一种三轴搅拌桩机自动添加纤维装置及其应用方法与流程

1.本发明涉及深基坑支护技术领域，尤其是一种三轴搅拌桩机自动添加纤维装置及其应用方法。


背景技术：

2.在水泥搅拌桩中添加短纤维能有效提高水泥土的抗弯性能和韧性，能大大减少裂缝的产生，尤其在采用三轴搅拌桩的smw工法桩的工程中的运用，能使得水泥土变形与内插型钢变形相协调，减少裂缝，提高其防水性能。
3.然而，因短纤维直接惨入水泥浆中会使喷头堵塞，须将纤维放到施工中的搅拌桩桩顶处，目前尚无专门设备，需要工作人员直接在桩机叶片边人工作业，安全性较低，准确性不高，受天气影响大。此外，由于短纤维的添加量及均匀度都显著影响了其对水泥搅拌桩的性能影响，例如：短纤维添加不足时，导致水泥搅拌桩的抗弯性能和韧性并无显著提高，但当短纤维添加过多时，经济性不足；同时，当短纤维添加不均匀时，水泥搅拌桩在桩身长度方向上其抗弯性能和韧性不一致，充分掺入短纤维的桩身局部的抗弯性能和韧性大于短纤维掺入量不足的桩身局部，严重时使得水泥搅拌桩的桩身在使用时受力不协调，反而导致存在风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种三轴搅拌桩机自动添加纤维装置及其应用方法，通过对短纤维的添加量进行严格控制同时配合施工工艺使短纤维可均匀地掺入到水泥搅拌桩之中，在兼具工艺要求和经济性的，进一步提高水泥搅拌桩的性能。
5.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种三轴搅拌桩机自动添加纤维装置，其特征在于：该装置安装在三轴搅拌桩机上，其包括料仓、料斗、鼓风机、支架和喷射管，其中所述料仓用于储存纤维，所述支架安装在所述料仓的底部使所述料仓离地一定高度，所述料斗安装在所述料仓的底部位置且两者之间构成连通，所述鼓风机的出风口与所述料斗的一侧连接，所述喷射管连接在所述料斗的另一侧。
6.所述料仓与所述料斗之间设置有自动进料机构和自动称重装置，所述自动进料机构具有可受控启闭的进料口，所述进料口控制所述料仓与所述料斗之间的连通状态；所述自动称重装置用于对所述料仓向所述料斗内的纤维进料量进行称重。
7.所述自动进料机构和所述自动称重装置分别信号连接至一控制箱，所述控制箱连接控制所述自动进料机构、所述自动称重装置以及鼓风机的工作状态，所述控制箱安装在所述三轴搅拌桩机的驾驶室内。
8.所述喷射管分为喷射主管和喷射旋转管，所述喷射主管和所述喷射旋转管之间铰接，所述喷射主管的一端连接所述料斗，另一端连接所述喷射旋转管，在所述喷射主管和所
述喷射旋转管之间设置有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置驱动所述喷射旋转管绕所述喷射主管旋转。
9.所述喷射管的出口指向所述三轴搅拌桩机的中间搅拌轴下部。
10.所述支架具有升降机构，所述升降机构由控制箱连接控制。
11.一种涉及上述三轴搅拌桩机自动添加纤维装置的应用方法，其特征在于：利用三轴搅拌桩机施作水泥土搅拌桩；在施作过程中，向料仓内添加纤维，同时通过控制箱启动自动进料机构、自动称重装置以及鼓风机；所述自动进料机构开启料仓与料斗之间的进料口以使所述料仓内的纤维进入所述料斗，所述自动称重装置对进入所述料斗内的纤维进行称重，所述鼓风机通过喷射管将所述料斗内的纤维喷射到三轴搅拌桩机的中间搅拌轴下部的水泥土上。
