本发明涉及土木工程中地基处理技术领域，具体涉及一种自动填料夯实设备及挤密桩地基处理的施工方法。
背景技术
挤密桩一般用于处理湿陷性黄土、回填土及液化土土层等不良地基，先制作挤密桩桩孔，挤密桩桩孔可以是地下土层直接经夯锤夯击挤密后形成的孔，也可以是长螺旋引孔，再往孔内投放素土、灰土、砂石、钢渣、干硬性混凝土或其它硬质材料等填料夯实后的桩。挤密桩属于一种横向挤密，能达到所要求加密处理后的密实度指标，并提高承载力、降低压缩性、且处理后的地基均匀，承载力高，和桩间土共同作用成为复合地基；如果处理湿陷性黄土填入桩孔的材料是素土，属就地取材的廉价材料，比其它灰土材料的造价低。常规施工方法是在成孔后夯实时采用人工填料存在填料量少或多，造成挤密效果差和夯实质量不稳定的弊端，并且使用运输机械较多，同时效率较低。
公开于2017年11月10日的中国专利文献cn107338781a记载了一种挤密桩施工装置及其施工方法，其中，挤密桩施工装置，具有移动平台和经支撑机构接于移动平台上的桩架，所述桩架上端经提升机构ⅰ和提升机构ⅱ分别悬吊套筒和可置入套筒内的重锤，重锤与套筒同心共轴布置，所述套筒上装有用于将套筒打入土层的打桩机构，该套筒具有向套筒内填料的填料孔。该挤密桩施工装置不存在填料装置，采用挤密桩施工装置的施工方法中，即需采用人工填料。
公开于2018年1月26日的中国专利文献cn107630447a记载了一种素土挤密桩设备及施工方法，其中，素土挤密桩设备主要包括：沉管、活动型桩尖、囊袋、固定筒、注气管、环形注水管、垂直固定筋、夯锤、夯实板和垂直控制件；所述垂直控制件设于沉管上，由垂直固定筋、闭合分离式垂直度控制件组成；所述固定筒由两片半圆形环形钢板组成，通过连接环、连接螺栓连接在一起，固定筒设于沉管外；所述活动型桩尖设于沉管底部，其上悬挂活动板，活动型桩尖上还设有挤扩板；所述注气管设于沉管的内腔，与囊袋连通；所述夯锤的桩尖位置焊接有夯实板。该素土挤密桩设备也存在填料装置，采用该素土挤密桩设备的施工方法中，即需采用人工填料。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是如何改进现有的挤密桩施工方法，以解决现有的挤密桩施工方法中采用人工填料的方式不能充分发挥填料夯实的最佳挤密效果，制造出的挤密桩的质量不稳定的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种自动填料夯实设备，包括结构平台、夯实组件、送料机构和电控装置；所述结构平台上设有立架；所述夯实组件包括夯实锤和夯实锤外的护筒；其特征在于，所述送料机构包括具变速功能的动力单元，该送料机构安装于所述结构平台上的对应位置，以使从该送料机构的出料口排出的物料能够进入挤密桩桩孔内；所述电控装置上设有用于获取所述夯实锤的锤击频率并控制所述动力单元的输出速度的控制器，以使送料机构向所述挤密桩桩孔内填料的数量与所述夯实锤的锤击频率相联动。
优选的，所述夯实组件还包括与所述夯实锤通过第一绳索连接的第一卷扬机和与所述护筒通过第二绳索连接的第二卷扬机，所述第一绳索、第二绳索均绕经所述立架。
进一步的，所述第一卷扬机为与所述夯实锤适配的自动提升快放卷扬机。
优选的，所述夯实锤的底面为平底、圆弧面或锥体。
优选的，在所述结构平台下方设有履带式行走底盘，所述行走底盘上设有旋转装置，所述结构平台与所述旋转装置固定连接；在所述结构平台上还设有抬升装置，所述抬升装置包括安装在所述结构平台的后方两侧和前方两侧面的高行程伸缩支腿。
优选的，所述结构平台上设有支撑座，所述立架包括独立架和伸缩杆，所述独立架与所述支撑座铰接，所述伸缩杆一端与所述结构平台铰接，另一端与所述独立架铰接。
进一步的，所述支撑座为龙门架，所述独立架为伸缩架，所述结构平台上还设有支架，所述支架的上表面设有用于容纳绳索的条形槽，所述支撑座和支架的高度设置为：当所述立架由所述支撑座和支架同时支撑时，所述立架的下表面与所述结构平台上的设备留有间隙。
优选的，所述送料机构还包括储料斗和由所述动力单元驱动的螺旋输送机，所述储料斗设置在螺旋输送机的进料口处的对应位置，以使所述螺旋输送机的进料口与所述储料斗出料口内部空间连通，所述螺旋输送机的出料口对应于所述挤密桩桩孔位置，所述螺旋输送机内设有喷水口。
