本發(fā)明涉及一種室內(nèi)的試驗(yàn)裝置，特別涉及一種室內(nèi)全自動(dòng)模擬水泥土攪拌樁的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

目前，水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種有效方法。它通常用水泥作為固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械在地基深部將軟土和固化劑強(qiáng)制攪和，使軟土硬結(jié)而提高地基強(qiáng)度。自從20世紀(jì)70年代以來(lái)，水泥土攪拌樁由于其造價(jià)低廉和易于操作等特點(diǎn)被逐漸應(yīng)用于地基加固、護(hù)坡和防滲等方面，各種新型的水泥土攪拌樁也不斷涌現(xiàn)，此法由于良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益正得到廣泛的應(yīng)用。

目前，研究水泥土攪拌樁的主要方法有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和室內(nèi)模型試驗(yàn)三種?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是研究水泥土攪拌樁承載力和變形特性的最直接、最可靠的方法，而且是驗(yàn)證室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的最佳手段，但由于試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，需要大量資金投入，而且地層條件復(fù)雜，施工過(guò)程不容易控制，只能得到樁基在小范圍地區(qū)特點(diǎn)，不易得到規(guī)律性結(jié)論。數(shù)值分析是研究水泥土攪拌樁受力變形特性的一種簡(jiǎn)便而且價(jià)格低廉的方法，但其精度主要依賴于相關(guān)材料參數(shù)、所選取的理論模型、各部分之間的相互作用等與真實(shí)情況的吻合程度，所以其受人為因素影響較大。室內(nèi)模型試驗(yàn)可以較精確的設(shè)定和控制邊界條件、樁土材料特性，在研究樁-土相互作用時(shí)具有較強(qiáng)的針對(duì)性和目的性，模型試驗(yàn)還可以對(duì)分析問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，抓住主要矛盾，舍棄次要矛盾，與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相比，能得到更多規(guī)律性東西。模型試驗(yàn)也可以驗(yàn)證數(shù)值模擬分析。因此，如何找到一種室內(nèi)模擬水泥土攪拌樁的模型試驗(yàn)方法是目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

文獻(xiàn)1(河南大學(xué)碩士論文《黃泛區(qū)改性勁芯攪拌樁模型試驗(yàn)與分析》，黃曉亮，2013年6月)提到了一種室內(nèi)模擬水泥土攪拌樁的試驗(yàn)裝置及方法。該裝置攪拌機(jī)的主體由水鉆和水鉆加長(zhǎng)桿組成，由于水鉆轉(zhuǎn)速太快不易控制，故在其上加裝了一個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)，從而控制其轉(zhuǎn)速。在水鉆加長(zhǎng)桿末端鉆上出漿孔，方便漿液從周圍流出。鉆頭由鋼筋焊接而成，鉆頭下端所焊接鋼筋頭可以起到定位作用，鉆頭用螺母與鉆桿進(jìn)行連接。供漿裝置由簡(jiǎn)易洗車器代替，用橡膠導(dǎo)管將供漿裝置和攪拌機(jī)主體鉆桿進(jìn)行連接。試驗(yàn)方法如下：先人工攪拌好水泥漿，將其裝入供漿裝置中，水泥漿經(jīng)過(guò)供漿裝置加壓，通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入空心鉆桿，在鉆桿端部由鉆桿上預(yù)留的出漿口噴入待攪拌的土體中，從而形成室內(nèi)水泥土攪拌樁的水泥土樁身。

