环保型水泥上料送料装置和水泥搅拌桩施工系统的制作方法

本实用新型涉及水泥搅拌桩施工领域，尤其是涉及一种环保型水泥上料送料装置和水泥搅拌桩施工系统。

背景技术：

水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，其利用了水泥作为固化剂的主剂，将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土体发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。现有的水泥搅拌桩通常包括粉喷单双向搅拌桩机和浆喷单双向搅拌桩机。其中，粉喷单双向搅拌桩机形成的桩体由于上部水分不足、成散状，钻杆中的水泥粉会沿钻杆上冒，出现“反灰”现象；浆喷单双向搅拌桩机形成的桩体存在搅拌不均匀、夹生的问题，会发生水泥浆料沿钻杆上冒，出现“反浆”，并且因为桩体中的水泥量少，无法保证施工质量。

如公开号为cn204690737的实用新型，公开了一种水泥搅拌桩施工设备，通过对浆喷单双向搅拌桩机的送料机构进行改造，使其能够调整输送的水泥浆的泥浆比例，提升成桩质量。但是，该方法存在以下问题：1、采用该设备时，仍然需要预先挖好清水池并且制作水泥池，前期的工作量巨大，生产效率低；水泥池的制作过程中会使得施工中水泥粉到处飘落，对空气周围农作物、鱼塘、虾塘等造成严重污染。2、水泥池如果不是一次用完，会造成大量的浪费。3、该方法仍然无法克服“反浆”现象。4、不适用于粉喷单双向搅拌桩机。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环保型水泥上料送料装置和水泥搅拌桩施工系统，使得水泥搅拌桩机在施工过程不“反灰”、不“反浆”、不污染环境、生产效率高且成桩质量好。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种环保型水泥上料送料装置，包括水泥储料模块、水泥上送料模块、液泵模块和气泵模块，其中：

所述的水泥上送料模块包括高速搅拌器、输浆动力单元和输粉动力单元，所述的高速搅拌器通过进浆控制阀连接输浆动力单元，所述的输浆动力单元的输出端通过输浆控制阀连接输浆管，所述的输粉动力单元的输出端通过输粉控制阀连接输粉管，所述输浆动力单元和输粉动力单元的输入端均连接转换控制阀，所述的水泥储料模块通过第一连接管分别连接高速搅拌器和输粉动力单元，第一连接管和高速搅拌器之间设有输浆进料控制阀，第一连接管和输粉动力单元之间设有输粉进料控制阀；

所述的气泵模块通过进气连接管分别连接转换控制阀和脉冲控制阀，脉冲控制阀的另一端连接水泥储料模块，所述的液泵模块通过出水连接管连接高速搅拌器，所述出水连接管上设有出水控制阀。

进一步地，所述的出水连接管和输浆管之间通过第三连接管连接，所述第三连接管上设有输水控制阀。

进一步地，所述的进气连接管还通过进气控制阀连接输粉动力单元。

进一步地，所述的水泥上送料模块通过支架安装在地面上，在支架上安装有重量传感器。

进一步地，所述的高速搅拌器上设有比重计量仪。

进一步地，所述的输浆动力单元和输粉动力单元上均设有压力传感器。

进一步地，所述的水泥储料模块包括散装水泥储料罐；或者所述的水泥储料模块包括储料罐和袋装水泥进料罐，所述的储料罐连接第一连接管和第二连接管，所述的袋装水泥进料罐通过传输管连接储料罐，传输管上设有上料控制阀，气泵模块通过进气连接管连接连袋装水泥进料罐的上端，并且在进气连接管中，连接袋装水泥进料罐的连接管部分设有加压控制阀。在储料罐上还设有通风过滤器，在水泥进料罐上还可以设有上限感应器及下限感应器。

进一步地，还包括第四连接管、第五连接管、排气控制阀、吹气控制阀和压气控制阀，所述的第四连接管一端连接输粉管，另两端分布连接排气控制阀和吹气控制阀，所述的排气控制阀的另一端通过第五连接管连接储料罐的上端，所述的吹气控制阀的另一端连接进气连接管，所述的第五连接管还通过压气控制阀连接进气连接管。

