程量的5％，速凝剂的用量为0，固化剂具体用量以及机器设置的具体参数为：7200kg固化剂溶液以240kg/min泵出，泵出时间为30min，伞状喷雾的喷出压力为0.8MPa，搅拌头和螺旋钻头转速均为20r/min，套筒的旋转速度为15r/min，搅拌下沉与提升的速度均为0.6m/min。

固化剂组分为P42.5水泥50％，水50％，水灰比为1：1。

采用标准贯入实验分别测试实施例3、4、5、对比例1的固化区块固化2、4、6h后的强度，标准贯入实验原始数据如表1、2、3所示。

表1固化2h标准贯入实验原始数据(单位：次)

表2固化4h标准贯入实验原始数据(单位：次)

表3固化6h标准贯入实验原始数据(单位：次)

每次在固化区块中选取三个点测试，再取平均值，最后根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ 7-89)换算成极限承载力值，如表4所示。

表4处理后极限承载力对比表(单位：kPa)

本实验原土地表承载力几乎为零，人员、机械无法站立，所以需要先固化，等固化土具有一定的强度再进入挖掘机进行施工。对比例1未添加速凝剂，采用传统就地固化工艺，强度增长速度慢，需等4小时后方可进行后续施工；实施例3加入5％速凝剂之后，虽然2小时强度提升，但还是需等4小时后才可进行后续施工，效果不明显；实施例4加入10％速凝剂之后，施工后2小时即可满足固化设备承载力的强度，6小时后极限承载力大于170kPa，可满足大型施工设备的承载力需求；实施例5加入15％速凝剂之后，施工后2小时即可满足固化设备承载力的强度，4小时后极限承载力大于170kPa，可满足大型施工设备的承载力需求，大大地缩短了工期，即快速固化效果显著。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

最后所应说明的是，以上本实用新型实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种原位固化搅拌装置，包括左搅拌鼓、右搅拌鼓和搅拌臂，左、右搅拌鼓设置在搅拌臂前端，且相对搅拌臂对称设置；所述搅拌装置的搅拌臂外侧连接有固化剂输料管，固化剂输料管一端与装有固化剂的料筒连通，其特征在于：固化剂输料管另一端与混料管连接；

混料管具有两个连接端，一端与固化剂输料管连接，为固化剂输料端，另一端通过连接件与套筒的内管转动连接，内管另一端与伞状喷头连接；两个连接端之间的管道外壁向外沿伸出一个用于连接速凝剂输料管的连接端，为速凝剂输料端，速凝剂输料管的一端与混料管的速凝剂输料端连接，速凝剂输料管的另一端与装有速凝剂的料筒连通；

固化剂和速凝剂依次经过各自的输料管进入混料管和内管，后通过伞状喷头被旋转喷射入待固化区域的淤泥土中。

2.根据权利要求1所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：混料管和内管内壁都设置有若干个圆锥结构的阻隔器，阻隔器上还设置有螺旋状的凸起。

3.根据权利要求1所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：套筒的结构包括外管和内管，内管圆周外侧壁上套设有轴承，轴承的内圈与内管外壁相对固定连接，轴承的外圈与外管的内壁之间相对固定连接，通过轴承使外管套设在内管外，外管内壁上固连有电机，电机的输出轴上固连有主动齿轮，与主动齿轮相应的内管圆周外侧壁上固连有从动齿轮，电机带动主动齿轮驱动从动齿轮转动，使内管相对外管转动。

4.根据权利要求1所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：混料管的套筒连接端通过连接件与套筒的内管连通，连接件内部具有与混料管、内管贯通、供固化剂和速凝剂混合浆料流通的通孔，连接件圆周外侧壁具有一个台阶，形成两个连接端，其中第一个连接端用于连接混料管，第二个连接端用于连接套筒的外管；内管用于和连接件连接的端面套设有环形连接件，相应地连接件上开设有用于安装环形连接件的安装槽；外管用于和连接件连接的一端具有连接端，连接端下边缘与环形连接件外周连接。

5.根据权利要求4所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：连接件内部的通孔与混料管、内管的内径相等。

6.根据权利要求5所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：混料管的套筒连接端和固化剂输料端的圆周外侧壁上固连有法兰盘，固化剂输料端与固化剂输料管通过法兰盘固定连接在一起；套筒连接端的法兰盘连接在连接件圆周外侧壁的第一个连接端。

7.根据权利要求4所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：环形连接件与内管之间设置有与环形连接件形状相同的动密封垫圈。

8.根据权利要求4所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：外管连接端下边缘与环形连接件外周之间设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：还包括螺旋钻头，螺旋钻头设置于两个搅拌鼓之间且位于搅拌臂的沿长线上。

10.根据权利要求9所述的一种原位固化搅拌装置，其特征在于：左右搅拌鼓之间的夹角设置为120°～135°。

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