一种全自动深层水泥搅拌机及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种全自动深层水泥搅拌机及其施工方法，通过在传统搅拌机基础上，增设了控制单元、自动变速箱、流量控制器、压力传感器，并接受智能控制单元指令工作；转叶喷浆口采用外侧越外越密的多点不等距布置。本发明专利技术提高了工效，全自动水泥搅拌桩根据土层性质调整下沉和提升速度，提高了施工速度，降低了人工成本，通过全自动的水泥搅拌机，利用试桩确定的参数实现全自动施工，施工过程不需要人工参与，工人只需要负责设备定位后开机操作，根据全自动施工，可以保证不同下沉或提升速度变化时喷浆量和搅拌次数相同，保证处理到设计需要的深度，保证水泥搅拌桩不同平面位置喷浆量相同，从而保证水泥搅拌桩的质量，避免缺陷。

A fully automatic deep cement mixer and its construction method

The invention discloses an automatic deep cement mixer and its construction method. On the basis of the traditional mixer, a control unit, an automatic transmission, a flow controller and a pressure sensor are added, and the intelligent control unit is instructed to work. The rotating blade grouting nozzle is arranged in a multi-point unequal distance with denser outside. The invention improves work efficiency, fully automatic cement mixing pile adjusts subsidence and lifting speed according to soil layer property, improves construction speed and reduces labor cost. Through fully automatic cement mixing machine, automatic construction is realized by using parameters determined by test pile. The construction process does not require manual participation, and the workers are only responsible for equipment. Start-up operation after positioning, according to automatic construction, can ensure the same amount of grouting and mixing times when different subsidence or lifting speed changes, ensure the depth of treatment to the design needs, ensure the same amount of grouting at different plane positions of cement mixing piles, thus ensuring the quality of cement mixing piles and avoiding defects.

【技术实现步骤摘要】
一种全自动深层水泥搅拌机及其施工方法
本专利技术属于深层软土地基处理
，具体涉及一种全自动深层水泥搅拌机及其施工方法。
技术介绍
