一种界面活性剂的改性装备的制作方法

本发明涉及地基处理领域中水泥土搅拌桩施工技术领域，特别涉及到一种界面活性剂的改性装备。

背景技术：

水泥加固法处理软弱地基在我国已经推广使用多年，他能够最大限度的利用原位土。通过大量的工程实践，证明了水泥加固法是一种使用工程范围广、经济合理、行之有效的地基处理方法。目前我国运用水泥加固法原理处理地基的主要施工方法有：深层搅拌法、高压旋喷法、三轴搅拌法。深层搅拌法一般采用深层搅拌桩机，在需要设桩的位置将水泥、土和水在地表下深层进行搅拌，经过凝固后形成深层搅拌桩。

目前，深层搅拌桩的施工效率主要与钻头有关，而现有的深层搅拌桩机钻头存在以下问题：一是施工效率低，在密实砂层中深层搅拌机钻进速度慢；二是施工成本高；三是设备损坏严重，深层搅拌桩机在密实砂层中钻进时对钻头的磨损比较严重。为了降低钻进过程中的摩阻力，本发明提供一种界面活性剂制备装置，可以制备出致密、均匀的界面活性剂气泡，在水泥土搅拌桩施工过程中使用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种界面活性剂的改性装备，克服了现有技术的不足。通过水平搅拌桶将界面活性剂溶液搅拌成气泡状态，经过柱塞泵、g型螺杆泵的充分挤压，气泡数量进一步增大，气泡体积进一步缩小，通过高压气体处理仓将气泡进一步切削，形成稳定的、极微小的气泡，之后输送到钻机或其他前端设备；达到降低搅拌阻力的目的，且界面活性剂气泡不易破裂，持续降阻作用时间长，使同等扭矩条件下，对周围土体搅拌更加剧烈，保证了水泥浆和土的混合均匀性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种界面活性剂的改性装备，其特征在于：包括储料箱、水箱、混合仓、水平搅拌桶、柱塞泵、g型螺杆泵、高压气体处理仓、空气压缩机以及1号管道增压泵、2号管道增压泵、3号管道增压泵、4号管道增压泵；所述储料箱与1号管道增压泵通过高压胶管连接；所述水箱与2号管道增压泵通过高压胶管连接；所述1号管道增压泵、2号管道增压泵均通过高压胶管与混合仓连接；所述空气压缩机通过高压胶管与高压气体处理仓连接；所述混合仓、水平搅拌桶、3号管道增压泵、柱塞泵、g型螺杆泵、4号管道增压泵、高压气体处理仓通过高压胶管依次按顺序连接；所述高压气体处理仓出口通过高压胶管与钻机或其他前端设备连接进而开展降阻作业。

所述水平搅拌桶包括主桶体、搅拌杆、搅拌叶片、水平支架、电动机、5号管道增压泵、皮带轮、粘度计、显示器；水平支架与主桶体通过焊接连接；水平支架与搅拌杆通过轴承连接；皮带轮与搅拌杆通过焊接连接；皮带轮与电动机通过皮带连接。

所述水平搅拌桶出口外接转换阀门，转换阀门水平方向通过高压胶管与3号管道增压泵连接，转换阀门垂直方向通过钢管与5号管道增压泵连接，5号管道增压泵通过u型钢管通向水平搅拌桶内，实现界面活性剂在水平搅拌桶内循环流动。

所述高压气体处理仓包括外部弧形通道、内部螺旋通道、主仓体、1号入口、2号入口、3号入口、仓体上端出口、仓体下端出口及仓体支架；外部弧形通道为封闭式钢管结构，与主仓体的外壁通过焊接连接；内部螺旋通道为半圆形开放引流通道，与主仓体的内壁通过焊接连接。

所述1号入口为双层钢管通道，外层通道为中空圆柱形结构，内层通道为中空圆锥形结构，1号入口在远离主仓体一端，内层通道端口与外层通道端口通过焊接连接，在靠近主仓体一端，外层通道与主仓体通过焊接连接；1号入口外层通道上方开孔设置2号入口，下方开孔设置3号入口，2号入口、3号入口的位置位于1号入口外层通道的中部；在靠近主仓体一端，1号入口的内层通道端口相比于2号入口、3号入口距离主仓体更近。

