用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统和调节方法与流程

本发明涉及土木工程施工技术领域，具体讲是一种在成孔灌注桩施工或地连墙槽道施工时用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统和调节方法。

背景技术：

在施工成孔灌注桩时，或者施工地连墙挖槽道时，常需要向成孔或成槽中灌入泥浆，以形成护壁的泥皮，用于防止坍塌。而粘度是泥浆的重要参数，其具体数值需要吻合施工现场的实际工况，若粘度过低，自然无法保障护壁效果，孔壁或槽壁土体容易掉落沉渣，降低工程质量，甚至可能发生塌孔，但粘度过高，则会造成泥皮过厚，成桩或成地连墙后，会导致桩体或墙体与周围土体的侧摩阻力不足，同样会降低桩体或墙体的工程质量。所以，现有技术会先在施工场地打测量孔，测出施工现场的土层分布、厚度、地下水位等各项指标，以此来确定出护壁泥浆的具体粘度值。

然而，上述护壁方式在地下水丰富的沿江或沿海地区则存在缺陷：上述方式忽略了一个重要的变量，即由于潮汐引发的地下水位升降变化，且上述地区的地下水位变动客观上也较为频繁，而地下水位升高后，则需要大粘度的泥浆护壁，而地下水位回落后，则需要小粘度的泥浆护壁。换句话说，现有技术采用恒定粘度值的泥浆，难以满足地下水位变动频繁的地区护壁的需要。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能根据测量孔的地下水位高度调节送入孔内或槽内的泥浆粘度的用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统；它包括泥浆池和用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第一注浆管，该系统还包括设置在测量孔内的水位测量仪；泥浆池和第一注浆管之间设有泥浆粘度调节装置，该装置包括混合腔和检验池，混合腔的进浆口经一根进浆管与泥浆池连通，混合腔上连通有进水管和用于添加粘度剂粉末的加粉漏斗，进水管和加粉漏斗上各设一个调节阀；混合腔内设有一个经第一电动机带动的波轮；混合腔的第一出浆口与检验池入口连通；检验池内设有粘度检测探头；检验池第一出口与第一注浆管连通，检验池的第二出口经一根回浆管与混合腔的回浆口连通；第一注浆管上设有泵和截止阀，回浆管上也设有泵和截止阀；该系统还包括高粘度备用池和低粘度备用池，高粘度备用池出口连通有用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第二注浆管，第二注浆管上设有泵和截止阀；低粘度备用池出口连通有用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第三注浆管，第三注浆管上也设有泵和截止阀。

采用以上结构的泥浆粘度调节系统与现有技术相比，具有以下优点。

该系统的工作过程为：由测量孔内的水位测量仪检测地下水位具体高度值，并发送测量结果；人们根据测量结果，针对性的对泥浆粘度进行调节，具体的说，泥浆池的原浆进入混合腔后，若地下水位高，则经加粉漏斗向内添加粘度剂粉末以增大泥浆粘度，若地下水位低，则经进水管加水以降低泥浆粘度，且通过控制进水管或加粉漏斗上的调节阀的开度实现水或粘度剂具体添加量的增减，以增减泥浆加粘或稀释的程度；而波轮能进行初步搅拌，使浆液均匀；而且，搅拌后的泥浆进入检验池，若粘度符合目标值，则由第一注浆管输送至孔或槽内有效护壁，若粘度不合格，则经回浆管返回混合腔内重新搅拌；故能确保最后进入孔槽的护壁的主体部分泥浆精确吻合粘度要求，以获取最佳的护壁效果；况且，当检验池中的泥浆粘度暂时不符合要求被送回混合腔重新搅拌时，则根据泥浆的目标粘度与当下实际粘度的差值，临时性的选择将高粘度备用池或低粘度备用池的泥浆送入孔槽中，这就避免了主体部分的泥浆在粘度暂时达不到要求被运送回混合腔时泥浆断流不足护壁的弊端。

而泥浆具体的加粘或稀释程度，则可以靠工人经验总结得出，且地下水位高度与泥浆的最佳粘度值基本呈线性关系，故调节时，可以秉承以下原则。地下水位为平均高度值时，总结出一个适宜的标准粘度；当前地下水位值是平均高度的几倍或几分之几，则当前调节的目标粘度就是标准粘度的几倍或几分之几。

