CN220080021U - 一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，包括双向搅拌桩机、制浆系统和高压气源，采用气动脉冲方式输送水泥浆，在输浆管路里交替形成一段水泥浆、一段高压空气，可以提高水泥浆压力，减少沿程压力损失；当水泥浆从喷浆口喷出时，在后面高压空气作用下，起到雾化效果，使得水泥浆在土体里分布均匀；在高压空气作用下，将钻头上附着物冲开，解决“抱钻”现象；增加水泥土搅拌均匀性，水泥土在高压空气及钻头共同作用下，水泥土的均匀性大幅度提高；在水泥土里增加了空气，改变水泥土养护环境，提高水泥土强度。另外制浆采用机械搅拌和气动搅拌相结合的模式，储浆采用气动搅拌的模式，同时采用高压空气压浆的方式输送水泥浆，提高输浆计量的精度。

Description

一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置

技术领域

本实用新型涉及一种软土地基处理技术领域，特别是一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置。

背景技术

我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题。处理软土地基的各种方法中应用最多的方法是选用复合地基，在复合地基的加固方法中，特别是在交通工程中的软土地基处理中，经常选用的是采用水泥土搅拌桩技术来加固地基。工程实践表明，水泥土搅拌桩法具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。水泥土搅拌桩现已发展成一种常用的软土地基处理方法，根据土质含水量的不同，选择的加固料不同。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩。这种水泥土搅拌桩与桩周土一起组成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基沉降。

通过大量工程实践发现，在土层含水量、含盐量、黏粒含量较高软土地区采用水泥土搅拌浆喷桩施工时，存在成桩强度不够、抱钻现象，达不到设计要求，严重影响水泥土浆喷桩技术使用范围，目前水泥土浆喷桩施工时，水泥浆的输送都是采用泵送，维修量大，施工成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种提高施工质量、增加水泥土搅拌均匀性的智能化脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置。

本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，

包括双向搅拌桩机、制浆系统和高压气源，其特点是：

制浆系统包括储灰罐、制浆罐和储浆罐，制浆罐上连接有输料管和输水管，输料管与储灰罐相接，输料管上装有输料隔膜泵，输水管与水源相接，输水管上装有输水隔膜泵；制浆罐和储浆罐之间通过放浆管连接相通，

在制浆罐内设有机械式搅拌装置，在制浆罐和储浆罐的底部设有气动式搅拌机构，气动式搅拌机构通过高压气管与高压气源相接，在制浆罐和储浆罐的顶部均设有加压接气管，加压接气管通过高压气管与高压气源相接，送浆采用气动加压模式输送；

在双向搅拌桩机的输浆管的进口处设置有气动脉冲送浆系统，

所述气动脉冲送浆系统包括送浆管和送气管，送浆管和送气管通过三通与双向搅拌桩机输浆管的进口连接相通，送浆管上装有送浆气动阀，送气管上均装有吹气气动阀，送浆管与制浆罐连接相通，在送浆管上装有流量计量装置，送气管通过高压气管与高压气源相接。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，放浆管上装有排渣过滤器，排渣过滤器包括壳体，壳体内装有滤芯，壳体上设有与滤芯进口相通的进管，壳体底部设有过滤浆出口，进管通过三通分别连接放浆管的进浆段和排渣管，过滤浆出口通过三通分别连接放浆管的出浆段和反冲气管，反冲气管通过高压气管与高压气源相接，反冲气管上装有反冲排渣气动阀。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述气动式搅拌机构设有鼓气管，鼓气管上装有气动搅拌阀，鼓气管通过高压气管与高压气源相接。

本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述机械式搅拌装置为双向搅拌装置，包括套装在一起内杆和外杆，内杆底部伸出外杆并在其端部装有下搅拌头，下搅拌头设有向上的搅拌齿，外杆的底部设有上搅拌头，上搅拌头设有向下的搅拌齿，下搅拌头的上搅拌头的搅拌齿交错设置；