进一步的，所述送料机构还包括填料中转组件，所述填料中转组件包括接料斗和用于承接从所述接料斗的底出口漏下的填料的螺旋杆，所述接料斗设置在所述螺旋输送机的出料口下方或侧下方的对应位置的一端，所述螺旋杆的另一端设置在挤密桩桩孔的对应位置，以使所述螺旋输送机输出的填料经填料中转组件后落入挤密桩桩孔内。
进一步的，所述储料斗内设有搅拌装置，在所述储料斗外侧设有振动器。
设计一种挤密桩地基处理的施工方法，包括如下步骤：将前述自动填料夯实设备设置在挤密桩桩孔旁边，通过控制器协调第一卷扬机和动力单元，以使送料机构向所述挤密桩桩孔内填料的数量与所述夯实锤的锤击频率相联动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用控制器将送料机构、第一卷扬机联动后，锤击频率、填料量相联动，自动填料夯实设备能够充分均匀填料夯实，且制造出的挤密桩的质量稳定，当填料为灰土、碎石、干硬性混凝土及其它硬质材料，通过连续均匀填料夯实挤密后，同条件下，比常规复合地基承载力高出30%以上，减少桩数，节约造价。
附图说明
图1为一种自动填料夯实设备的结构示意图。
图2为图1的立架展开后的结构示意图。
图3为图2的右视图。
图中，1为结构平台，11为立架，111为支撑座，112为独立架，1121为第一节架体，1122为第二节架体，12为伸缩杆，13为支架，14为抬升装置，141为横臂，142为高行程伸缩支腿，143为伸缩杆，144为铰接杆，2为夯实组件，21为夯实锤，22为护筒，231为绳索，232为绳索，241为滑轮，242为滑轮，31为卷扬机，32为卷扬机，4为送料机构，41为储料斗，42为动力单元，43为螺旋输送机，44为填料中转组件，441为接料斗，442为滑道，61为旋转装置，62为行走底盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：一种自动填料夯实设备，参见图1-3，包括结构平台1、夯实组件2、送料机构4、电控装置。
参见图1-3，结构平台1上设有立架11。本实施例中，立架11采用折叠结构，在结构平台1的上表面设有支撑座111，在支撑座111上铰接有独立架112，独立架本实施例中，支撑座111选用龙门架，独立架112可以是杆状，井字架、倒l形架，t形架，在结构平台1上还安装有用于收放独立架112的伸缩杆12和用于支撑折叠后的独立架112的支架13，支撑座111和支架13的高度设置为：当立架11折叠后并由支撑座111和支架13同时支撑时，立架11的下表面与结构平台1上的设备留有间隙，这样不会损坏结构平台1上的设备。本实施例中，伸缩杆12选用液力执行器，伸缩杆12一端铰接在结构平台1上，另一端铰接在独立架112上。支架13选用门形，在支架13上设有条形槽，当立架11折叠并压在支架13上时，该条形槽用于容纳绳索。如图1，当伸缩杆12的勾贝杆缩回后，独立架12处于折叠状态，其一端由支撑座111支撑，另一端由支架13支撑。当伸缩杆12的勾贝杆伸出后，独立架12立于支撑座111上，并由支撑座111提供支撑，伸缩杆12、结构平台1、支撑座111和独立架112形成三角形。支撑座与立架采用可折叠结构，设备钢护筒、钢柱锤、钢丝绳等所有配置均不用拆卸，可整体运输方便快捷。采用龙门架，支撑效果更优。
作为改进，独立架112选用伸缩架，伸缩架包括至少两节顺次连接的架体，本实施例中，伸缩架包括第一节架体1121和第二节架体1122，第一节架体1121的上部设有多个第一穿孔，这些第一穿孔设置在不同高度上，第二节架体1122的下部设有第二穿孔，第二穿孔内设有连接杆，通过将连接杆插入对应高度的第一穿孔内，实现调节独立架112高度的目的。
参见图1-3，在结构平台1下方设有行走底盘62，行走底盘62上设有旋转装置61，行走底盘62选用履带式行走底盘，旋转装置61包括底座和枢轴安装在底座上的活动台，以及用于驱动活动台转动的伺服电机，安装时，底座与行走底盘62固定连接，活动台与结构平台1固定连接，旋转装置61具有360°旋转角。履带式行走底盘使自动填料夯实设备移动更平稳，就位速度快；旋转装置使自动填料夯实设备具有小空间适应能力，就位速度快。
