地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置及施工方法与流程

本发明涉及一种桩基础施工设备及施工方法，具体地说是一种地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置及施工方法。

背景技术：

目前，在我国地基处理及垂直防渗处理方法中，smw工法机、连续墙抓斗、trd工法机近几年得到广泛应用。液压铣削搅拌水泥土地连墙（hcscmw工法）是一种世界公认的先进止水防渗连续墙。但是无论是液压铣削还是多轴搅拌以及连续墙抓斗都有一个共同的问题，那就是为了避免单侧受力引起偏移，施工顺序均采用跳打方式完成。trd工法机虽然解决了上述问题，但用于搅拌施工其存在造价昂贵效率不高的问题。

现有的地基处理及垂直防渗处理常用的铣削搅拌装置的结构为：设有导向安装架，导向安装架上侧设有可提升的连接装置，导向安装架内设有加压卷扬机，导向安装架下侧上设有铣削连杆，铣削连杆上设有液压油管、注浆管和水管，分别用于为液压驱动装置提供动力、注入水泥浆及为提高搅拌效果注入压缩空气。铣削连杆下端设有液压驱动装置（包括液压马达和减速机的液压驱动总成）和铣削搅拌轮，液压油管下端与液压驱动装置相连为其提供液压动力，注浆管可向铣削搅拌后的地下灌注水泥浆和压缩空气等。使用时，将连接装置与主机（打桩架）牵引绳索相连，导向安装架（一侧）可上下滑动、为其导向的连接在主机的滑道上，液压油管与主机液压系统相连，主机上设有注浆器和气泵，注浆器经管路与注浆管相连、气泵经导管与气管相连，加压卷扬机与主机底部相连。主机牵引绳索带动铣削搅拌装置上下运动，导向安装架与主机竖直桩架上的滑道配合为其导向，主机液压系统通过液压油管为液压驱动装置提供动力，液压驱动装置带动铣削搅拌轮转动对土地进行铣削搅拌，加压卷扬机通过加压绳索下拉为铣削搅拌轮提供压力，主机可带动铣削搅拌装置左右或上下移动。

现有的这种地基处理及垂直防渗处理用的铣削搅拌装置上下往复运动只对一处土体进行了铣削搅拌，效率仅50%，工作效率低。smw工法为目前最为主流高效的施工方法，其三轴距离均是固定不变，为了避免产生偏斜也必须采用跳打方式来完成；如果每一个轴搅拌的直径设为一个单位，则三轴搅拌的施工方法主要是采用移动主机进4个单位退2个单位的跳打方式，移动距离是走6个单位长度实际只进2个长度单位，有效移动仅为33.3%。作为上下搅拌施工过程，虽然是上下两个钻进行程，处理六个单位中有效行程只有四个行程，另外两个行程属于复打。所以有效搅拌仅为66%。单轴搅拌效率更低。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉，工作效率高，工作可靠的地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置及施工方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置，设有导向安装架，导向安装架上侧设有可提升的连接装置，导向安装架内设有加压卷扬机，导向安装架下侧上设有铣削连杆，铣削连杆上设有液压油管、注浆管和水管，其特征在于铣削连杆下端设有安装座，安装座上铰接有可左右摆动的左摆臂和右摆臂，安装座或铣削连杆上设有摆臂驱动装置，摆臂驱动装置可驱动左摆臂和右摆臂摆动；左摆臂和右摆臂下端分别设有左液压驱动装置、左铣削搅拌轮和右液压驱动装置、右铣削搅拌轮，左液压驱动装置与左铣削搅拌轮相连、右液压驱动装置与右铣削搅拌轮相连；左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮在摆臂驱动装置的驱动控制下可调节左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轮间距；液压油管下端分别与左液压驱动装置和右液压驱动装置相连。

本发明中摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向合拢方向摆动，可带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至二者左右并列，此时左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距大于左铣削搅拌轮直径，优选左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距是左铣削搅拌轮直径1-1.1倍；摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向分离方向摆动，可带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮直径的2-4倍，即：左铣削搅拌轮的左侧边和右铣削搅拌轮的右侧边的距离为左铣削搅拌轮的直径的3-5倍，优选左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮的直径的3-3.5倍。本发明中左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的直径相同。

本发明中所述的左铣削搅拌轮包括左前铣削搅拌轮和左后铣削搅拌轮，右铣削搅拌轮包括右前铣削搅拌轮和右后铣削搅拌轮。左前铣削搅拌轮和左后铣削搅拌轮相背设置、右前铣削搅拌轮和右后铣削搅拌轮相背设置，提高对土体的铣削搅拌宽度既可，又保证了安装座、铣削连杆位于左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的上方，更容易下行、进入土体内。

