专利名称：一种获得锚固力的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种获得使物体固定于地面(泛指地球表面)的力(简称锚固力)的方法和为使用该方法而专门设计的装置。
在许多场合，人们需要将设备或器具固定于地面，以使这些设备或器具能在地面稳定安置，或者能对地面施加超过其自重的作用力。通常的作法是打锚桩或设置堆载配重。就打锚桩来说，一方面需要专用设备机具，费用昂贵，因而对于时常需要转移的设备器具来说很不适宜，另一方面，对于一些特殊条件的地面，如软土地面，泥滩，沙地，水底或表面平整质地坚硬的水泥地面等，或者需要打很深的桩，或者根本不适于打桩。就堆载配重来说，一般的方法是用钢锭或砼锭在设备上堆截形成配重，由于钢锭或砼锭自身重量和体积较大，对于需要较大锚固力的场合，搬运和装卸上述重物都要占用大型搬运机具，耗费大量人力，物力和资金，而且工作效率很低。特别地，对于那些需要经常转移场地的设备器具如压桩机和那些工作场地条件简陋恶劣的设备器具如军用设备或野外作业设备，其不适宜性尤为突出。
本发明的目的是要提供一种获得锚固力的新方法，它既不需要打锚桩，也无需搬运重物作配重，而且在不需锚固力或转移设备时，可以容易地解除锚固力，并且操作方便，能适用于多种地面。
本发明的另一个目的，是要提供一种使用上述方法的装置，其自身重量轻，安装拆卸方便，工作时容易操作，并且能够重复使用。
本发明的第一个目的是这样实现的，在地面设置由坚固材料制成的上端封闭、下部开放、器壁上有排气口和进气口的容器，将该容器的下端(开口端)与地面密封，封闭其进气口，然后用真空泵通过其排气口对该容器内部抽气，使其中形成真空。
本发明的第二个目的是这样实现的，用坚固材料制作上端封闭，下部开放的容器，在其器壁上设置排气口和进气口，在其进气口上设置截止阀，将其排气口与真空泵的抽气口相连，在容器外表面上设置连接构件。
将上述容器的下端(开口端)与地面密封，并关闭其进气口处的截止阀，此时容器内表面与地面构成一封闭空间。启动真空泵，通过器壁上的排气口对该空间内抽气，使得该空间内空气压力下降，并逐渐接近真空，从而在该容器顶部上下表面之间形成大气压差，此压差合力指向地面，其作用与由打锚桩或堆载重物而形成的锚固力相同。如果容器的断面足够大，则可以在容器上形成足够大的锚固力。用连接装置将需要锚固的设备或器具与该容器上的连接构件相连接，便可将上述锚固力传递到该设备或器具上。
当需要解除锚固力或设备、器具需要转移时，只需打开容器进气口处的截止阀，使空气进入容器内。此时，由于作用于容器顶部上下表面的大气压差消失，所以锚固力也随之解除。因此，只需对容器施加等于或略大于其自重的提升力，便可将容器由地面提起。
由于本发明中地面仅承担对空气的密封作用，而不直接承受载荷，因此对地面条件没有特殊要求。由于上述装置在水下与水底地面同样能形成密封，因此，本发明方法及装置也可以应用于水底地面。与在大气中略有不同的是，当容器顶部表面没入水中时，其上还将承受由水深而形成的水压。
由于本发明中所用容器是为了形成真空获得大气压差作用，而不是以其自重来产生锚固力，因此在能够满足强度、刚度要求，并能承受足够的锚固拉力的条件下，该容器可选择最轻重量。
本发明中的容器，可以用钢材制作，也可以用其他坚固材料制作。容器断面可以是圆形、椭圆形、矩形或其它形状。
该容器还应该有足够的高度，以保证容器内壁与地面构成足够大的空间，并使其能够容纳由真空作用而使地面渗出的水或在水下工作时进入容器的水。