进一步地，输粉动力单元和输浆输粉动力单元分别通过输粉管和输浆管交替输出水泥粉和水泥浆。

一种水泥搅拌桩施工系统，包括水泥搅拌桩机，以及如上所述的水泥上料送料装置。

进一步地，所述的水泥搅拌桩机包括互相嵌套的内钻杆和外钻杆，所述的内钻杆内部中空，上端设有第一密封套环，用于连接输粉管，所述的外钻杆套在内钻杆的外圈，外钻杆端设有第二密封套环，用于连接输浆管。内钻杆和外钻杆的底部还可以设置喷料口和旋转叶片，外钻杆的下端还装有干湿度传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过输浆动力单元和输粉动力单元实现了同时进行输粉和输浆的水泥搅拌桩施工作业，能够在成桩过程中的交替实施粉喷和浆喷作业，彻底克服了“反灰”和“反浆”的现象，显著提高成桩质量。同时，本实用新型的水泥输送装置一机多用，可以单独适配现有的粉喷单双向水泥搅拌桩机或者浆喷单双向水泥搅拌桩机，应用范围广，实用价值高。

2、本实用新型可以直接输送袋装或散装的水泥粉进行工作，通过高速搅拌器实现了水泥浆的实时生成，提高了生产和施工的效率，而且操作方便。

3、气泵模块和水泥储料模块通过脉冲控制阀连接，能够使得水泥储料模块内的水泥粉进行充分雾化便于快速下料。

4、对于散装水泥搅拌系统，气泵模块通过进气连接管和进气控制阀连接输粉动力单元，能够帮助增加输粉动力单元内的压力，输粉动力单元向输粉管内输送水泥粉；同时，在输粉控制阀每次关闭前，进气控制阀自动开启一次，并且延时关闭，通过该操作能利用存气罐中的高压气体使输粉管内粉料快速进入土体内；

对于袋装水泥搅拌系统，气泵模块通过进气连接管和吹气控制阀连接输粉控制阀前端的输粉管上，在输粉控制阀每次关闭后，吹气控制阀自动开启一次，并且延时关闭，目的是用高压气体使输粉管内粉料快速进入土体内。

5、出水连接管通过第三连接管和输水控制阀连接输浆管，能够在钻杆提升的过程中直接通过液泵模块给钻杆通水，进一步调节桩体内粉浆料的干湿度，提升成桩质量。

6、水泥储料模块通过储料罐和袋装水泥进料罐的结构结合了气泵模块，简化了整体的结构，便于施工人员添加袋装水泥粉，同时减少施工过程的扬尘，起到保护环境的作用。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为实施例一中水泥上送料模块的结构示意图。

图3为实施例二中水泥上送料模块的结构示意图。

图4为实施例三的结构示意图。

图5为实施例四的结构示意图。

附图标记：

1、水泥储料模块，101、散装水泥储料罐，102、储料罐，103、袋装水泥进料罐，104、传输管，105、上料控制阀，106、加压控制阀，107、通风过滤器，108、下限感应器，109、水泥进料控制阀，110、上限感应器，111、吹气控制阀，112、压气控制阀，113、排气控制阀。

2、水泥上送料模块，201、高速搅拌器，202、输浆动力单元，203、输粉动力单元，204、转换控制阀，205、输浆进料控制阀，206、输粉进料控制阀，207、进浆控制阀，208、输浆控制阀，209、输粉控制阀，210、脉冲控制阀，211、出水控制阀，212、比重计量仪，213、压力传感器，214、支架，215、重量传感器，216、流量控制仪，217、通风过滤口，218、输水控制阀，219、进气控制阀，220、输浆称重传感器。

3、液泵模块，301、增压泵；

4、气泵模块，401、存气罐，402、空压机；

5、水泥搅拌桩机，501、内钻杆，502、外钻杆，503、第一密封套环，504、第二密封套环，505、干湿度传感器；

601、第一连接管，602、第二连接管、603、第三连接管，604、进气连接管，605、出水连接管，606、输浆管，607、输粉管，608、第四连接管，609、第五连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种水泥搅拌桩施工系统，包括水泥搅拌桩机5和水泥输送装置。