本发明中所述的左液压驱动装置包括左前液压驱动装置和左后液压驱动装置，右液压驱动装置包括右前液压驱动装置和右后液压驱动装置，左前液压驱动装置与左前铣削搅拌轮相连、左后液压驱动装置与左后铣削搅拌轮，右前液压驱动装置与右前铣削搅拌轮相连、右后液压驱动装置与右后铣削搅拌轮相连。

本发明中所述的摆臂驱动装置的结构是：左摆臂右侧铰接有左传动连杆（一端）、右摆臂左侧铰接有右传动连杆（一端），所述的摆臂驱动装置是在左摆臂和右摆臂之间的安装座或铣削连杆上设有可驱动左传动连杆和右传动连杆另一端上下（铣削连杆轴向）运动的驱动器，左传动连杆和右传动连杆另一端与驱动器输出端相连。

本发明中所述的驱动器为液压油缸或气缸。左传动连杆和右传动连杆另一端与液压油缸或气缸的活塞杆铰接。

本发明中所述的驱动器为丝杠。左传动连杆和右传动连杆另一端与丝杠的螺母铰接。

本发明中所述的摆臂驱动装置的结构是：左摆臂和右摆臂与安装座铰接的铰接轴上设有摆动齿轮，安装座或铣削连杆上设有齿轮驱动装置，齿轮驱动装置的输出轴经主动齿轮与摆动齿轮相连。齿轮驱动装置可以是液压驱动装置，也可以是电机。

本发明中所述的安装座呈左右两侧设有竖直导向面的箱状，在工作过程中安装座左右两侧的竖直导向面起到导向作用。

上述地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向合拢方向摆动，带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至二者左右并列，左液压驱动装置和右液压驱动装置工作、带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮旋转；

第二步：打开泥浆管和气管，然后左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向下运动、对土体进行铣削搅拌施工；

第三步：当左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向下运动至设定深度后，摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向分离方向摆动，带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮直径的2-4倍；左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮不停止旋转。

第四步：左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向上运动、对土体进行铣削搅拌施工；

第五步：沿施工方向将铣削连杆移动至少左铣削搅拌轮直径3-5倍的距离，然后重复第一步。

本发明的铣削过程没有偏心载荷也就避免了跳打的往复移动，一个上下往返完成的是可以4个单位长度以上（4个左铣削搅拌轮直径长度）的铣削工作；从而使得移动效率和有效搅拌效率均达到100%，由原来传统工艺两次完成的工作现在一次完成，本发明具有结构简单、成本低廉，工作效率高，工作可靠等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的a-a剖面图。

图3是本发明左摆臂和右摆臂向分离方向摆动后的结构示意图。

图4是本发明装配在主机上时的结构示意图。

图5是本发明施工中左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向下运动、对土体进行铣削搅拌施工时的示意图。

图6是本发明施工中左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向上运动、对土体进行铣削搅拌施工时的示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示的地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置，设有用于与主机14相连的导向安装架1，导向安装架1上侧设有可提升的连接装置0，从图中可以看出，连接装置0为定滑轮。导向安装架1内设有加压卷扬机2，导向安装架1下侧上设有中空的铣削连杆3，铣削连杆3内固定安装有液压油管4、注浆管5和气管，分别用于为液压驱动装置提供动力、注入水泥浆及为提高搅拌效果注入压缩空气；上述结构与现有技术相同，不在赘述。本发明的特点是：铣削连杆3下端设有安装座13，安装座13上铰接有以铣削连杆轴线对称、可左右摆动的左摆臂和右摆臂9，设有摆臂驱动装置，摆臂驱动装置可驱动左摆臂和右摆臂9摆动并定位；从图中可以看出，所述的摆臂驱动装置的结构是：左摆臂右侧与左传动连杆的下端部铰接，右摆臂9左侧与右传动连杆7的下端部铰接，在左摆臂和右摆臂9之间的安装座13内设有可驱动左传动连杆和右传动连杆7上端上下运动的驱动器，左传动连杆和右传动连杆7上端与驱动器输出端相连；所述的驱动器为液压油缸6，设置在左摆臂和右摆臂9之间的安装座13内、位于左摆臂和右摆臂9上方；左传动连杆和右传动连杆7上端与液压油缸6的活塞杆铰接；所述的驱动器也可以为丝杠，左传动连杆和右传动连杆上端与丝杠的螺母铰接。左摆臂和右摆臂下端分别设有左液压驱动装置、左铣削搅拌轮和右液压驱动装置11、右铣削搅拌轮10，左液压驱动装置与左铣削搅拌轮相连、用于驱动其旋转工作，右液压驱动装置11与右铣削搅拌轮10相连、用于驱动其旋转工作；左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮10在摆臂驱动装置的驱动控制下（摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂对称的左右摆动）可调节左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轮间距；摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向合拢方向摆动，可带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至二者左右贴近的并列，即：左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮10的轴间距为左铣削搅拌轮直径的1-1.5倍，优选1.01倍；摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向分离方向摆动，可带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮直径的2-4倍，优选3-3.05倍，即：左铣削搅拌轮的左侧边和右铣削搅拌轮的右侧边的距离为左铣削搅拌轮直径的3-5倍；左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的直径相同。液压油管4下端分别与左液压驱动装置和右液压驱动装置11相连、为其提供液压动力。