该容器上还可以设置真空表或真空传感器件，以显示容器内的真空度。本发明中还可设置真空泵控制调节系统，利用真空传感器件的检测信号通过该系统控制调节真空泵的工作，以保证整个工作系统的稳定运行。
本发明中，在容器排气口的前端和后端可以设置空气过滤装置，以防止地面尘土影响真空泵的正常工作。如果地面条件清洁，或真空泵性能允许，则上述空气过滤装置也可不设。
在该容器的排气口与真空泵抽气口之间可以设置一截止阀，当容器内真空度达到要求并保持稳定时，可关闭该截止阀，并将真空泵停机。
本发明中的真空泵，可以是单台真空泵，也可以是多台真空泵组成的真空泵机组。
本发明中容器下端与地面的密封，可以采用将该容器下部埋入土中的方式。为了提高密封的可靠性，可以在容器下端与地面接合处设置密封膜。该密封膜与容器周边接触的部分应与容器器壁粘合或压紧，密封膜远离容器边缘的部分可埋入地下或与地面压实。
本发明是采用下端开放的容器与地面构成封闭空间，通过真空泵对该空间抽真空而在该容器的顶部表面形成所需的锚固力。与打锚桩方法相比，本发明的优越性在于不需要重型打桩设备和机具。而且，锚桩是一次性使用桩，对于需要经常转场作业的设备，经济性差;再者，打桩需要较长作业时间，作业效率低，而本发明不仅可以重复使用而且操作简单。并能方便而迅速地转移。与堆载法相比，本发明除具有上述优点外，在设备重量上显著减轻。如果要实现100吨的锚固力，用堆载配重法需采用1000×1000×500mm的钢锭25.5块，总体积12.75m3，如采用同尺寸砼锭，则需82块，总体积达41m3。如采用本发明(以圆柱形钢制容器为例)，要实现100吨锚固力，需要内径φ1400mm，高500mm，壁厚20mm，顶厚30mm的钢桶8个，(设桶内真空度可达85%)，共重约5.8吨，连同连接用钢梁和真空泵机组重量，全套设备总重约8吨左右。与堆载法相比，重量减少90%以上，如果运输和现场条件允许采用更大截面尺寸的容器，则设备总重还可进一步减少。由此可见，本发明不仅省去了大量堆载用重物，而且免除了搬运这些重物所需的大量人力物力和费用。
本发明的上述优点，对于经常需要转场作业的机具设备如打桩机，对于军用设备和野外作业机具都具有极其重要的意义。
本发明的另一个突出优点是不仅可用于水平地面，而且可以用于各种角度和位置的地面。由于大气压力各向同性，因此，无论是坡地还是垂直壁面，甚至是象洞顶一类的表面，只要能够与本发明中的容器形成可靠密封，便均可使用本发明方法和装置获得锚固力。这一特点是锚桩法不易实现的，而堆载法则是无法实现的。
与上同理，本发明方法及装置还可应用于各种条件的地面，无论是坚硬的水泥地面，还是柔软的泥滩或沙地，只要能与上述容器构成可靠密封，便同样可采用本发明。另外，由于水与空气有类似的性质，因此本发明方法及装置还可应用于水底地面。在与上述条件同等的条件下，打桩作业的难度将大幅度增加，甚至在有些条件下是不能使用的，而堆载法则几乎是完全不能使用的。
本发明还具有能够实现对锚固力及锚固装置施行控制的优点。在许多场合，由于人对锚桩所产生的锚固力只能凭经验判断，因此具有较大的盲目性或者锚桩的安全裕量过大，造成不必要的经济损失;或者对锚桩的实际锚固力及其变化不能及时确切掌握，从而造成超载事故。由于本发明是通过真空泵工作获得锚固力，该锚固力的大小直接与容器内真空度相关联。因此，操作者通过系统中的真空表或真空传感器件，可随时准确掌握容器上实际获得的锚固力的大小及其变化情况，这样一方面可以避免不切实际地施加锚固力，造成不必要的经济损失，另一方面可实现对作业过程的准确控制，杜绝过载事故。
本发明的具体工作情况及装置的具体结构由以下实施例及其附图给出。
图1是根据本发明提出的一种获得锚固力的装置结构示意图及其在软土地面的工作情况示意图。