可以看出已有的室內(nèi)水泥土攪拌樁試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)陋，沒(méi)有智能控制系統(tǒng)，噴口是直接開(kāi)孔的，攪拌刀片是鋼柱的切割效率不高，現(xiàn)有裝置的注漿泵沒(méi)有攪拌裝置這也是成樁不均勻的一個(gè)重要原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有室內(nèi)水泥土攪拌樁試驗(yàn)裝置在使用過(guò)程中所存在的諸多問(wèn)題而提供的一種室內(nèi)全自動(dòng)模擬水泥土攪拌樁的試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明提供的室內(nèi)全自動(dòng)模擬水泥土攪拌樁的試驗(yàn)裝置包括有鉆桿、支架、鉆頭、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、注漿系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和試驗(yàn)箱，其中鉆桿通過(guò)支架設(shè)在試驗(yàn)箱的上端，鉆桿為中空的，鉆頭裝配在鉆桿的下端，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別設(shè)在鉆桿的上部和下部，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)使鉆桿進(jìn)行升降，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)使鉆桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，注漿系統(tǒng)通過(guò)注漿管與鉆桿的內(nèi)腔相連通，鉆頭上部的鉆桿上設(shè)有噴漿口，注漿系統(tǒng)內(nèi)噴射的漿液通過(guò)注漿管和鉆桿下部的內(nèi)腔從噴漿口噴出，控制系統(tǒng)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)和注漿系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)和注漿系統(tǒng)的工作。

噴漿口與鉆頭之間的鉆桿上裝配有切割刀片，噴漿口上部的鉆桿上對(duì)稱裝配有兩組攪拌葉片，每組攪拌葉片均由三個(gè)葉片組成，邊緣葉片的長(zhǎng)度大于內(nèi)側(cè)兩個(gè)葉片的長(zhǎng)度。

噴漿口在鉆桿的左右設(shè)有兩個(gè)，左邊的噴漿口通過(guò)第一支管與鉆桿的內(nèi)腔相連通，右邊的噴漿口通過(guò)第二支管與鉆桿的內(nèi)腔相連通，第一支管的長(zhǎng)度大于第二支管的長(zhǎng)度，噴漿口的頂端罩設(shè)有濾網(wǎng)，噴漿口的噴口處設(shè)有滾珠，滾珠的下端連接有彈簧，彈簧的后端連接在固定柱上。

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)。

注漿系統(tǒng)包括有注漿壓力室、注漿泵和注漿機(jī)箱，其中注漿壓力室設(shè)在注漿機(jī)箱上端，注漿壓力室用于制備和儲(chǔ)存水泥漿液，注漿壓力室的下部設(shè)有攪拌機(jī)構(gòu)，注漿泵設(shè)在注漿機(jī)箱的上部與注漿壓力室相連接，注漿壓力室通過(guò)注漿管與鉆桿的內(nèi)腔相連通，注漿機(jī)箱上還裝配有控制面板。

控制系統(tǒng)裝配在注漿系統(tǒng)的注漿機(jī)箱內(nèi)，包括有壓力傳感器和位移傳感器，壓力傳感器用于控制注漿系統(tǒng)的注漿壓力和注漿速度，位移傳感器用于控制鉆桿的升降速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，控制系統(tǒng)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)和注漿泵相連，控制系統(tǒng)控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)和注漿泵的工作，控制系統(tǒng)與注漿機(jī)箱上的控制面板相連接，通過(guò)控制面板指令控制系統(tǒng)的工作。

支架與試驗(yàn)箱之間設(shè)置有導(dǎo)向架。

本發(fā)明的工作原理：

通過(guò)設(shè)定控制系統(tǒng)中位移傳感器的參數(shù)控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而控制鉆桿的升降速度以及轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制鉆桿上攪拌葉片的攪拌速度和切割刀片的切割速度。鉆桿的升降速度設(shè)定為10mm/min-100mm/min；攪拌葉片的攪拌速度設(shè)定為10轉(zhuǎn)/分-50轉(zhuǎn)/分；切割刀片的切割速度設(shè)定為10轉(zhuǎn)/分-50轉(zhuǎn)/分。

鉆頭下沉至設(shè)定深度后，開(kāi)啟注漿系統(tǒng)，使兩個(gè)外伸式噴漿口進(jìn)行噴漿，同時(shí)鉆桿向上提升，得到水泥土攪拌樁。通過(guò)設(shè)定壓力傳感器的參數(shù)，控制注漿泵向兩個(gè)噴漿口的注漿壓力和注漿速度，通過(guò)設(shè)定位移傳感器控制鉆桿的提升速度和轉(zhuǎn)速。注漿壓力設(shè)定為350kpa-450kpa；注漿速度設(shè)定為20ml/min-700ml/min。