参见图1-3，结构平台1上还设有抬升装置14，抬升装置14包括与结构平台固定连接的高行程伸缩支腿142，高行程伸缩支腿142可以安装在结构平台1的下方或侧面，本实施例中，高行程伸缩支腿142有4个，选用液力执行器。当高行程伸缩支腿142的勾贝杆缩回后，结构平台1下方的行走底盘62与地面接触，勾贝杆底端的支撑脚与地面脱离；当高行程伸缩支腿142的勾贝杆伸出后，结构平台1下方的行走底盘62与地面脱离，此时，运输车的装车面能够开入结构平台下方，能够实现快速装卸车的目的。在采用液力执行器使高行程伸缩支腿可以摆动后，四个高行程伸缩支腿即分别设置在结构平台1的后方两侧和前方两侧。
为了使抬升装置14的支撑面能够改变，本实施例中，抬升装置14还包括安装在高行程伸缩支腿142侧方的横梁141、用于移动横梁141的伸缩杆143，横梁141与液力执行器的缸体固定连接，在结构平台1的侧面设有铰接杆144，横梁141的另一端铰支连接在铰接杆144上。本实施例中，伸缩杆143选用液力执行器，伸缩杆143的一端铰接在结构平台1上，另一端铰接在横梁141上。当伸缩杆143的勾贝杆缩回后，高行程伸缩支腿142向伸缩杆侧旋转移动，当伸缩杆143的勾贝杆伸出后，高行程伸缩支腿142向远离伸缩杆侧旋转移动，从而改变高行程伸缩支腿142的支撑面。
参见图3，夯实组件2包括由卷扬机31提拉的夯实锤21，以及由卷扬机32提拉的用于设置在夯实锤21外的护筒22；本实施例中，在第二节架体1122的顶部安装有滑轮241，卷扬机31上缠绕有绳索231，绳索231的另一端绕过滑轮241，并固定在夯实锤21的顶面上。在第一节架体1121的顶部安装有滑轮242，卷扬机32上缠绕有绳索232，绳索232的另一端绕过滑轮242，并固定在护筒22的顶部。绳索231和绳索232一般选用钢丝绳。夯实锤21为长条状，其截面可以是圆形，也可以是多边形，夯实锤的底面可以是平底、圆弧面、锥体，当选用圆弧面时，一般以夯实锤21的中心线为轴形成圆弧面。夯实锤21一般为钢柱，柱顶上设有吊环，直径300～600mm，质量3～10t，绳索23的一端绑结在吊环上。护筒22用于形成限位管，以使夯实锤21对应于挤密桩基孔。
本实施例中，卷扬机31为与夯实锤适配的自动提升快放卷扬机，卷扬机31提升速度20～40米/分，卷扬机拉力60kn～100kn。采用卷扬机32提拉护筒22，可用于在挤密桩基孔缩颈时，将护筒22下放并设置在挤密桩基础的缩颈处，此时护筒22兼具护壁的作用。送料机构4排出的填料可以由护筒22和夯实锤21之间的缝隙落到挤密桩基孔底部，也可以在夯实锤21被提起后，从护筒22内落到挤密桩基孔底部。
参见图1-3，送料机构4包括储料斗41、具变速功能的动力单元42、由动力单元42驱动的输送机43，输送机43设置在储料斗41下部或下方的对应位置，以使输送机43的进料口与储料斗41内部空间连通，输送机43的出料口对应于挤密桩基孔。本实施例中。输送机43选用螺旋输送机，如图，螺旋输送机的进料口设置在储料斗41的底出口下方并与该底出口通过管道连接。在其它实施例中，螺旋输送机的螺旋叶片可以部分地设置在储料斗41内。
具变速功能的动力单元42一般采用变频调速器和交流电机的组合。本实施例中，电控装置上设有控制器，控制器用于获取夯实锤21的锤击频率并控制动力单元42的输出速度，控制器采用plc，生产plc的公司有ormon欧姆龙自动化公司，一种晶体管型plc的型号是cp1e-n14dt-a，变频调速器可选普传科技pi9000系列。控制器用于获取夯实锤21的锤击频率并控制动力单元42的输出速度。一种获取夯实锤21锤击频率的方式是采用设置在立架11上的光电传感器获取夯实锤21在固定时长内落下的次数，光电传感器与控制器对应电连接。本实施例中，卷扬机31选型为程控自动提升快放卷扬机，控制器分别与变频调速器、卷扬机31的控制端电连接。具体连接方式参见产品说明书。本实施例中，控制器还与伺服电机电连接。
本实施例中，螺旋输送机内设有喷水口（未画出），喷水口设置在螺旋输送机进料口附近位置处。一种较好的实现方式是，喷水口的进水口设置在螺旋输送机的侧面，进水口用于连接外部水源，如自来水、抽水泵输出的带压水，这样可以根据需要调整填料的干湿度，便于充分发挥填料更优的夯实挤密作用。