图2是上述装置在平滑混凝土地面的工作情况示意图。
图3是根据本发明提出的一种获得锚固力的装置结构示意图及在水底泥地的工作情况示意图。
图1，图2，图3所示实施例装置包括有一个由钢板焊制的上端封闭，下端开放的桶状容器(3)，在其器壁上设有进气口(2)和排气管口(7)，此二管口上分别装有进气截止阀(1)和排气截止阀(8)，在排气管口(7)的进口处装有过滤罩(6)，在该容器的顶部装有连接构件(4)和一个与容器内部连通的真空表(5)。
在图1和图2所示实施例中，由于该装置被应用于干燥地面，地面尘粒可能会影响真空泵(10)的工作。因此，在此二实施例中，排气管口(7)由管道(9)通过一个空气过滤装置(1-3)，或(2-3)与真空泵(10)的抽气口相连通，以防止尘粒进入真空泵(10)。
图1所示实施例，因为是在软土地面工作，为提高密封性，将容器(3)的下部埋入了软土地面(1-4)中，同时，在容器(3)下缘周围铺设了塑料薄膜(1-1)作为密封膜，以提高密封性。薄膜(1-1)与容器(3)接触的部分被压在该容器的底缘之下，薄膜(1-1)在地面(1-4)向周围伸展的部分用回填土(1-2)压实。
图1所示实施例中，如果将容器(3)下缘埋入地面(1-4)后可保证足够的密封性，那么，密封膜(1-1)也可不设。
图2所示实施例，因为是在表面平滑、质地坚硬的混凝土地面(2-4)上工作，容器(3)的下部不能埋入地面。因此，为提高密封性，将塑料薄膜(2-1)粘合在密器(3)下部器壁外表面上，并将该薄膜(2-1)长出的部分铺展在容器(3)下缘周围的地面(2-4)上，然后在该薄膜上堆砂(2-2)(也可用回填土)，将薄膜(2-1)与地面(2-4)压实。
如果在上述实施例中，不用薄膜(2-1)容器(3)内也可达到足够的真空度，那么，该密封膜也可不设，只在容器(3)下缘处堆砂或土(2-2)即可。
图1和图2实施例工作时，先将进气截止阀(1)关闭，并打开排气截止阀(8)，然后启动真空泵(10)，该泵通过管道(9)和空气过滤装置(1-3)或(2-3)经排气管口(7)对容器(3)内抽气。由于容器(3)下部与地面密封，因此真空泵(10)将容器(3)内空气抽出后，其内部将形成负压，从而在容器(3)顶部的上下表面之间形成大气压差。该压差合力将容器(3)向地面压紧，从而可提高该容器与地面间的密封性(形成自紧密封机制)。随着真空泵(10)的持续工作，容器(3)顶部上下表的压差逐渐增大，并达到稳定值，从而使该容器牢固地锚固于地面。
由真空表(5)可以了解容器(3)内部的真空度。由于容器(3)断面面积是一定值，因此一定的真空度直接对应着一定的锚固力。当真空表(5)指示容器(3)内部真空度达到要求并保持稳定时，便可将需要锚固的设备或器具经连接装置与容器(3)顶部的连接构件(4)连接并张紧。此时，上述装置进入正常工作状态。
在上述装置工作时，应时刻注意真空表(5)的读数。如果读数持续保持稳定，则可暂时关闭截止阀(8)，并暂时使真空泵(10)停止工作。如果读数波动，则应使真空泵(10)持续开机。如果读数出现下降趋势，则应立即采取措施，防止过载事故的发生。上述过程也可设置自动控制系统，以真空压力传感器代替表空表(5)，利用传感器输出信号通过该系统控制真空泵(10)和截止阀(8)的工作。
当工作完成，需要转场或去除锚固力时，只需将真空泵(10)停机，并打开进气口截止阀(1)，使空气进入容器(3)内部，此时由于作用于容器(3)顶部上下表面的大气压力相同，压差为零，因此锚固力自然解除。