水泥搅拌桩是深层软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用特制的深层搅拌机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使土体固结，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩，从而提高地基强度。利用水泥搅拌桩加固软土地基，至今已有40多年的历史。水泥搅拌桩一般在现场场地清理后进行定位，水泥浆准备完毕后，启动搅拌机边旋转切土、边下沉喷浆，到达设计要求后开始提升喷浆。实践中，水泥搅拌机不断发展，已经有变截面、双向搅拌等新技术，提高了处理地基的性价比，并利用“四搅两喷”等工艺来提高成桩质量。深层搅拌法施工机械简单，施工速度快，造价较低，但由于目前搅拌机全人工操作，受工人责任心影响，质量离散性大，成桩均匀性差。如水泥搅拌桩普遍呈现桩体中间强度高，周边很差；由于钻头下沉/上升速度变化，而喷浆量不同时变化，导致水泥搅拌桩强度变化大，甚至中间局部有夹层，这些缺陷给工程质量带来隐患，导致软基地基后期沉降不可控。多个沿海深厚软土路基段采用水泥搅拌桩处理，虽然采用了双向搅拌技术，施工后发现在相同地质、相同处置方法的路段发生明显的不均匀沉降，究其原因是由于人工操作，难免有不同缺陷。虽然现在重视了质量控制，但都是事后监督，无法根本提高施工质量。南京理工大学提出了对水泥搅拌桩远程信息监测及分析的装置与方法(专利号201510624308.8)，来完成施工过程的精确监控，及时生成项目现场的施工报告，并评估现场施工质量，该专利技术中仅涉及对施工质量进行远程监控，未涉及对施工方法的管理，无法提高施工质量。南宁市市政工程集团有限公司提出了水泥土搅拌桩信息化施工方法(专利号201510423198.8)，在传统水泥搅拌桩的基础上，在到达设计深度后提升到地面，并根据电脑控制进行二次或三次下沉进行补浆，保证质量均匀。该方法较传统工艺有所提升，理论上可以弥补一定缺陷，但由于地质钻孔数量有限而软基持力层深度变化大，设计深度一般难以事先确定；由于不同深度土层地质不同，下沉和提升速度会变化，出浆量不能适应速度变化会造成搅拌桩强度不可靠；施工效率低下，需要多次下沉来达到总出浆量理论上平衡。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种全自动深层水泥搅拌机及其施工方法，能够有效提高搅拌桩成桩质量，避免各种施工缺陷，并大幅降低人工投入。一种全自动深层水泥搅拌机，包括储浆桶、输浆管、桩架、钻头、电机、变速箱、流量控制器以及控制单元；其中：所述钻头设置于桩架内，所述桩架用于起垂直导向作用；钻头顶端设有中空的转叶，所述转叶上开有喷浆口；所述输浆管用于将储浆桶内的水泥浆导入至钻头的转叶中，进而通过喷浆口实现喷浆；所述电机受控制单元控制，用于带动钻头及其转叶转动；所述变速箱与电机转轴联接且受控制单元控制，用于实现电机的换档变速；所述流量控制器安装于输浆管上且受控制单元控制。进一步地，所述输浆管上还安装有压力传感器，所述压力传感器与控制单元相连，便于控制单元对输浆管内的压力全程监控。进一步地，所述控制单元连接有无线通讯模块，其用于将各种施工数据通过无线通讯的形式发送给后台服务器或接收来自后台服务器的相关控制指令，便于后台对搅拌机的控制和管理，实时监控，避免数据造假。由于不同半径的喷浆口对应的面积不一样，进一步地，所述钻头转叶的喷浆口采用多点不等距布置，即外侧喷浆口间距小，内侧喷浆口间距大，尽可能保证喷浆口的作用面积相近，使得水泥搅拌桩成桩更均匀。进一步地，所述变速箱根据不同工作档位的变速采用两排或多排行星齿轮机构以获得多个不同的传动比，实现平稳换档，工作档位的数量可根据需要设置，以4档为佳。一种利用上述水泥搅拌机的施工方法，包括如下步骤：(1)通过试桩确定水泥搅拌机的控制参数和施工用料的设计参数；(2)准备工作完成后，将水泥搅拌机从空档切换至工作档位下沉并进行喷浆搅拌；(3)当电机电流超过其最大工作电流，通过变速箱控制水泥搅拌机降档运行，直至降低至1档；(4)使搅拌机保持1档下沉，当电机电流下降至最大工作电流时，按设计要求就地搅拌规定次数后使搅拌机维持1档上升，当电机电流不断下降至升档电流时，则通过变速箱控制水泥搅拌机升为2档，并通过流量控制器调整搅拌机的喷浆量，依此根据电机电流变化不断升档直至搅拌上升到地面；(5)根据设计要求，根据步骤(2)至(4)反复执行多次搅拌。进一步地，所述步骤(1)中的控制参数包括电机最大工作电流、升档电流、各工作档位对应的泥浆流量和最大压力，设计参数包括了水泥浆用量以及水灰比。进一步地，所述步骤(2)中利用控制单元驱动电机使搅拌机按最高工作档位运行，并通过流量控制器控制搅拌机的喷浆量即输浆管内的泥浆流量；此时，搅拌机下沉速度较快，喷浆量较大。进一步地，所述步骤(3)中当电机电流超过其最大工作电流，则由控制单元自动操控变速箱降档，并通过流量控制器调整搅拌机的喷浆量，依此不断降档直至降低至1档，喷浆量也同时降低到最少。进一步地，在施工过程中利用控制单元通过压力传感器对输浆管内压力进行全程监控，若压力不够时，则采取增压；若压力偏大时，则采取减压，保证管道安全。