在制浆罐的顶部设有双向搅拌装置的驱动电机，驱动电机的输出轴与内杆直连，所述输出轴通过锥齿传动机构与外杆传动连接。

本实用新型与现有技术相比，采用气动脉冲方式输送水泥浆，在输浆管路里交替形成一段水泥浆、一段高压空气，可以提高水泥浆压力，减少沿程压力损失；当水泥浆从喷浆口喷出时，在后面高压空气作用下，起到雾化效果，使得水泥浆在土体里分布均匀；在高压空气作用下，将钻头上附着物冲开，解决“抱钻”现象；增加水泥土搅拌均匀性，水泥土在高压空气及钻头共同作用下，水泥土的均匀性大幅度提高；在水泥土里增加了空气，改变水泥土养护环境，提高水泥土强度。另外制浆采用机械搅拌和气动搅拌相结合的模式，储浆采用气动搅拌的模式，同时采用高压空气压浆的方式输送水泥浆，提高输浆计量的精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为排渣过滤器的结构放大图；

图3为双向搅拌装置的结构放大图。

具体实施方式

以下进一步描述本实用新型的具体技术方案，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，包括双向搅拌桩机、制浆系统和高压气源16，

制浆系统包括储灰罐2、制浆罐4和储浆罐3，制浆罐上连接有输料管5和输水管6，输料管与储灰罐相接，输料管上装有输料隔膜泵7，输水管与水源相接，输水管上装有输水隔膜泵8；制浆罐和储浆罐之间通过放浆管连接相通，

在制浆罐内设有机械式搅拌装置9，在制浆罐和储浆罐的底部设有气动式搅拌机构14，气动式搅拌机构通过高压气管与高压气源相接，在制浆罐和储浆罐的顶部均设有加压接气管10，加压接气管通过高压气管与高压气源相接，送浆采用气动加压模式输送；

在双向搅拌桩机的输浆管的进口处设置有气动脉冲送浆系统，

所述气动脉冲送浆系统包括送浆管和送气管，送浆管和送气管通过三通与双向搅拌桩机输浆管1的进口连接相通，送浆管上装有送浆气动阀12，送气管上均装有吹气气动阀11，送浆管与制浆罐连接相通，在送浆管上装有流量计量装置13，送气管通过高压气管与高压气源相接。

放浆管上装有排渣过滤器15，排渣过滤器包括壳体，壳体内装有滤芯21，壳体上设有与滤芯进口相通的进管19，壳体底部设有过滤浆出口，进管通过三通分别连接放浆管的进浆段17和排渣管18，过滤浆出口通过三通分别连接放浆管的出浆段20和反冲气管22，反冲气管通过高压气管与高压气源相接，反冲气管上装有反冲排渣气动阀。

所述气动式搅拌机构设有鼓气管，鼓气管上装有气动搅拌阀，鼓气管通过高压气管与高压气源相接。

所述机械式搅拌装置为双向搅拌装置，包括套装在一起内杆23和外杆24，内杆底部伸出外杆并在其端部装有下搅拌头25，下搅拌头设有向上的搅拌齿，外杆的底部设有上搅拌头26，上搅拌头设有向下的搅拌齿，下搅拌头的上搅拌头的搅拌齿交错设置；

在制浆罐的顶部设有双向搅拌装置的驱动电机，驱动电机的输出轴与内杆直连，所述输出轴通过锥齿传动机构27与外杆传动连接。

本实用新型主要是针对水泥土浆喷桩存在的问题，将气动模式、双向搅拌、智能化操作、远程监控及管理技术应用到水泥土浆喷桩施工中，使其施工质量大幅度提高，降低工程造价。

水泥土浆喷桩是按设计水泥用量，与水按一定比例制成水泥浆，制作水泥浆时，可按设计要求填入一定的外加剂（早强、减水、沙子等），用气动模式通过管路从搅拌桩机的钻头喷出，钻头边下钻边旋转，使水泥浆与待加固土搅拌在一起，形成一定直径和强度的水泥土搅拌桩；

气动式水泥土双向搅拌桩智能化操作由三部分组成：气动式智能化双向搅拌桩机、云处理器、监控及管理系统。

气动式智能化双向搅拌桩机

该设备由以下主机和后台两部分组成：

主机：由智能化控制柜、底盘、立架、传动系统、链轮、链条、上传动装置、进浆（气）装置、内钻杆、外钻杆、磨盘、双向搅拌钻头、输浆（气）管、垂直度传感器、电流传感器、深度传感器等组成；

