[实用新型]砂土基础注浆施工用振动式机具

说明书

技术领域

本实用新型属工程机械领域，涉及一种在工程地基和土工构筑物及边坡等砂土基础中用注浆法实施基础加固和建造防渗帷幕施工时使用的机械振动式机具。

背景技术

建筑工程中的矿山建筑与采矿工程、交通隧道工程、边坡整治工程、城市地铁工程、地下人防与国防工程、基坑工程、堤坝防渗加固工程及其它地下岩土工程的粘土基础大多采用注浆法实施加固处理与防渗堵水，以确保工程顺利施工与日后安全运营。使用的灌注材料主要是水泥浆液或水泥粘土浆液；注浆方法采用旋喷注浆或静压注浆等方法。然而，对砂土基础(包括细砂土基础和粉砂土基础)，因其具有不可灌注性，很难用注浆法有效实施加固处理与防渗堵水，这一直是国内外广泛关注的施工技术难题，有待解决。据中国国家图书馆、中国学术期刊文摘、中国科学引文数据库、中国科技论文统计与分析数据库、中国期刊网、欧州网站及美国加州大学伯克利分校图书馆等国内外数十个网站数据库的国际互联网查寻结果，国内外均未见有与本实用新型相似的文献报导。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种在工程地基和土工构筑物及边坡等砂土基础(包括细砂土基础和粉砂土基础)中用注浆法施工时使用的机械振动式机具，能按工程技术要求完成基础加固和建造防渗帷幕，解决砂土基础加固防渗的施工技术难题。

实现本实用新型的技术方案是：依据土力学原理和地震引发砂土液化机理，采取在砂土基础中局部实施机械振动，使局部范围内的砂土因液化而失去强度，将砂土基础的不可灌注性变为可灌注性，使浆液得以渗入砂土土层中，与砂土共同固结成为具有一定强度与渗透系数的结石体，达到砂土基础加固与防渗的目的。为实现此构想，首先对浆液在液化后的砂土层中的扩散规律及其影响因素进行试验研究，然后通过试验对能使砂土液化的振动频率与振幅(或功率)及机械振动机具基本结构形式进行鳞选，最终确定机械振动机具的基本结构为：机具基本呈圆筒型，以便探入砂土基础中的注浆孔(施工时此前已钻妥的)内。机具中部设置振动机构，选用离心块式振动，离心块由地面上的电动机驱动。机具下部设置可向注浆孔内喷出浆液的喷浆室，浆液由地面上的注浆泵通过管路供给喷浆室。机具上部设置集水室，用于收集砂土中的水份，通过管路排往地面。机具边注浆边提升边排水，完成砂土层的注浆。地面上的机械设备，除电动机外，仍使用以往用于粘土基础注浆加固与防渗时使用的机械设备。由于不同地域地质条件的砂土的粒度与含水量不同，液化所需机械振动的频率与振幅(或功率)将不同，加之注浆孔的孔径亦不同，机具的结构参数也应不同，需通过试验和计算分别予以确定，以此制定出机具的产品系列。例如，试验表明，对常见的砂土基础和常用的直径150mm的注浆孔，当机具外径取145mm时，离心块质量应为16～20kg，离心块重心与回转中心的距离应为30～40mm电动机选用功率为5.5kW、频率为40～50Hz的调频电动机(附加调频器)。这样，机具对砂土的激振力可达26～30kN，浆液在砂土中的扩散半径可达600～700mm，结石体的抗压强度可达3.5～6MPa，结石体的渗透系数小于3×10^-7cm/s。

附图说明

图1为本实用新型的轴向剖视结构示意图。

具体实施方式

参见附图图1，本实用新型所述的机械振动式机具，外形为下部呈圆锥状的圆筒体。其主要结构包括中部设置的振动机构和下部设置的喷浆室及上部设置的集水室。中部设置的振动机构中的离心块[3]用轴承[14]支撑在内筒体[4]内，并通过橡胶联轴器[13]和软轴[7]由地面上的调频电动机驱动。下部设置的喷浆室由圆筒喷浆室[2]和圆锥喷浆室[1]组成，室壁上皆有多个用于喷浆的圆孔；浆液通过送浆软管[10]与送浆管[12]由地面上的注浆泵供给。上部设置的集水室[6]是室壁上有用于收集水的多个圆孔的圆筒体，室内的水由排水管[11]与排水软管[9]排往地面。内筒体[4]与外筒体[5]间填充可固结的玻璃钢或沥青材料。机具用套装在外筒体[5]上部的套管[8]与地面连接。套管[8]和送浆软管[10]及排水软管[9]皆采用橡胶材料，使机具与地面柔性连接，机具探入地下时具通顺性，不受注浆孔轴线挠度的影响。除非金属材料外，其他零件皆采用钢材。

本实用新型的工作原理是：施工使用时，将机具探入到注浆孔的底部后，地面上的调频电动机与注浆泵同时开动，机具开始振动。此时，注浆泵通过送浆软管[10]和送浆管[12]将浆液送往喷浆室并从圆筒喷浆室[2]和圆锥喷浆室[1]喷出，浆液首先填充了机具外筒体[5]与注浆孔孔壁间的空隙并将机具的振动传给机具周围的砂土使其液化，浆液靠注浆压力与自身重力渗入被液化的砂土中并将砂土中的水份挤出，使水进入集水室[6]并从排水管[11]与排水软管[9]排往地面。渗入砂土中的浆液与砂土将逐渐共同固结成为结石体。机具边振动边注浆边排水边由地面用套管[8]提升，直至按单个注浆孔内砂土层的垂直厚度完成注浆。之后，将机具探入另一个注浆孔，重复上述过程；直至按工程设计的全部注浆孔数完成注浆施工，即完成了工程基础的加固和防渗帷幕的建造。