图3所示实施例中的装置与图1，图2实施例基本相同，略有区别的是图3实施例中容器(3)下部增加了配重(3-1)，以防止容器(3)入水时翻倒。由于本实施例工作环境中不存在尘粒问题，因此真空泵(10)的抽气口前未设空气过滤装置。与图1，图2实施例不同的是，在抽气管道(9)上还设有一个放气阀(3-4)，以及在真空泵(10)的抽气口前增设了一个泵口阀(3-5)。
在容器(3)由吊杆(3-3)吊入水面(3-2)以前，关闭进气截止阀(1)，放气阀(3-4)及泵口阀(3-5)，打开排气截止阀(8)。用吊杆(3-3)吊起容器(3)逐渐放入水中，同时缓慢开启放气阀(3-4)，使容器(3)中的部分空气缓慢地由管路(9)经排气阀(3-4)排出。当排出的空气量达到一定值时(容器(3)的自重或由吊杆(3-3)的向下作用，使容器(3)能克服容器(3)内空气向上的浮力而使容器沉降至水底时)，关闭排气阀(3-4)。当容器(3)沉至水底后，可通过吊杆(3-3)对容器(3)顶部施加一定向下压力，使其底缘能较深地插入水底地面(3-6)中，然后打开泵口阀(3-5)，并启动真空泵(10)，通过管路(9)对容器(3)内部抽气。由于容器(3)底缘插入水底地面(3-6)中，形成密封结构，使得容器(3)外部的水不能进入容器内部，因此容器内逐渐形成负压，在容器(3)顶部上下表面形成压力差。该压差迫使容器底缘进一步向水底地面(3-6)中插入，使密封性得到加强，当真空表(5)的读数达到要求并保持稳定后，将吊杆(3-3)与被锚固物体相联，便可对该物体产生锚固作用。
图3所示实施例的其它工作情况与前面两个实施例相同。
权利要求
1.一种获得锚固力的方法，其特征在于在地面设置由坚固材料制成的上端封闭、下部开放、器壁上有排气口(7)和进气口(2)的容器(3)，将该容器的下端(开口端)与地面密封，并封闭其进气口(2)，用真空泵(10)通过排气口(7)对该容器内抽气，使其中形成真空。
2.按照权利要求1所述的获得锚固力的方法，其特征在于容器(3)下端与地面密封可以采取将该容器下端埋入地面的方法。
3.按照权利要求1或2所述的获得锚固力的方法，其特征在于在容器(3)下端边缘与地面的接合处铺设有密封膜，该密封膜与容器(3)边缘接触的部分与该容器器壁粘合或压紧，密封膜远离容器边缘的部分被埋入地下或压实。
4.一种获得锚固力的装置，其特征在于包括有由坚固材料制作的上端封闭、下部开放的容器(3)和真空泵(10)，在容器(3)的器壁上设有进气口(2)和排气口(7)，在进气口(2)上装有截止阀(1)，排气口(7)与其空泵(10)的抽气口相连，在容器(3)外表面上设置有连接构件(4)。
5.按照权利要求(4)所述的获得锚固力的装置，其特征在于容器(3)的排气口(7)的前端和后端设置有空气过滤装置。
6.按照权利要求4或5所述的获得锚固力的装置，其特征在于容器(3)的排气口(7)与真空泵(10)的抽气口以管道(9)相连，在管道(9)上可以有一个放气阀(3-4)。
全文摘要
本发明涉及获得使物体固定于地面的锚固力的方法和使用该方法的装置。这种方法和装置的特点是利用上端封闭，下端开放的特制容器与地面形成封闭空间，然后用真空泵对该空间抽真空，使该容器顶部上下表面形成指向地面的压差合力，以此合力作为对所要固定物体的锚固力。由于本发明可产生与打锚桩和堆载法相同的锚固作用而无需打桩或搬运重物堆载，因此不仅可省去打桩机具、费用或堆载搬运重物所耗费的人力物力，而且可适用于经常转移作业场的设备以及打桩或堆载法不宜使用的场合。
文档编号E02D5/80GK1084241SQ9211078
公开日1994年3月23日 申请日期1992年9月16日 优先权日1992年9月16日
发明者沈学智 申请人:沈学智