本发明进一步改进，所述的左铣削搅拌轮包括左前铣削搅拌轮和左后铣削搅拌轮，右铣削搅拌轮包括右前铣削搅拌轮和右后铣削搅拌轮；所述的左液压驱动装置包括左前液压驱动装置和左后液压驱动装置，右液压驱动装置包括右前液压驱动装置和右后液压驱动装置，左前液压驱动装置与左前铣削搅拌轮相连、左后液压驱动装置与左后铣削搅拌轮，右前液压驱动装置与右前铣削搅拌轮相连、右后液压驱动装置与右后铣削搅拌轮相连。左前铣削搅拌轮和左后铣削搅拌轮相背的对称设置在左摆臂的前后两侧，右前铣削搅拌轮和右后铣削搅拌轮相背的对称设置在右摆臂9前后两侧，既可提高对土体的铣削搅拌宽度（前后方向的距离），又保证了安装座、铣削连杆位于左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的上方，更容易下行、进入土体内。左液压驱动装置和右液压驱动装置（轴向上）分别位于左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的叶片之内，在土体内进出的阻力小，所需动力小。

本发明进一步改进，所述的安装座13整体呈矩形箱状、左右两侧为上下竖直的导向面，所述的摆臂驱动装置设置在安装座内；安装座下部左右两侧、前后方向的中部分别设有左侧和下侧敞开的左摆臂铰接槽和右侧和下侧敞开的右摆臂铰接槽8，左摆臂和右摆臂9分别插入左摆臂铰接槽和右摆臂铰接槽8内、经摆臂轴12与安装座的侧壁铰接。左摆臂铰接槽和右摆臂铰接槽间的安装座左侧壁和安装座右侧壁上分别设有上下方向设置、呈长条状的左传动连杆运行口和右传动连杆运行口，左传动连杆穿过左传动连杆运行口两端分别与左摆臂和摆臂驱动装置铰接，右传动连杆穿过右传动连杆运行口两端分别与右摆臂和摆臂驱动装置铰接。该结构安装座装配简单方便，左右两侧的竖直导向面在左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向上运动时，对其运动方向起到导向的作用。

上述地基处理及垂直防渗处理用双轮铣削搅拌装置的施工方法，如图5、图6所示，包括如下步骤：

第一步：摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向合拢方向摆动，带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至二者左右并列，左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮直径的1-1.02倍，左液压驱动装置和右液压驱动装置工作、带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮旋转；

第二步：打开气泵和注将泵，然后左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向下运动、对土体进行铣削搅拌施工；如图5所示，已施工土体15、未施工土体16。

第三步：当左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向下运动至设定深度后，摆臂驱动装置驱动左摆臂和右摆臂向分离方向摆动，带动左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮移动至左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的轴间距为左铣削搅拌轮直径的3-3.05倍；左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮不停止旋转。

第四步：左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮向上运动、对土体进行铣削搅拌施工；如图6所示，在此步中，由于左铣削搅拌轮左侧为已完成施工的已施工土体15，已施工土体15对左铣削搅拌轮左侧产生的压力小于未施工土体16对右铣削搅拌轮右侧产生的压力，左铣削搅拌轮和右铣削搅拌轮的左右两侧受力不均、易发生向左偏移，此时安装座左右两侧的竖直导向面与未施工土体16配合、起到均衡侧压力导向的作用。

第五步：沿施工方向将铣削连杆（向左或向右）移动左铣削搅拌轮直径4-4.05倍的距离，然后重复第一步。

本发明在使用时，如图4所示，将连接装置与主机14（打桩架的主机）牵引绳索相连，导向安装架一侧可上下滑动、为其导向的连接在主机14竖直桩架的滑道上，液压油管与主机液压系统相连，主机上设有注浆器和气泵，注浆器经管路与注浆管相连、气泵经导管与气管相连，加压卷扬机与主机底部相连。主机14带动本发明左右移动、上下运动及工作，其连接和驱动方式与现有的地基处理及垂直防渗处理铣削搅拌装置相同。本发明在铣削搅拌过程没有偏心载荷也就避免了跳打的往复移动，一个上下往返完成的是4个单位长度（4个左铣削搅拌轮或右铣削搅拌轮直径长度）的铣削工作；从而使得移动效率和有效搅拌效率均达到100%，由原来传统工艺两次完成的工作现在一次完成，本发明具有结构简单、成本低廉，工作效率高，工作可靠等优点。