所述高压气体处理仓的主仓体的上部圆形截面直径与下部圆形截面直径之比范围为2-20，仓体上端出口与仓体下端出口直径之比范围为2-10。

所述仓体下端出口通过高压胶管与3号入口连接，4号管道增压泵通过高压胶管与2号入口连接，所述高压胶管内径范围为10-100mm，抗压强度范围为30-60mpa。

所述外部弧形通道包括下端入口和上端出口，1号入口通过焊接与外部弧形通道的下端入口连接，外部弧形通道上端出口与内部螺旋通道通过焊接连接，外部弧形通道上端出口的切线与内部螺旋通道连接处弧形通道的切线保持平行。

所述1号管道增压泵、2号管道增压泵、3号管道增压泵、4号管道增压泵、采用逐级增压的形式泵送界面活性剂，1号管道增压泵、2号管道增压泵压力范围为0-0.5mpa，3号管道增压泵压力范围为0.5-0.8mpa，4号管道增压泵压力范围为0.8-1.2mpa。

所述储料箱内放置液态高浓度界面活性剂，储料箱出口设置1号调节阀门，1号调节阀门可控制储料箱中界面活性剂的流量范围为0-10m³/h，所述水箱内放置纯净水，水箱出口设置2号调节阀门，2号调节阀门可控制水箱中纯净水的流量范围为0-20m³/h。

本发明所带来的有益技术效果：

（1）本发明通过设置混合仓，能够将界面活性剂与纯净水充分混合，并且存储备用；（2）通过设置多级搅拌切削装置，使得界面活性剂由液态转化为稳定微小泡沫状态，极大的提高了泡沫的半衰期；（3）充分考虑了界面活性剂的状态，将增压泵设置为三种等级，并且随着等级的增大，压力也越来越大，此设置有利于界面活性剂的泵送；（4）通过设置柱塞泵、g型螺杆泵，加大对界面活性剂的搅拌力度，为制备稳定微小气泡提供基础条件；（5）通过核心设备高压气体处理仓，将界面活性剂处理到预期效果，并且其内部的螺旋形结构能够将比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气处理仓内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气处理仓底部的液体排出管道排出至高压气处理仓3号入口进行二次处理。

附图说明

图1为本发明界面活性剂的改性设备的整体结构图。

图2为本发明界面活性剂的改性方法中水平搅拌桶的细部结构图。

图3为本发明界面活性剂的改性方法中高压气体处理仓的细部结构图。

图4为本发明界面活性剂的改性方法中高压气体处理仓的俯视图。

其中，1-储料箱；2-1号管道增压泵；3-水箱；4-2号管道增压泵；5-混合仓；6-水平搅拌桶；7-3号管道增压泵；8-柱塞泵；9-g型螺杆泵；10-4号管道增压泵；11-高压气体处理仓；12-钻机；13-空气压缩机；14-1号调节阀门；15-2号调节阀门；16-5号管道增压泵；17-钢管；18-转换阀门；19-电动机；20-搅拌杆；21-主桶体；22-搅拌叶片；23-显示器；24-粘度计；25-水平支架；26-轴承；27-皮带；28-皮带轮；29-u型钢管；30-外部弧形通道；31-内部螺旋通道；32-主仓体；33-1号入口；34-2号入口；35-3号入口；36-仓体上端出口；37-仓体下端出口；38-仓体支架。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

对界面活性剂的改性装备进行性能试验，具体实施步骤如下：

如图1~4所示，一种界面活性剂的改性装备，其特征在于：包括储料箱1、水箱3、混合仓5、水平搅拌桶6、柱塞泵8、g型螺杆泵9、高压气体处理仓11、空气压缩机13以及1号管道增压泵2、2号管道增压泵4、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10；所述储料箱1与1号管道增压泵2通过高压胶管连接；所述水箱3与2号管道增压泵4通过高压胶管连接；所述1号管道增压泵2、2号管道增压泵4均通过高压胶管与混合仓5连接；所述空气压缩机13通过高压胶管与高压气体处理仓11连接；所述混合仓5、水平搅拌桶6、3号管道增压泵7、柱塞泵8、g型螺杆泵9、4号管道增压泵10、高压气体处理仓11通过高压胶管依次按顺序连接；所述高压气体处理仓11出口通过高压胶管与钻机12或其他前端设备连接进而开展降阻作业。