水泥搅拌桩机5包括互相嵌套的内钻杆501和外钻杆502。内钻杆501内部中空，上端设有第一密封套环503，用于连接输粉管607。外钻杆502套在内钻杆501的外圈，外钻杆502端设有第二密封套环504，用于连接输浆管606。在内钻杆501和外钻杆502的底部均设置了喷料口和旋转叶片。在外钻杆502的下末端还装有干湿度传感器505。

水泥输送装置包括水泥储料模块1、水泥上送料模块2、液泵模块3和气泵模块4。水泥储料模块1包括一个散装水泥储料罐101，其容量非常大，散装水泥储料罐可以存储几十吨水泥。散装水泥储料罐101的底部为锥形结构。气泵模块4包括互相连接的存气罐401和空压机402。液泵模块3包括增压泵301和与增压泵301连接的水箱或水管。

如图2所示，水泥上送料模块2包括高速搅拌器201、输浆动力单元202和输粉动力单元203。其中：

输浆动力单元202和输粉动力单元203可以为任意形状的罐装容器，比如长条形，圆柱桶形等；高速搅拌器201的侧边装有一个比重计量仪212，顶部设有可开启或闭合的通风过滤口216，底部安装有输浆称重传感器220。

高速搅拌器201安装在输浆动力单元202的上方，并且通过进浆控制阀207连接输浆动力单元202。输浆动力单元202和输粉动力单元203的右端均为输入端，左端均为输出端。输浆动力单元202和输粉动力单元203的输入端均连接一个转换控制阀204。该转换控制阀204为现有气动控制阀或液压控制阀，具有两个动力机构(一般为活塞机构)，动力机构分别连接输浆动力单元202和输粉动力单元203，用于推动单元内的水泥浆或者水泥粉喷出。输浆动力单元202的输出端通过输浆控制阀208、输浆管606连接水泥搅拌桩机5的外钻杆502；输粉动力单元203的输出端通过输粉控制阀209、输粉管607连接水泥搅拌桩机5的内钻杆501。在输浆动力单元202和输粉动力单元203上还设有压力传感器213。

散装水泥储料罐101底部通过第一连接管601分别连接高速搅拌器201和输粉动力单元203；第一连接管601和高速搅拌器201之间设有输浆进料控制阀205；第一连接管601和输粉动力单元203之间设有输粉进料控制阀206。存气罐401通过进气连接管604依次连接转换控制阀204和脉冲控制阀210，脉冲控制阀210的另一端连接散装水泥储料罐101底部的外周壁上。增压泵301通过出水连接管605连接高速搅拌器201，在高速搅拌器201的侧壁上设有连接出水连接管605的出水控制阀211。在出水连接管605上还设有流量控制仪216。

水泥上送料模块2通过支架214安装在地面上，在支架214上安装有重量传感器215。

各个连接管和元件之间采用法兰，弯头，万向头等进行连接。

本实施例还可以包括一个集成控制系统，用于连接各元件，使各元件打开和闭合及启动和停止。

本实施例的工作过程为：

首先打开气泵模块和脉冲控制阀210。脉冲控制阀210每隔6～8秒开一次，将存气罐401中的高压气体经过进气连接管604和第二连接管602对散装水泥储料罐101内水泥粉进行充分雾化。

同时打开增压泵301、出水控制阀211、高速搅拌器201和高速搅拌器201的通风过滤口217，向高速搅拌器201内提前注入水流。加水量由装在出水连接管605上的流量控制仪216和位于输浆动力单元202与高速搅拌器201之间的输浆称重传感器220来决定。