所述的粘度剂粉末是常规现有技术，它是由多种已知材料如膨润土粉末、纤维素粉末、烧碱或纯碱颗粒混合而成。

由以上分析可知，上述系统实现了根据地下水位针对性调节泥浆粘度的功能，满足了在地下水位变动频繁的沿江沿海地区，泥浆护壁的需要，使得泥浆粘度适中，既不过过低而导致坍塌，又能避免粘度过大造成的泥皮过厚；而且，该系统能检验搅拌后的泥浆是否符合粘度目标值，符合则对孔槽输入，不符合则送回混合腔重新搅拌；况且，当泥浆主体部分也就是位于检测池中的泥浆粘度不合格被重新送回搅拌时，可以根据粘度目标值与实际粘度值的差值从两个备用池中选择大粘度或小粘度的泥浆对孔槽临时护壁，避免护壁过程中泥浆断流，且尽可能使临时护壁的泥浆更匹配当下地下水位高度值的需求。

作为优选，该泥浆粘度调节装置还包括搅拌筒，搅拌筒的筒内壁固定有内螺旋叶片，搅拌筒中心设有一根经第二电动机带动的搅拌轴，搅拌轴上设有外螺旋叶片；混合腔的第一出浆口经一级输浆管与搅拌筒的入口连通，搅拌筒出口经二级输浆管与检验池入口连通；这样，泥浆经混合腔初步搅拌后，进入到搅拌筒，被筒内壁的内螺旋叶片导流，螺旋前进，且搅拌轴及外螺旋叶片的旋转会加剧螺旋的趋势，双重螺旋极大加强了泥浆搅拌的效果，促使泥浆能快速到达目标粘度；换句话说，该系统叠加了混合腔和搅拌筒的双重搅拌，搅拌充分，粘度调节速度快；该特征与前述的备用池泥浆临时护壁的特征相互结合，正是由于搅拌筒缩短了泥浆到达目标粘度的时间，故最大程度上降低了临时护壁的备用池中的泥浆粘度与目标粘度存在偏差的不良影响，通俗的讲，当检验池中的主体泥浆反流重新搅拌时，虽然可以用备用池中大粘度或小粘度的备用泥浆临时护壁，但毕竟备用泥浆与目标粘度存在偏差，但由于搅拌筒和混合腔的共同作用，极大程度的缩短了主体泥浆向目标粘度的调节过程，故使备用泥浆临时护壁的时间最大限度缩短，确保不会对护壁的整体效果造成实质性损伤。

作为进一步优选，混合腔第二出浆口经第一备用管与高粘度备用池入口连通，混合腔第三出浆口经第二备用管与低粘度备用池入口连通；第一备用、第二备用管和一级输浆管上各设一个截止阀；这样，在泥浆护壁之前，可以先截断一级输浆管，制备出高粘度的泥浆，并导通第一备用管，灌入高粘度备用池，或是制备低粘度泥浆，灌入低粘度备用池；换句话说，就是利用已有的混合腔结构方便的制备出高低两种粘度的备用泥浆。

作为又进一步优选，它还包括主控制器，主控制器分别与水位测量仪、粘度检测探头、进水管调节阀、加粉漏斗调节阀、三根注浆管上的三组泵和截止阀、以及回浆管上的泵和截止阀信号连接；这样，水位测量仪将当下的水位高度值发送给主控制器，主控制器由此判断出具体的加水量或者加粘度剂粉末的量，并控制进水管或加粉漏斗的具体开度，以加浓或稀释泥浆的粘度；且粘度检测探头将检测结果发送给主控制器，由主控制器判断是注浆护壁还是将浆液返回重新搅拌；而且，主控制器还能根据目标粘度，择一打开第二或第三注浆管，选择高粘度或低粘度的备用泥浆临时护壁；换句话说，上述连接结构实现了自动化控制和自动化调节。

作为再进一步改进，主控制器分别与第一备用管、第二备用管和一级输浆管上的三个截止阀信号连接；这样，护壁之前，主控制器能根据需要通断两根备用管及一级输浆管，自动制备出高粘度或低粘度的备用泥浆并自动输送入对应的备用池中。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能根据测量孔的地下水位高度调节送入孔内或槽内的泥浆粘度的基于上述用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统的调节方法。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种基于用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统的调节方法，其步骤包括：