12.通过控制箱启动安装在所述喷射管上的旋转驱动装置，使所述喷射旋转管旋转，实现于所述中间搅拌轴一侧的旋转式供料。
13.本发明的优点是：能够按设计要求准确定量添加纤维，有效保证纤维添加量的准确性；能够提高纤维在水泥搅拌桩中的均匀性，显著提高水泥搅拌桩的抗弯性能和韧性；自动化程度高且在一般的天气情况下都能施工，工作人员可远离运转中的桩机螺旋叶片，安全性高，劳动强度低；结构简单合理，小型轻量化设计，使用方便，尤其是方便移运，适于推广。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中喷射管机构的结构示意图；图3为图2的侧视图；图4为本发明中自动进料机构和自动称重装置的结构示意图。
实施方式
15.以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-4所示，图中标记1-14分别表示为：料仓1、鼓风机2、控制箱3、料斗4、自动进料机构和自动称重装置5、喷射管6、支架7、万向轮8、旋转盘9、喷射旋转管10、喷射主管11、隔板12、称重传感器13、隔板14。
16.实施例：如图1至图3所示，本实施例中三轴搅拌桩机自动添加纤维装置用于在三轴搅拌桩机施作smw工法桩的过程中向smw工法桩的水泥土添加短纤维，用于提高smw工法桩的抗弯性能和韧性。
17.具体而言，如图1所示，该装置主体包括料仓1和料斗4，其中料仓1的上部具有开口，施工人员可将需要添加的短纤维通过开口倒入至料仓1之中，料斗4安装在料仓1的底部位置且两者的内腔之间构成连通，确保料仓1内的短纤维可进入到料斗4之中。料仓1的底部安装有支架7，通过该支架7可稳定安装本实施例中的装置本体。在料斗4的后侧设置有鼓风机2，其前侧设置有喷射管6，该鼓风机2用于产生强气流，以带动料斗4内的短纤维可通过喷射管6注入到三轴搅拌桩机的中间搅拌轴下部的水泥土上。
18.在料仓1和料斗4之间设置有自动进料机构和自动称重装置5，其中自动进料机构具有一可受控开合的进料口，当自动进料机构得到信号开启自动进料时，该进料口自动打开，料仓1内所存储的短纤维可凭借重力从该进料口位置落入料斗4之中，而自动称重装置则用于对落入料斗4内的短纤维进行称重，精确限定短纤维的添加量，提高其对水泥土抗弯性能和韧性的提升效果。
19.该自动进料机构和自动称重装置5可采用现有技术中的成熟产品实现。例如可采用图4所示的方式，在料仓1和料斗4之间沿高度方向设置有隔板12和隔板14；当料仓1内储存有短纤维时，隔板12可打开（旋转打开、水平位移打开）或通过在隔板12上设置的可受控启闭的开孔，使料仓1内的短纤维可进入到隔板12和隔板14之间的区域，此时隔板14内置的称重传感器13测量进入到此空间内的短纤维重量，而后将信号发至控制箱内集成的控制器，当短纤维重量满足添加量的要求后，隔板14再行打开，使足够重量的短纤维落入料斗4之中，而后在鼓风机2的作用下经由喷射管6喷射而出。
20.在本实施例中，在支架7的底部可拆卸的安装有万向轮8。一般而言，料仓1、料斗4和鼓风机2可安装在三轴搅拌桩机的驾驶室后部，随着三轴搅拌桩机在各个施工工位之间移动；但在一些情况下，例如施工场地限制或施工工艺限制时，支架7与三轴搅拌桩机的驾驶室后部机体之间可通过设置例如绑扎、限位插接、卡扣等可拆卸式的结构进行连接，从而使支架7与三轴搅拌桩机之间是可分离的，而后在支架7的底部安装万向轮8，使本实施例中的自动添加纤维装置可在施工场地内进行自由移动，以满足于不同位置的施工需要。