延时5秒后，输粉进料控制阀206和输浆进料控制阀205自动打开，通过第一连接管601将水泥粉送至高速搅拌器201和输粉动力单元203中，进行进料：

输粉动力单元203中的水泥粉充满后即可关闭输粉进料控制阀206完成进料；

高速搅拌器201中通过高压水的压力和高速搅拌器201相互作用，水和水泥粉快速形成水泥浆料，水泥浆比重根据需要提前设定水粉比。为了精确控制水泥浆比重，通过比重计量仪212和流量控制仪216，可快速调整水泥浆料。水泥浆比重达到规定值时，出水控制阀211和输浆进料控制阀205同时关闭，同时打开进浆控制阀207，将水泥浆输入到输浆动力单元202中，关闭高速搅拌器201、进浆控制阀207、通风过滤口217和增压泵301，完成进料。

然后，打开转换控制阀204，通过动力机构轮流驱动输粉动力单元203和输浆动力单元202内的水泥浆和水泥粉：

当输粉动力单元203内的压力达到设定值后，自动打开输粉控制阀209。输粉动力单元203进行输粉，通过输粉管607直接将水泥粉输送到水泥搅拌桩机5的内钻杆501中，通过内钻杆501底部的喷料口喷出进入土地内。输料量由装在支架214上的重量传感器215和桩机上设置的深度传感器自动调节控制输料量大小。当输粉动力单元203完成输粉后，输粉控制阀209自动关闭；

当输浆动力单元202内的压力达到设定值后，自动打开输浆控制阀208。输浆动力单元202进行输浆。水泥浆料经过输浆管606、外钻杆502，从外钻杆502喷料口喷出进入土体内。输料量由装在输浆管606上的流量控制仪216、装在支架214上的重量传感器215和桩机上设置的深度传感器自动调节控制输料量大小。当输浆动力单元202完成输浆，输浆控制阀208自动关闭。

转换控制阀204交替启动输浆动力单元202和输粉动力单元203的输粉或输浆。先输水泥粉料进行充分搅拌，再输水泥浆料，再次搅拌，使整个施工过程中的桩体搅拌更加均匀。水泥搅拌桩机5中内钻杆501下钻深度和输粉量，由桩机深度传感器，水泥上送料模块2上的重量传感器215，以及转换控制阀204自动控制每0.1～0.2米粉料量大小；水泥搅拌桩机5外钻杆502下钻深度和输浆量，由桩机深度传感器，水泥上送料模块2上的重量传感器215，装在外钻杆502下末端干湿度传感器505，以及转换控制阀204自动控制每0.1～0.2米浆料量大小。

根据施工设计要求，可提前设定输粉量和输浆量。当桩机钻杆达到设计深度后，输粉动力单元203、输浆动力单元202均停止工作。

本实施例通过输浆动力单元202和输粉动力单元203实现了同时进行输粉和输浆的水泥搅拌桩施工作业，能够在成桩过程中的交替实施粉喷和浆喷作业，彻底克服了“反灰”和“反浆”的现象，显著提高成桩质量。同时，若单一输浆动力单元202或输粉动力单元203，能够使得本实施例一机多用，适配现有的各粉喷单双向水泥搅拌桩机或者浆喷单双向水泥搅拌桩机，应用范围广，实用价值高。

实施例二

如图3所示，本实施例的基础结构和实施例一相同，其区别点在于：

出水连接管605和输浆管606之间通过第三连接管603和输水控制阀218连接。进气连接管604还通过进气控制阀219连接输粉动力单元203。在输浆管606上增设流量控制仪216。

在本实施例的施工过程中，输粉动力单元203不仅仅通过转换控制阀204和输粉控制阀209控制输粉，在输粉的过程中，同时打开进气控制阀219，增加输粉动力单元203内的压力，提升输粉动力单元203向输粉管607输送水泥粉的效率。当输粉动力单元203完成输粉后，输粉控制阀209自动关闭。输粉控制阀209每次关闭前进气控制阀219自动开启一次，并且延时关闭，目的是用高压气体使输粉管内粉料快速进入土体内。当钻杆提升时，输粉控制阀209和进气控制阀219同时打开，以适当气量保持内钻杆喷口畅通，防止喷口堵塞。