漿液包括水泥、水和早強(qiáng)劑，水泥、水和早強(qiáng)劑的質(zhì)量比為1:1:0.02。

注漿時(shí)鉆桿下部的兩個(gè)噴漿口同時(shí)進(jìn)行噴漿，鉆桿旋轉(zhuǎn)提升到試驗(yàn)箱頂面后，重復(fù)進(jìn)行2次-3次上述鉆桿旋轉(zhuǎn)下沉，兩個(gè)噴漿口進(jìn)行噴漿，鉆桿旋轉(zhuǎn)提升到試驗(yàn)箱頂面的操作，即可制備得到室內(nèi)水泥土攪拌樁。

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制系統(tǒng)中的壓力傳感器和位移傳感器以及注漿系統(tǒng)中的注漿壓力室、注漿泵和注漿機(jī)箱均為現(xiàn)有設(shè)備的組裝，因此，具體型號(hào)和規(guī)格沒(méi)有進(jìn)行贅述。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的裝置在鉆桿的下部裝配兩個(gè)具有外伸式噴漿口，這種外伸式噴漿口能夠使形成的室內(nèi)水泥土攪拌樁具有良好的成樁均勻性，成樁質(zhì)量好、均勻性高、經(jīng)濟(jì)性好、并且能夠智能化控制。徹底解決了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)陋，沒(méi)有智能控制系統(tǒng)，噴口是直接開(kāi)孔的，攪拌刀片是鋼柱的切割效率不高的諸多問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述鉆桿的下部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述鉆桿下部噴漿口結(jié)構(gòu)示意圖。

1、鉆桿2、支架3、鉆頭4、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、注漿系統(tǒng)7、控制系統(tǒng)8、試驗(yàn)箱9、注漿管10、噴漿口11、切割刀片12、攪拌葉片13、第一支管14、第二支管15、濾網(wǎng)16、滾珠17、彈簧18、固定柱20、注漿壓力室21、注漿泵22、注漿機(jī)箱23、攪拌機(jī)構(gòu)24、控制面板25、導(dǎo)向架。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1至圖3所示：

本發(fā)明提供的室內(nèi)全自動(dòng)模擬水泥土攪拌樁的試驗(yàn)裝置包括有鉆桿1、支架2、鉆頭3、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、注漿系統(tǒng)6、控制系統(tǒng)7和試驗(yàn)箱8，其中鉆桿1通過(guò)支架2設(shè)在試驗(yàn)箱8的上端，鉆桿1為中空的，鉆頭3裝配在鉆桿1的下端，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5分別設(shè)在鉆桿1的上部和下部，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4驅(qū)使鉆桿1進(jìn)行升降，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5驅(qū)使鉆桿1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，注漿系統(tǒng)6通過(guò)注漿管9與鉆桿1的內(nèi)腔相連通，鉆頭3上部的鉆桿1上設(shè)有噴漿口10，注漿系統(tǒng)6內(nèi)噴射的漿液通過(guò)注漿管9和鉆桿1下部的內(nèi)腔從噴漿口10噴出，控制系統(tǒng)7與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和注漿系統(tǒng)6相連接，控制系統(tǒng)7控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和注漿系統(tǒng)6的工作。

噴漿口10與鉆頭3之間的鉆桿1上裝配有切割刀片11，噴漿口10上部的鉆桿1上對(duì)稱裝配有兩組攪拌葉片12，每組攪拌葉片12均由三個(gè)葉片組成，邊緣葉片的長(zhǎng)度大于內(nèi)側(cè)兩個(gè)葉片的長(zhǎng)度。