所述水平搅拌桶6包括主桶体21、搅拌杆20、搅拌叶片22、水平支架25、电动机19、5号管道增压泵16、皮带轮28、粘度计24、显示器23；水平支架25与主桶体21通过焊接连接；水平支架25与搅拌杆20通过轴承26连接；皮带轮28与搅拌杆20通过焊接连接；皮带轮28与电动机19通过皮带27连接。

所述水平搅拌桶6出口外接转换阀门18，转换阀门18水平方向通过高压胶管与3号管道增压泵7连接，转换阀门18垂直方向通过钢管17与5号管道增压泵16连接，5号管道增压泵16通过u型钢管29通向水平搅拌桶6内，实现界面活性剂在水平搅拌桶内6循环流动。

所述高压气体处理仓11包括外部弧形通道30、内部螺旋通道31、主仓体32、1号入口33、2号入口34、3号入口35、仓体上端出口36、仓体下端出口37及仓体支架38；外部弧形通道30为封闭式钢管结构，与主仓体32的外壁通过焊接连接；内部螺旋通道31为半圆形开放引流通道，与主仓体32的内壁通过焊接连接。

所述1号入口33为双层钢管通道，外层通道为中空圆柱形结构，内层通道为中空圆锥形结构，所述1号入口33在远离主仓体32一端，内层通道端口与外层通道端口通过焊接连接，在靠近主仓体32一端，外层通道与主仓体32通过焊接连接，所述1号入口33外层通道上方开孔设置2号入口34，下方开孔设置3号入口35，2号入口34、3号入口35的位置位于1号入口33外层通道的中部；在靠近主仓体32一端，1号入口33的内层通道端口相比于2号入口34、3号入口35距离主仓体32更近。

所述高压气体处理仓11的主仓体32的上部圆形截面直径与下部圆形截面直径之比范围为2-20，所述仓体上端出口36与仓体下端出口37直径之比范围为2-10。

所述仓体下端出口37通过高压胶管与3号入口35连接，4号管道增压泵10通过高压胶管与2号入口34连接，所述高压胶管内径为80mm，抗压强度为60mpa。

所述外部弧形通道30包括下端入口和上端出口，1号入口33通过焊接与外部弧形通道30的下端入口连接，外部弧形通道30上端出口与内部螺旋通道31通过焊接连接，外部弧形通道30上端出口的切线与内部螺旋通道31连接处弧形通道的切线保持平行。

所述1号管道增压泵2、2号管道增压泵4、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10、采用逐级增压的形式泵送界面活性剂，1号管道增压泵2、2号管道增压泵4压力为0.3mpa，3号管道增压泵7压力为0.8mpa，4号管道增压泵10压力为1.0mpa。

所述储料箱1内放置液态高浓度界面活性剂，储料箱1出口设置1号调节阀门14，1号调节阀门14可控制储料箱1中界面活性剂的流量范围为0-10m³/h，所述水箱3内放置纯净水，水箱3出口设置2号调节阀门15，2号调节阀门15可控制水箱3中纯净水的流量范围为0-20m³/h。

将制备好的界面活性剂气泡，取出100ml进行室内试验，将取出的100ml稳定微小的界面活性剂气泡放入容量为150ml的量筒内，放入保温箱，调整保温箱的温度为25℃，每隔30s记录量筒内界面的高度，当280s的时刻，量筒内界面高度为81ml，当界面达到75ml的刻度线处时，秒表记录的时间为311s。充分说明该种方法制备的界面活性剂泡沫的半衰期在6min以上，长于目前市场上一般界面活性剂的半衰期时间，能够确保持续降阻的效果。