21.在本实施例中，支架7上可设置有升降机构，该升降机构可整体抬升料仓1及与其相连接的料斗4，进而调整与料斗4连接的喷射管6的位置高度，以满足不同高度位置的施工需要。
22.在本实施例中，在三轴搅拌桩机的驾驶室内安装有一控制箱3，该控制箱3用于对鼓风机2以及自动进料机构和自动称重装置5进行连接控制，包括鼓风机2的启闭，自动进料机构和自动称重装置5的启闭、参数设定及人工控制自动进料机构的启闭。
23.本实施例在使用时，优选在采用一种旋转供料的方式，使短纤维可被更为均匀的添加到三轴搅拌桩机的搅拌轴位置处，进而使短纤维可在搅拌轴的作用下进一步更为均匀的分布在smw工法桩的桩身内部。
24.结合图2和图3所示，与料斗4连接的喷射管6采用分段式的管体结构，其具体包括旋转喷射管10和喷射主管11，其中喷射主管11的一端与料斗4连接，另一端与旋转喷射管10铰接。该旋转喷射管10连接有旋转驱动装置，该旋转驱动装置包括旋转盘9以及设置在旋转盘9中心位置的中心驱动装置（图中未示出），该旋转盘9可在其中心驱动装置的驱动下旋转，而一端固定在旋转盘9上的旋转喷射管10可在旋转盘9的带动下同步旋转。如图2所示，图中虚线圈为旋转喷射管10的旋转路径；如图3所示，图中旋转喷射管10除了当前位置（实线位置）之外，也可在驱动下旋转到其他位置（虚线位置）。通过旋转式的短纤维添加方式，使短纤维可被更为均匀地添加在三轴搅拌桩机的中间搅拌轴与相邻的侧搅拌轴之间，进而使短纤维不仅仅可被中间搅拌轴搅拌，而是被中间搅拌轴及侧搅拌轴共同搅拌，保证短纤维可均匀分布在桩体内，尤其是保证桩侧位置可分布足量的短纤维。
25.在本实施例中，旋转喷射管10的旋转路径应避免与三轴搅拌桩机的搅拌轴之间发生位置冲突而发生危险。
26.本实施例在应用时，包括如下应用步骤：1）利用三轴搅拌桩机施作水泥土搅拌桩。
27.2）在施作过程中，向料仓1内添加短纤维，同时通过控制箱3启动自动进料机构和自动称重装置5以及鼓风机2，自动进料机构开启料仓与料斗4之间的进料口以使料仓1内的短纤维进入料斗4，自动称重装置对进入料斗4内的短纤维进行称重。将喷射管6架设到桩顶的水泥土上方，鼓风机2通过喷射管6将料斗4内的纤维喷射到三轴搅拌桩机的中间搅拌轴下部的水泥土上。
28.在此过程中，通过控制箱3启动安装在喷射管6上的旋转盘9，使喷射旋转管10旋转，实现于中间搅拌轴一侧的旋转式供料。该旋转式供料优选采用与搅拌轴首次搅拌方向相反的旋转方向，使短纤维被均匀的喷射到中间搅拌轴与侧搅拌轴两者各自的搅拌范围内，提高均匀性。
29.3）使三轴搅拌桩机正反搅拌，使短纤维进一步与水泥土充分搅拌，并均匀的分布到整根smw工法桩的桩体内。
30.本实施例在具体实施时：料斗4可分叉设置有多根喷射管6，以进一步扩大短纤维的喷射范围，从而可以缩短搅拌桩的搅拌次数；即例如，当仅仅是局部喷射时，各搅拌轴可能需要搅拌多次才能提高短纤维在桩体内的均匀性，但扩大短纤维的喷射范围之后，则可缩减搅拌轴的搅拌次数。
31.当采用旋转式供料的喷射管6时，为了避免短纤维在喷射管内堵塞，旋转喷射管10与喷射主管11之间的夹角与鼓风机2的风量应有匹配关系，保证经由鼓风机2输出的强气流可突破旋转喷管10与喷射主管11之间的夹角而有效的被喷射到水泥土位置。
32.虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。