后台：高压空气集成系统、储灰罐、输料隔膜泵、输水隔膜泵、制浆罐、储浆罐、排渣过滤器、旋转喷淋头、同轴双向搅拌机构、流量计、重量传感器及若干气动阀等组成。

工作原理如下：

点击智能化控制柜制浆开始键，空压机集成系统自动启动（所有气动阀均处于关闭状态），当压缩空气压力达到设定值时（空气经过空压机压缩，进入冷干机去水，再进入储气罐），自动启动输水隔膜泵，输水气动阀自动打开，将水输送到制浆罐中，通过安装在制浆罐上的制浆重量传感器对进入制浆罐中的水进行称重，当水的重量达到设定值时，输水隔膜泵及输水气动阀自动关闭；输料隔膜泵自动启动，输料气动阀自动打开，将储灰罐中的水泥输送到制浆罐中，安装在制浆罐上的制浆重量传感器对进入制浆罐中的水泥进行称重，当水泥重量达到设定值时，输料隔膜泵及输料气动阀自动关闭；如需要添加外掺剂时，输料隔膜泵及外掺剂气动阀自动打开，将外掺剂储料罐中外掺剂输送到制浆罐中，制浆罐上的制浆重量传感器对进入制浆罐中的外掺剂进行称重，当外掺剂重量达到设定值时，输料隔膜泵及外掺剂气动阀自动关闭；当输料气动隔膜泵自动启动时，制浆罐上的气动马达自动启动，对水和水泥（或有外掺剂）进行双向搅拌，当输料隔膜泵停止输送水泥或外掺剂添加完毕时，开始对搅拌时间进行计时，制浆罐底部的制浆气动阀自动打开，（此措施是为了保证制浆罐底部不沉淀及加速水泥浆的搅拌，水泥浆在气压作用下，有沸腾效果，但气压不宜过大，防止气体从水泥浆顶面喷出，造成制浆罐顶部管道的污染，当水泥浆液面在1m左右时，经过试验，气压控制在0.2-0.3Mpa为宜，此时可以看到液面有沸腾，但没有水泥浆冲出，只有气体溢出），制浆罐排气阀同时自动打开（使得制浆气动阀溢出的气体排出），当制浆罐里的水泥浆达到设定的搅拌时间后，制浆气动阀及制浆罐排气阀自动关闭；制浆罐上的制浆加压气动阀自动打开（经过试验，气压在0.2-0.3Mpa时，可以在1min左右将1000kg的水泥浆输送到储浆罐中，满足正常施工需要），放浆气动阀自动打开，制浆罐中的水泥浆在顶部气压及本身自重作用下，经过排渣过滤器，进入到储浆罐中，储浆罐上的储浆重量传感器对进入到储浆罐中的水泥浆进行称重，当进入储浆罐的水泥浆重量达到设定值时（水泥浆液面高度超过储浆气动阀20-30cm，通过水泥浆称重及储浆桶体积换算高度，设定水泥浆重量），储浆气动阀自动打开（喷气口应水平方向并沿着储浆罐侧壁，其作用是使储浆罐里的水泥浆能够旋转起来，防止水泥浆沉淀），当达到设定总重量时，放浆气动阀自动关闭；储浆罐上的送浆加压气动阀自动打开（气压在0.7-0.8Mpa）；完成制浆智能化操作。