本专利技术在传统搅拌机基础上，增设了控制单元、自动变速箱、流量控制器、压力传感器，并接受智能控制单元指令工作；转叶喷浆口采用外侧越外越密的多点不等距布置。本专利技术搅拌机施工过程中，首先按高档位运行，并按设计水泥用量计算喷浆流量；当电机电流超过最大限值后控制单元通过变速箱自动换为低一档位运行，下沉速度减慢，并自动改变流量，按此换档，到最低的1档；若此时电机电流超过最大限值，说明达到搅拌桩机的施工极限，就地按设计要求搅拌后，开始上升，电机电流不断下降至升档电流时，控制单元通过变速箱升为2档，并通过流量控制器调整喷浆量，根据电流变化，可不断升档并搅拌到地面。基于上述技术方案，本专利技术具有以下有益技术效果：(1)本专利技术极大地提高了工效，全自动水泥搅拌桩根据土层性质调整下沉和提升速度，提高了施工速度。(2)本专利技术极大地降低了人工成本，通过全自动的水泥搅拌机，利用试桩确定的参数实现全自动施工，施工过程不需要人工参与，工人只需要负责设备定位后开机操作。(3)本专利技术极大地提高了水泥搅拌桩的施工质量；根据全自动施工，可以保证不同下沉或提升速度变化时喷浆量和搅拌次数相同，保证处理到设计需要的深度，保证水泥搅拌桩不同平面位置喷浆量相同，从而保证水泥搅拌桩的质量，避免缺陷。附图说明图1为本专利技术全自动深层水泥搅拌机的结构示意图。图2为本专利技术搅拌机钻头转叶的喷浆口示意图。其中：1—储浆桶，2—输浆管，3—流量控制器，4—压力传感器，5—桩架，6—钻头，7—电机，8—变速箱，9—控制单元，10—无线通讯模块，11—转叶，12—喷浆口。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术提出了一种能全自动控制水泥搅拌桩成型的搅拌机，能有效提高搅拌桩成桩质量，避免各种施工缺陷，并大幅降低人工投入，其所采取的主要措施为：在传统搅拌机基础上，增设了自动变速箱和流量传感器、压力传感器，并接受智能控制系统指令工作；转叶喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：包括储浆桶、输浆管、桩架、钻头、电机、变速箱、流量控制器以及控制单元；其中：所述钻头设置于桩架内，所述桩架用于起垂直导向作用；钻头顶端设有中空的转叶，所述转叶上开有喷浆口；所述输浆管用于将储浆桶内的水泥浆导入至钻头的转叶中，进而通过喷浆口实现喷浆；所述电机受控制单元控制，用于带动钻头及其转叶转动；所述变速箱与电机转轴联接且受控制单元控制，用于实现电机的换档变速；所述流量控制器安装于输浆管上且受控制单元控制。

【技术特征摘要】
1.一种全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：包括储浆桶、输浆管、桩架、钻头、电机、变速箱、流量控制器以及控制单元；其中：所述钻头设置于桩架内，所述桩架用于起垂直导向作用；钻头顶端设有中空的转叶，所述转叶上开有喷浆口；所述输浆管用于将储浆桶内的水泥浆导入至钻头的转叶中，进而通过喷浆口实现喷浆；所述电机受控制单元控制，用于带动钻头及其转叶转动；所述变速箱与电机转轴联接且受控制单元控制，用于实现电机的换档变速；所述流量控制器安装于输浆管上且受控制单元控制。2.根据权利要求1所述的全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：所述输浆管上还安装有压力传感器，所述压力传感器与控制单元相连，便于控制单元对输浆管内的压力全程监控。3.根据权利要求1所述的全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：所述控制单元连接有无线通讯模块，其用于将各种施工数据通过无线通讯的形式发送给后台服务器或接收来自后台服务器的相关控制指令，便于后台对搅拌机的控制和管理，实时监控，避免数据造假。4.根据权利要求1所述的全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：所述钻头转叶的喷浆口采用多点不等距布置，即外侧喷浆口间距小，内侧喷浆口间距大，尽可能保证喷浆口的作用面积相近，使得水泥搅拌桩成桩更均匀。5.根据权利要求1所述的全自动深层水泥搅拌机，其特征在于：所述变速箱根据不同工作档位的变速采用两排或多排行星齿轮机构以获得多个不同的传动比，实现平稳换档，工作档位的数量可根据需要设置，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈向阳，梅敬松，
申请(专利权)人：浙江省交通规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33