实施例2：

在某施工场地进行试桩试验，试验桩采用本发明制备的界面活性剂进行降阻，设计规定成桩深度为13m，桩径为1m，采用水泥土搅拌法施工，其中，场地的土层为：

具体技术如下：

如图1~4所示，一种界面活性剂的改性装备，其特征在于：包括储料箱1、水箱3、混合仓5、水平搅拌桶6、柱塞泵8、g型螺杆泵9、高压气体处理仓11、空气压缩机13以及1号管道增压泵2、2号管道增压泵4、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10；所述储料箱1与1号管道增压泵2通过高压胶管连接；所述水箱3与2号管道增压泵4通过高压胶管连接；所述1号管道增压泵2、2号管道增压泵4均通过高压胶管与混合仓5连接；所述空气压缩机13通过高压胶管与高压气体处理仓11连接；所述混合仓5、水平搅拌桶6、3号管道增压泵7、柱塞泵8、g型螺杆泵9、4号管道增压泵10、高压气体处理仓11通过高压胶管依次按顺序连接；所述高压气体处理仓11出口通过高压胶管与钻机12或其他前端设备连接进而开展降阻作业。

所述水平搅拌桶6包括主桶体21、搅拌杆20、搅拌叶片22、水平支架25、电动机19、5号管道增压泵16、皮带轮28、粘度计24、显示器23；水平支架25与主桶体21通过焊接连接；水平支架25与搅拌杆20通过轴承26连接；皮带轮28与搅拌杆20通过焊接连接；皮带轮28与电动机19通过皮带27连接。

所述水平搅拌桶6出口外接转换阀门18，转换阀门18水平方向通过高压胶管与3号管道增压泵7连接，转换阀门18垂直方向通过钢管17与5号管道增压泵16连接，5号管道增压泵16通过u型钢管29通向水平搅拌桶6内，实现界面活性剂在水平搅拌桶内6循环流动。

所述高压气体处理仓11包括外部弧形通道30、内部螺旋通道31、主仓体32、1号入口33、2号入口34、3号入口35、仓体上端出口36、仓体下端出口37及仓体支架38；外部弧形通道30为封闭式钢管结构，与主仓体32的外壁通过焊接连接；内部螺旋通道31为半圆形开放引流通道，与主仓体32的内壁通过焊接连接。

所述1号入口33为双层钢管通道，外层通道为中空圆柱形结构，内层通道为中空圆锥形结构，所述1号入口33在远离主仓体32一端，内层通道端口与外层通道端口通过焊接连接，在靠近主仓体32一端，外层通道与主仓体32通过焊接连接，所述1号入口33外层通道上方开孔设置2号入口34，下方开孔设置3号入口35，2号入口34、3号入口35的位置位于1号入口33外层通道的中部；在靠近主仓体32一端，1号入口33的内层通道端口相比于2号入口34、3号入口35距离主仓体32更近。

所述高压气体处理仓11的主仓体32的上部圆形截面直径与下部圆形截面直径之比范围为2-20，所述仓体上端出口36与仓体下端出口37直径之比范围为2-10。

所述仓体下端出口37通过高压胶管与3号入口35连接，4号管道增压泵10通过高压胶管与2号入口34连接，所述高压胶管内径为80mm，抗压强度为60mpa。

所述外部弧形通道30包括下端入口和上端出口，1号入口33通过焊接与外部弧形通道30的下端入口连接，外部弧形通道30上端出口与内部螺旋通道31通过焊接连接，外部弧形通道30上端出口的切线与内部螺旋通道31连接处弧形通道的切线保持平行。

所述1号管道增压泵2、2号管道增压泵4、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10、采用逐级增压的形式泵送界面活性剂，1号管道增压泵2、2号管道增压泵4压力为0.3mpa，3号管道增压泵7压力为0.8mpa，4号管道增压泵10压力为1.0mpa。

所述储料箱1内放置液态高浓度界面活性剂，储料箱1出口设置1号调节阀门14，1号调节阀门14可控制储料箱1中界面活性剂的流量范围为0-10m³/h，所述水箱3内放置纯净水，水箱3出口设置2号调节阀门15，2号调节阀门15可控制水箱3中纯净水的流量范围为0-20m³/h。

通过试验可知，未喷射界面活性剂的水泥土搅拌桩施工时，在下钻过程中，扭矩传感器的最大值达到4653kn，而下钻过程中喷射界面活性剂，扭矩传感器最大值仅为948kn，可知搅拌阻力基本下降到原来的20%，降阻效果明显。

本发明界面活性剂的改性装备，能够产生质地均匀、稳定、极细小的界面活性剂气泡，有效降低了搅拌桩施工时的摩擦阻力，使得钻进过程中的下钻力增大，保证了水泥浆与土的混合均匀性。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。