专利名称：超大型沉井的取土装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及超大型沉井的施工装置，具体涉及超大型沉井的取土装置及其使用方法。
背景技术：
随着我国桥梁建设朝大跨度、深水域方向的快速发展，超大型沉井由于刚度大，越来越多地应用到深水桥梁基础中。目前在超大型沉井的下沉施工过程中，常规的取土方法有两种，一种是抓斗取土， 另一种是抽水取土。在非透水层沉井下沉过程中，如果采用抽水取土的方式，则沉井壁所承受的压强大，因此，沉井的壁厚必定很厚，其材料用量将大幅度增加，经济性差。而如果采用常规抓斗方式，则对于超大型沉井底部的硬性粘土，取土难度很大。由此可见，现有的施工方法和设备对于超大型沉井的下沉施工均存在经济性差、 施工难度大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决超大型沉井下沉施工难度大、经济性差的问题。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种超大型沉井的取土装置，包括主钢管、N个液压油缸、N根撑杆、N条刮刀和驱动主钢管转动的动力头，所述主钢管包括底节钢管以及若干用于拼接接长的接长节钢管，所述底节钢管的底端固定设有环形卡槽，上部外圆周面上固定设有固定环；所述N个液压油缸均布设置在所述底节钢管上，且上端分别与所述固定环固定；所述N根撑杆上端分别与所述液压油缸的下端铰接；每一条所述刮刀的两端分别与所述撑杆和所述环形卡槽铰接；所述动力头与所述主钢管的上伸出端固定；N彡2。在上述取土装置中，还包括限位环，固定在所述底节钢管的外圆周面上且位于所述液压油缸的下方，当所述液压油缸与所述限位环相抵时，N个所述刮刀位于同一平面内。在上述取土装置中，所述刮刀呈片状，且底面上设有多个锯齿。本发明还提供了一种超大型沉井的取土装置的使用方法，包括以下步骤A10、在沉井处搭建操作平台，并安装上述结构的超大型沉井的取土装置；A20、通过N个液压油缸使相应的撑杆向下移动，打开所述刮刀，直到N个所述刮刀完全打开位于同一平面内，同时通过动力头带动所述刮刀旋转，刮削沉井底部的硬性粘土， 造浆取土，使沉井下沉；A30、当沉井下沉到位，基底取土完毕，并满足设计要求后，关闭动力头，通过液压缸将刮刀收回至竖起状态，并向上提升一定距离，然后移开动力头，把水下混凝土灌注管道经由主管的内腔放入到沉井中，通过水下混凝土灌注管道浇筑混凝土，完成超大型沉井的封底混凝土浇筑。
在上述超大型沉井的取土装置的使用方法中，所述底节钢管的外圆周面上固定设有限位环，所述限位环位于所述液压油缸的下方，当所述液压油缸与所述限位环相抵时，N 个所述刮刀位于同一平面内。在上述超大型沉井的取土装置的使用方法中，浇筑混凝土时，水下混凝土灌注管道的底端伸出底节下端至少5m。在上述超大型沉井的取土装置的使用方法中，出浆采用气举反循环方式，可把较大粒径的土粒直接取出，增大取土效率。本发明，当取土装置为非工作状态时，刮刀收紧为吊杆式，直径较小，只需在沉井顶部设置较小的孔洞，可提高沉井的整体性。当取土装置为工作状态时，通过液压油缸使刮刀打开呈伞状结构，其覆盖的面积较大，可以扩大打浆面积，提高取土效率。
图1为本发明提供的超大型沉井的取土装置结构示意图；图2为本发明提供的超大型沉井的取土装置打开时的状态示意图；图3为图2中的A-A剖面图；图4为封底混凝土浇筑施工示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作出详细的说明。如图1所示，本发明提供的超大型沉井的取土装置，包括主钢管、N个液压油缸5、 N根撑杆9、N条刮刀10和驱动主钢管转动的动力头1。主钢管包括底节钢管3以及若干用于拼接接长的接长节钢管(接长节钢管未示出，当沉井较深时，可将接长节钢管连接在底节钢管3的上端)，底节钢管3的底端固定设有环形卡槽11，上部外圆周面上固定设有固定环4，N个液压油缸9均布设置在底节钢管3 的周围，上端分别与固定环4固定，N根撑杆9上端分别与液压油缸5的下端通过销轴7铰接，下端通过滑移抱箍6和销轴7与每一条刮刀10的上端铰接，刮刀10的下端分别通过销轴7与环形卡槽11铰接，本发明提供的方案适用于N ^ 2的情况，本实施例中，N = 6(如图3所示)。刮刀10呈片状，且底面上设有多个锯齿。动力头1与主钢管的上伸出端固定， 用于驱动主钢管转动，从而带动刮刀10刮削沉井的底面取土。其中，环形卡槽11可以限制刮刀10的横向位移，能增强刮刀10之间的整体稳定性，并保证其可靠性。本发明还提供了一种超大型沉井的取土装置的使用方法，下面结合图1、图2和图 4对其具体步骤说明如下A10、在沉井处搭建操作平台2，如果操作平台2在沉井顶板范围以内，则安装在顶部支架之上，如果在沉井顶板以外，则利用船舶作为临时平台。