噴漿口10在鉆桿1的左右設(shè)有兩個(gè)，左邊的噴漿口10通過(guò)第一支管13與鉆桿1的內(nèi)腔相連通，右邊的噴漿口10通過(guò)第二支管14與鉆桿1的內(nèi)腔相連通，第一支管13的長(zhǎng)度大于第二支管14的長(zhǎng)度，噴漿口10的頂端罩設(shè)有濾網(wǎng)15，噴漿口10的噴口處設(shè)有滾珠16，滾珠16的下端連接有彈簧17，彈簧17的后端連接在固定柱18上。

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5為伺服電機(jī)。

注漿系統(tǒng)6包括有注漿壓力室20、注漿泵21和注漿機(jī)箱22，其中注漿壓力室20設(shè)在注漿機(jī)箱22上端，注漿壓力室20用于制備和儲(chǔ)存水泥漿液，注漿壓力室20的下部設(shè)有攪拌機(jī)構(gòu)23，注漿泵21設(shè)在注漿機(jī)箱22的上部與注漿壓力室20相連接，注漿壓力室20通過(guò)注漿管9與鉆桿1的內(nèi)腔相連通，注漿機(jī)箱22上還裝配有控制面板24。

控制系統(tǒng)7裝配在注漿系統(tǒng)6的注漿機(jī)箱22內(nèi)，包括有壓力傳感器和位移傳感器，壓力傳感器用于控制注漿系統(tǒng)6的注漿壓力和注漿速度，位移傳感器用于控制鉆桿1的升降速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，控制系統(tǒng)7與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和注漿泵21相連，控制系統(tǒng)7控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和注漿泵21的工作，控制系統(tǒng)7與注漿機(jī)箱22上的控制面板24相連接，通過(guò)控制面板24指令控制系統(tǒng)7的工作。

支架2與試驗(yàn)箱8之間設(shè)置有導(dǎo)向架25。

本發(fā)明的工作原理：

通過(guò)設(shè)定控制系統(tǒng)7中位移傳感器的參數(shù)控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，從而控制鉆桿1的升降速度以及轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制鉆桿1上攪拌葉片12的攪拌速度和切割刀片11的切割速度。鉆桿1的升降速度設(shè)定為10mm/min-100mm/min；攪拌葉片12的攪拌速度設(shè)定為10轉(zhuǎn)/分-50轉(zhuǎn)/分；切割刀片11的切割速度設(shè)定為10轉(zhuǎn)/分-50轉(zhuǎn)/分。

鉆頭3下沉至設(shè)定深度后，開(kāi)啟注漿系統(tǒng)6，使兩個(gè)外伸式噴漿口10進(jìn)行噴漿，同時(shí)鉆桿1向上提升，得到水泥土攪拌樁。通過(guò)設(shè)定壓力傳感器的參數(shù)，控制注漿泵21向兩個(gè)噴漿口10的注漿壓力和注漿速度，通過(guò)設(shè)定位移傳感器控制鉆桿1的提升速度和轉(zhuǎn)速。注漿壓力設(shè)定為350kpa-450kpa；注漿速度設(shè)定為20ml/min-700ml/min。

漿液包括水泥、水和早強(qiáng)劑，水泥、水和早強(qiáng)劑的質(zhì)量比為1:1:0.02。

注漿時(shí)鉆桿1下部的兩個(gè)噴漿口10同時(shí)進(jìn)行噴漿，鉆桿1旋轉(zhuǎn)提升到試驗(yàn)箱8頂面后，重復(fù)進(jìn)行2次-3次上述鉆桿1旋轉(zhuǎn)下沉，兩個(gè)噴漿口10進(jìn)行噴漿，鉆桿1旋轉(zhuǎn)提升到試驗(yàn)箱8頂面的操作，即可制備得到室內(nèi)水泥土攪拌樁。

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、控制系統(tǒng)7中的壓力傳感器和位移傳感器以及注漿系統(tǒng)6中的注漿壓力室20、注漿泵21和注漿機(jī)箱22均為現(xiàn)有設(shè)備的組裝，因此，具體型號(hào)和規(guī)格沒(méi)有進(jìn)行贅述。