a、截断一级输浆管，分别导通两根备用管，分别制备出高粘度和低粘度两种备用泥浆，并分别输送至对应的两个备用池内；

b、水位测量仪将测量孔内的地下水位高度发送给主控制器，判定出所需要的泥浆目标粘度；

c、将当下的泥浆粘度与目标粘度进行比对，判断需要加浓还是稀释，并择一控制进水管或加粉漏斗上的调节阀开度，对混合腔的泥浆加粉加浓或加水稀释，同时旋转波轮，初步搅拌；再导通一级输浆管将初步搅拌的泥浆送入搅拌筒充分搅拌，然后送入检验池；

d、判断当下检验池中的泥浆粘度是否符合目标粘度，若符合，则进入步骤e；若不符合，则进入步骤f；

e、打开第一注浆管的泵和截止阀，对孔槽灌浆；

f、暂时截断第一注浆管，并打开回浆管上的泵和截止阀，将检验池中的泥浆返回混合腔重新搅拌；同时，根据步骤c中作出的加浓或稀释的判断，择一打开第二注浆管或第三注浆管上的泵和截止阀，对孔槽中通入高粘度备用泥浆或低粘度备用泥浆，临时护壁；

直至检验池中的泥浆粘度符合目标粘度，则进入步骤e。

采用基于本发明的用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统的调节方法与现有技术相比，具有以下优点。

首先，充分考虑了地下水位高度潮汐变化这一变量，通过对泥浆加水或加粘度剂粉末来调节粘度进而消弭水位变量的不良影响；而且设置了检验池，预先对将要进入孔槽的泥浆粘度进行检验，符合粘度要求才灌浆护壁，不符合粘度则返回重新搅拌，从而更精确控制了泥浆粘度，提升了护壁效果；同时，在主体泥浆被返回重新搅拌这一小段时间内，根据粘度值加浓或稀释的需要，预先准备了高粘度或低粘度的两种备用泥浆，临时护壁，很大程度上消减了主体泥浆在该小段时间内断流的不利因素；况且，正是由于引入了混合腔和搅拌筒双重搅拌，尤其是搅拌筒内外双层螺纹同时作用，加快了泥浆搅拌调整达到目标粘度的速度，缩短了备用泥浆临时护壁的时间，这才最大限度修正了备用泥浆粘度并不是完全符合粘度要求的短板，从整体上实现了最佳的护壁效果；最后，在两个备用池和混合腔之间加设了连通的管路，可以利用已有的混合腔，预先方便制备出高低两种粘度的备用泥浆。

附图说明

图1是本发明泥浆粘度调节系统的结构示意图。

图2是图1偏转一定角度后的结构示意图。

图3是本发明泥浆粘度调节系统的混合腔的剖视结构示意图。

图4是本发明泥浆粘度调节系统的搅拌筒的剖视结构示意图。

图5是本发明泥浆粘度调节系统的混合腔去掉壳体后的结构示意图。

图6是本发明泥浆粘度调节系统的搅拌筒去掉外螺旋叶片后的剖视结构示意图。

图7是本发明泥浆粘度调节系统的搅拌轴和外螺旋叶片的结构示意图。

图中所示1、第一注浆管，2、混合腔，3、进浆管，4、进水管，5、加粉漏斗，6、第一电动机，7、波轮，8、搅拌筒，9、内螺旋叶片，10、第二电动机，11、搅拌轴，12、外螺旋叶片，13、一级输浆管，14、检验池，15、二级输浆管，16、回浆管，17、泵，18、传动轴，19、高粘度备用池，20、低粘度备用池，21、第二注浆管，22、第三注浆管，23、第一备用管，24、第二备用管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图7所示，本发明用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统，它包括用于储放原始泥浆的泥浆池和用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第一注浆管1。泥浆池和第一注浆管1之间设有泥浆粘度调节装置。

泥浆粘度调节装置包括混合腔2、搅拌筒8和检验池14。

混合腔2的进浆口经一根进浆管3与泥浆池连通，当然，由常理可知，进浆管3上设有泵17和截止阀。混合腔2上连通有接自来水的进水管4和用于添加粘度剂粉末的加粉漏斗5，进水管4和加粉漏斗5上各设一个调节阀；该调节阀为常规现有技术，可以手动和电动调节其开度。混合腔2内设有一个经第一电动机6带动的波轮7；具体的说，波轮7固定在一根传动轴18上，该传动轴18伸出混合腔2壳体外，且第一电动机6的输出轴经皮带与传动轴18配合传动。当然，第一电动机6可以直接固定在混合腔2壳体上。混合腔2的第一出浆口经一级输浆管13与搅拌筒8的入口连通。