为使从输送机43的出料口排出的填料能够精准落入挤密桩基孔内，送料机构4还包括填料中转组件44，填料中转组件44包括接料斗441和用于承接从接料斗441的底出口落下的填料的滑道442，接料斗441设置在输送机41的出料口下方或侧下方的对应位置，滑道442的另一端设置在挤密桩基孔的对应位置，以使螺旋输送机输出的填料经填料中转组件44后落入挤密桩基孔内。一种较优的设计方式是，接料斗441安装在滑轨上，滑轨的轨道与输送机41的输送方向平行，滑轨通过伸缩杆实现固定在结构平台1上的目的，这样，接料斗441便能够上下、左右移动。
本实施例中，储料斗41内设有搅拌装置（未画出），在储料斗41外表面的下部还设有振动器（未画出），振动器一般设置在储料斗41的倾斜面上。带搅拌装置的储料斗41为现有产品，如立式搅拌机。振动器也为现有产品，如气动振动器、电磁振动器、振动电机等。搅拌装置用于一种或两种以上的材料经搅拌后填料均匀混合，振动器用于加快下料速度，防止填料滞留在储料斗内。
该自动填料夯实设备的工作过程是：运输车将自动填料夯实设备运输到目的地后，启动自动填料夯实设备，及液压系统，使伸缩杆143展开，以使高行程伸缩支腿142的投影区域内无障碍物，然后使高行程伸缩支腿142的勾贝杆伸出，直至行走底盘62脱离与运输车的接触，将运输车从自动填料夯实设备下方驶离。之后根据需要使高行程伸缩支腿142的勾贝杆缩回、调整伸缩杆143的长度。当需移动自动填料夯实设备时，应使高行程伸缩支腿142脱离与地面接触，通过行走底盘62微调自动填料夯实设备位置，通过旋转装置61调整结构平台1的方向，以使独立架112竖起后，夯实锤21位于挤密桩基孔正上方。然后通过伸缩杆143调整高行程伸缩支腿142的位置，使高行程伸缩支腿142的勾贝杆伸出并与地面接触以平衡重量。使伸缩杆12的勾贝杆伸出，以使独立架112竖起。之后安装夯实锤21和护筒22。向储料斗41内添加填料，根据需要启动搅拌装置，根据需要将喷水口接入外部水源；然后启动控制器，之后启动卷扬机31和动力单元42，卷扬机31拉动夯实锤21上升并松开，夯实锤21在护筒22的规制下自由落体形成锤击挤密桩基孔的效果，在此过程中，储料斗41内的填料经输送机43、填料中转组件44后落到挤密桩基孔内，由于挤密桩基孔的孔径大于夯实锤21的外径，而且护筒22和夯实锤21之间也存在缝隙，故填料能够落到挤密桩基孔底部，并被落下的夯实锤21锤击挤实。采用电控装置，使送料机构向挤密桩桩孔内填料的数量与夯实锤的锤击频率相联动，联动的目的是使送料机构向挤密桩桩孔内输送的填料恰好满足夯实锤的最佳锤击能力，该联动的最优值由本技术领域的技术人员在本技术领域的常识的基础上，结合有限次实验确定。这样，就能够避免夯实锤无法有效夯实填料或填料过少或过多导致的夯实效率低下和挤密效果差的问题。
在转场自动填料夯实设备时，绑固夯实锤21和护筒22，然后使伸缩杆12的勾贝杆收缩，独立架112旋转并落在支架13上，使高行程伸缩支腿142的勾贝杆伸出，并使行走底盘62的高度高于运输车的运输面，将运输车驶入自动填料夯实设备下方，使高行程伸缩支腿142的勾贝杆缩回，之后使伸缩杆142缩回，以减少自动填料夯实设备的空间占比。自动填料夯实设备装车完毕。
实施例2：一种挤密桩地基处理的施工方法，包括如下步骤：将实施例1中的自动填料夯实设备设置在挤密桩基孔旁边，通过控制器协调卷扬机31和动力单元42，以使送料机构4向挤密桩基孔内填料的数量与夯实锤21的锤击频率相联动。该联动的最优值由本技术领域的技术人员在本技术领域的常识的基础上，结合有限次实验确定。这样，就能够避免夯实锤无法有效夯实填料或填料过少导致的夯实效率低下的问题。
利用控制器将送料机构、卷扬机31联动后，锤击频率、填料量相联动，自动填料夯实设备能够充分夯实填料，且制造出的挤密桩的质量优异，当填料为灰土、碎石、干硬性混凝土及其它硬质材料，通过连续填料夯实挤密后，同条件下，比常规复合地基承载力高出30%以上，减少桩数，节约造价。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。