点击智能化操作柜施工开始键（此时可以与制浆智能化操作联动），根据已输入控制程序的施工桩长(m)、喷灰量（kg/m）、下钻速度(m/min)、提升速度(m/min)、垂直度限定值（%），双向搅拌桩机的上传动装置自动启动，转动内钻杆，磨盘再自动启动，转动外钻杆，然后传动系统自动启动，通过链轮、链条，使内、外钻杆共同下钻，双向搅拌钻头入土，此时，送浆气动阀自动打开（送浆气动阀在喷浆过程中始终保持敞开状态），储浆罐中的水泥浆在气压作用下，经过流量计、输浆（气）管、输浆（气）装置、内钻杆，从双向搅拌钻头喷浆口喷出；在送浆过程中，吹气气动阀对输浆（气）管进行脉冲式注气（注气方向要与送浆方向尽量一致，降低送浆压力损耗），此动作与送浆气动阀相对应，当送浆气动阀敞开时，吹气气动阀关闭，当送浆气动阀关闭时，吹气气动阀敞开，在输浆（气）管中形成一股水泥浆、一股高压空气（其作用是对每一股水泥浆形成脉冲效应，提高水泥浆的压力，满足施工需要；经过试验，仅靠储浆罐中的压力，是不能满足喷浆口的压力，喷浆口压力仅为0.1-0.2Mpa，而经过脉冲效应，喷浆口压力可以达到0.65 Mpa，为了保证水泥浆流量及提高压力，送浆气动阀之间的管路直径较粗，输浆（气）管直径较细。

水泥用量应按设定值（kg/m），在下钻过程中一次性喷出（根据储浆重量传感器及流量计实时测出的重量及流量，自动换算出水泥浆比重，根据水泥浆比重及流量体积，并依据水灰比，自动换算成水泥重量）。

双向搅拌钻头的内、外钻杆的旋转方向要与搅拌叶片设置的倾斜方向一致，内钻杆顺时针旋转（正转），外钻杆逆时针旋转（反转），其构造如下：内、外钻杆上分别设置两层搅拌叶片（每层叶片之间的距离一般为30-40cm，每块叶片长度根据设计桩径而定，宽度一般在8-10cm，厚底一般在2-3cm），并分别呈十字交叉。

Claims (4)

1.一种脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，包括双向搅拌桩机、制浆系统和高压气源，其特征在于：

制浆系统包括储灰罐、制浆罐和储浆罐，制浆罐上连接有输料管和输水管，输料管与储灰罐相接，输料管上装有输料隔膜泵，输水管与水源相接，输水管上装有输水隔膜泵；制浆罐和储浆罐之间通过放浆管连接相通，

在制浆罐内设有机械式搅拌装置，在制浆罐和储浆罐的底部设有气动式搅拌机构，气动式搅拌机构通过高压气管与高压气源相接，在制浆罐和储浆罐的顶部均设有加压接气管，加压接气管通过高压气管与高压气源相接，送浆采用气动加压模式输送；

在双向搅拌桩机的输浆管的进口处设置有气动脉冲送浆系统，

所述气动脉冲送浆系统包括送浆管和送气管，送浆管和送气管通过三通与双向搅拌桩机输浆管的进口连接相通，送浆管上装有送浆气动阀，送气管上均装有吹气气动阀，送浆管与制浆罐连接相通，在送浆管上装有流量计量装置，送气管通过高压气管与高压气源相接。

2.根据权利要求1所述的脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，其特征在于：放浆管上装有排渣过滤器，排渣过滤器包括壳体，壳体内装有滤芯，壳体上设有与滤芯进口相通的进管，壳体底部设有过滤浆出口，进管通过三通分别连接放浆管的进浆段和排渣管，过滤浆出口通过三通分别连接放浆管的出浆段和反冲气管，反冲气管通过高压气管与高压气源相接，反冲气管上装有反冲排渣气动阀。

3.根据权利要求1所述的脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，其特征在于：所述气动式搅拌机构设有鼓气管，鼓气管上装有气动搅拌阀，鼓气管通过高压气管与高压气源相接。

4.根据权利要求1所述的脉冲气动式双向水泥土搅拌桩成桩装置，其特征在于：所述机械式搅拌装置为双向搅拌装置，包括套装在一起内杆和外杆，内杆底部伸出外杆并在其端部装有下搅拌头，下搅拌头设有向上的搅拌齿，外杆的底部设有上搅拌头，上搅拌头设有向下的搅拌齿，下搅拌头的上搅拌头的搅拌齿交错设置；在制浆罐的顶部设有双向搅拌装置的驱动电机，驱动电机的输出轴与内杆直连，所述输出轴通过锥齿传动机构与外杆传动连接。