搅拌筒8的筒内壁固定有内螺旋叶片9，搅拌筒8中心设有一根经第二电动机10带动的搅拌轴11，具体的说，第二电动机10固定在搅拌筒8的一个端盖上，第二电动机10的输出轴上固定有搅拌轴11，该搅拌轴11穿过该端盖伸入搅拌筒8；搅拌轴11位于搅拌筒8内的轴段上设有外螺旋叶片12；搅拌筒8出口经二级输浆管15与检验池14入口连通。

检验池14内设有粘度检测探头；该探头为市售的探头，如型号为spc/l321的粘度探头。检验池14第一出口与第一注浆管1连通，检验池14的第二出口经一根回浆管16与混合腔2的回浆口连通；第一注浆管1上设有泵17和截止阀，回浆管16上也设有泵17和截止阀。

该系统还包括高粘度备用池19和低粘度备用池20。高粘度备用池19入口经第一备用管23与混合腔2第二出浆口连通；高粘度备用池19出口连通有用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第二注浆管21，第二注浆管21上设有泵17和截止阀。低粘度备用池20入口经第二备用管24与混合腔2第三出浆口连通，低粘度备用池20出口连通有用于对成孔或成槽中灌注泥浆的第三注浆管22，第三注浆管22上也设有泵17和截止阀。

上述的第一备用管23、第二备用管24和一级输浆管13上各设一个截止阀。

该系统还包括设置在测量孔内的水位测量仪。该水位测量仪是成熟的现有技术，优选浮球式测量仪，即该测量仪包括孔内的浮球，浮球上设有刻度杆，孔口设有支架，支架上设有竖向导向套，刻度杆活动配合在导向套内，浮球随液面升降，带动刻度杆沿导向套升降，从而读出刻度。

当然，在混合腔2的内部也设有一个粘度检测探头。

本实施例中，该系统还包括主控制器，如plc芯片，或者电脑主机等。主控制器与水位测量仪信号连接，即水位测量仪设有信号发射模块，而主控制器设有信号接收模块。

主控制器分别与全部的粘度检测探头、全部的泵17、调节阀、电动机和截止阀信号连接。上述的信号连接是指，主控制器设有命令发射模块，而各个电器元件设有信号接收模块。

基于本发明用于泥浆护壁的泥浆粘度调节系统的调节方法，其步骤如下。

a、关闭一级输浆管13的截止阀，先打开第一备用管23的截止阀，并打开加粉漏斗5的调节阀，搅拌制备出高粘度备用泥浆，且混合腔2中的粘度检测探头发现泥浆达到高粘度要求后，输送至高粘度备用池19；然后打开第二备用管24的截止阀，并打开进水管4调节阀，搅拌制备出低粘度备用泥浆，且混合腔2中的粘度检测探头检测泥浆达到低粘度要求后，输送至低粘度备用池20；当然，也可以先制备低粘度泥浆再制备高粘度泥浆。

b、水位测量仪将测量孔内的地下水位高度发送给主控制器，判定出所需要的泥浆目标粘度；由工人长期实践总结，地下水位高度与泥浆的目标粘度值基本是呈一个线性关系，所以先总结出平均地下水位高度对应的标准粘度值，当前地下水位值是平均高度值的几倍或几分之几，则当前调节的目标粘度就是标准粘度值的几倍或几分之几。

c、利用混合腔2内部的粘度检测探头测量当下的泥浆粘度，并将当下的泥浆粘度与主控制换算出的目标粘度进行比对，判断需要加浓还是稀释，并择一控制进水管4或加粉漏斗5上的调节阀开度，对混合腔2的泥浆加粘度剂粉末加浓或加水稀释，同时旋转波轮7，初步搅拌；再截断两根备用管并导通一级输浆管13将初步搅拌的泥浆送入搅拌筒8充分搅拌，然后送入检验池14。

d、判断当下检验池14中的泥浆粘度是否符合目标粘度，若符合，则进入步骤e；若不符合，则进入步骤f。

e、打开第一注浆管1的泵17和截止阀，对孔槽灌浆。

f、暂时截断第一注浆管1，并打开回浆管16上的泵17和截止阀，将检验池14中的泥浆返回混合腔2重新搅拌；同时，根据步骤c中作出的加浓或稀释的判断，择一打开第二注浆管21或第三注浆管22上的泵17和截止阀，对孔槽中通入高粘度备用泥浆或低粘度备用泥浆，临时护壁。

直至检验池14中的泥浆粘度符合目标粘度，则进入步骤e。