同时，增压泵301和输水控制阀218也在钻杆提升时打开，将清水直接灌入桩体中，并且通过流量控制仪216和外钻杆502下末端的干湿度传感器505数据控制水流量，再次对桩体内粉浆料进行干湿度调控。桩机钻头即将离开地面时，输粉控制阀209和进气控制阀219、增压泵301、输水控制阀218和脉冲控制阀210均关闭。

实施例三

如图4所示，本实施例的基础结构和实施例一相同，其区别点在于：

水泥储料模块1包括储料罐102和袋装水泥进料罐103。储料罐102的下端为锥形结构，和实施例一中的散装水泥储料罐101一样的方式连接第一连接管601和第二连接管602。袋装水泥进料罐103通过传输管104连接储料罐102，传输管104上设有上料控制阀105。气泵模块4通过进气连接管604连接袋装水泥进料罐103的上端，并且在进气连接管604中，连接袋装水泥进料罐103的连接管部分设置加压控制阀106，储料罐102为设有通风过滤器107的容器。袋装水泥进料罐103为密封容器，在上端设有水泥进料控制阀109，外部设有上限感应器110和下限感应器108。

本实施例的工作过程为：

打开水泥进料控制阀109，人工用袋装水泥对袋装水泥进料罐103进行加料，当袋装水泥进料罐103中的水泥粉量触发上限感应器110时，自动关闭水泥进料控制阀109。延时5秒让水泥进料控制阀109完全闭合，打开空压机402和进气管道的加压控制阀106，其余控制阀均关闭，同时打开上料控制阀105和通风过滤器107。高压空气将袋装水泥进料罐103中的水泥粉沿着传输管104压入储料罐102中，当袋装水泥进料罐103中的水泥粉数量触发下限感应器108后关闭加压控制阀106，然后延时8～10秒先关上料控制阀105后关通风过滤器107。之后继续如实施例一中的工作过程。

实施例四

如图5所示，本实施例的基础结构和实施例三基本相同，其区别点在于：

本实施例还包括第四连接管608、第五连接管609、排气控制阀113、吹气控制阀111和压气控制阀112。第四连接管608一端连接输粉管607，另两端分布连接排气控制阀113和吹气控制阀111。排气控制阀113的另一端通过第五连接管609连接储料罐102的上端。吹气控制阀111的另一端连接进气连接管604。第五连接管609还通过压气控制阀112连接进气连接管604。此外，进气连接管604还通过进气控制阀219连接输粉动力单元203。

在本实施例的工作原理为：

在本实施例的施工过程中，输粉动力单元203不仅通过转换控制阀204和输粉控制阀209控制输粉，在输粉的过程中，同时通过控制吹气控制阀111，增加输粉管607内部压力，提升输粉管607输送水泥粉的效率。其具体过程为：当输粉动力单元203完成输粉后，输粉控制阀209自动关闭。输粉控制阀209每次关闭后，吹气控制阀111自动开启一次，并且延时关闭，目的是通过高压气体，使得输粉管607内的粉料能够快速进入土体内。

在储料罐102通过第一连接管601向输粉动力单元203和高速搅拌器201传输水泥粉的过程中，关闭排气控制阀113、进气控制阀219、加压控制阀106和吹气控制阀111，打开压气控制阀112，向储料罐102内灌输气体，提高储料罐102内部压力，增加水泥粉的输送效率。此外，脉冲控制阀210也可以向储料罐102内施压，两路管路往储料罐102内压气，既能够同时工作，也能互为冗余。

在钻杆提升的过程中，由于此时储料罐102中已经充满了高压气体，如果直接打开通风过滤器会因为压力过大发生失效。此时，脉冲控制阀210关闭，排气控制阀113打开。排气控制阀113将储料灌102内的高压气体通过第五连接管609、第四连接管608和输粉管607送入到土体内，保持内钻杆501喷口畅通，又释放了储料罐102内的压力，防止通风过滤器失效造成排放污染。延时一段时间，排气控制阀113关闭，储料罐102上部通风过滤器打开，通风过滤器排出无尘气体。吹气控制阀111自动打开，吹气控制阀111每隔一段时间开一次防止内钻杆喷口堵塞。

桩机钻头即将离开地面时吹气控制阀111关闭。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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