在操作平台2上安装上述结构的超大型沉井的取土装置，将底节钢管3下放到沉井中，并临时固定于操作平台2上，再安装第2节接长节钢管，然后放松临时固定装置，并继续下放，直至达到设计长度，此时刮刀10收起靠在底节钢管3的外壁上，最后安装动力头1和出浆管12，将动力头1放置于水面之上的操作平台2，避免水下安装动力装置，拆换方便，减小设计施工难度。A20、同时给N个液压油缸5供油，使其伸长带动相应的撑杆9向下移动打开刮刀10，直到N个刮刀10完全打开位于同一平面内，同时启动动力头1，通过底节钢管3带动刮刀10旋转，刮削沉井底部的硬性粘土，造浆取土，使沉井下沉。由刮刀10削土，旋转造浆后， 采用气举反循环的方式出浆，可把较大粒径的土粒直接取出，增大取土效率。A30、当沉井下沉到位，基底取土完毕，并满足设计要求后，关闭动力头1，通过收缩液压油缸5将刮刀10收回至竖起状态，并将底节钢管10向上提升一定距离，然后移开动力头1，把水下混凝土灌注管道13经由底节钢管3的内腔放入到沉井中，通过水下混凝土灌注管道13浇筑混凝土，完成超大型沉井的封底混凝土浇筑，浇筑混凝土时，水下混凝土灌注管道13的底端伸出底节下端至少5m，防止取土装置被混凝土掩埋，同时水下混凝土灌注管道13始终埋置于混凝土之中，以保证混凝土的灌注质量。为了保证刮刀10完全打开后的水平度，提高基底的平整度，底节钢管3的外圆周面上固定设有限位环8，限位环8位于液压油缸5的下方，当液压油缸5伸长与限位环8相抵时，所有的刮刀10刚好位于同一平面内。本发明具有如下优点(1)高效率。在工作状态时，刮刀10布置为伞状结构，其刮土面积大，造浆速度快，并且出浆采用气举反循环方式，可把较大粒径的土粒直接取出，增大取土效率。(2)出浆与灌注水下混凝土采用同一根导管。在出浆时，导管放置于主钢管之内，以避免土层堵塞导管；在灌注水下混凝土时， 把导管向下伸出主钢管之外5m，使导管始终埋置于混凝土之中，以保证混凝土的灌注质量。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.超大型沉井的取土装置，其特征在于，包括主钢管，包括底节钢管以及若干用于拼接接长的接长节钢管，所述底节钢管的底端固定设有环形卡槽，上部外圆周面上固定设有固定环；N个液压油缸，均布设置在所述底节钢管上，且上端分别与所述固定环固定；N根撑杆，上端分别与所述液压油缸的下端铰接；N条刮刀，每一条所述刮刀的两端分别与所述撑杆和所述环形卡槽铰接；动力头，与所述主钢管的上伸出端固定；其中，N彡2。
2.如权利要求1所述的超大型沉井的取土装置，其特征在于，还包括限位环，固定在所述底节钢管的外圆周面上且位于所述液压油缸的下方，当所述液压油缸与所述限位环相抵时，N个所述刮刀位于同一平面内。
3.如权利要求1所述的超大型沉井的取土装置，其特征在于，所述刮刀呈片状，且底面上设有多个锯齿。
4.超大型沉井的取土装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤A10、在沉井处搭建操作平台，并安装如权利要求1所述的超大型沉井的取土装置；A20、通过N个液压油缸使相应的撑杆向下移动，打开所述刮刀，直到N个所述刮刀完全打开位于同一平面内，同时通过动力头带动所述刮刀旋转，刮削沉井底部的硬性粘土，造浆取土，使沉井下沉；A30、当沉井下沉到位，基底取土完毕，并满足设计要求后，关闭动力头，通过液压缸将刮刀收回至竖起状态，并向上提升一定距离，然后移开动力头，把水下混凝土灌注管道经由主管的内腔放入到沉井中，通过水下混凝土灌注管道浇筑混凝土，完成超大型沉井的封底混凝土浇筑。
5.如权利要求4所述的超大型沉井的取土装置的使用方法，其特征在于，所述底节钢管的外圆周面上固定设有限位环，所述限位环位于所述液压油缸的下方，当所述液压油缸与所述限位环相抵时，N个所述刮刀位于同一平面内。
6.如权利要求4所述的超大型沉井的取土装置的使用方法，其特征在于，浇筑混凝土时，水下混凝土灌注管道的底端伸出底节下端至少5m。
7.如权利要求4所述的超大型沉井的取土装置的使用方法，其特征在于，在步骤A20 中，出浆采用气举反循环方式，可把较大粒径的土粒直接取出，增大取土效率。
全文摘要
本发明公开了一种超大型沉井的取土装置及其使用方法，取土装置包括主钢管、N个液压油缸、N根撑杆、N条刮刀和动力头，主钢管包括底节钢管以及若干用于拼接接长的接长节钢管，底节钢管的底端固定设有环形卡槽，上部外圆周面上固定设有固定环；N个液压油缸均布设置在底节钢管的周围，且上端分别与固定环固定；N根撑杆上端分别与液压油缸的下端铰接；每一条刮刀的两端分别与撑杆和环形卡槽铰接；动力头与主钢管的上伸出端固定。本发明，当取土装置为非工作状态时，刮刀收紧为吊杆式，直径较小，只需在沉井顶部设置较小的孔洞，可提高沉井的整体性；当取土装置为工作状态时，刮刀打开呈伞状结构，扩大打浆面积，提高取土效率。
文档编号E02D15/06GK102433881SQ201110445298
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者代皓, 唐勇, 姚发海, 张小川, 张爱花, 张瑞霞, 李军堂, 涂满明 申请人:中铁大桥局股份有限公司