電動(dòng)銑削開槽成墻的制造方法
【專利摘要】一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，采用浸在循環(huán)水水箱中的水冷式電機(jī)，帶動(dòng)環(huán)面蝸桿蝸輪或經(jīng)過(guò)多級(jí)齒輪減速后，驅(qū)動(dòng)銑輪切削土層，同時(shí)噴出水泥漿攪拌成水泥土墻，插入鉆了孔的毛竹竹竿后制成竹筋水泥土重力擋土墻。這種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不需要再打錨桿，完全不消耗錨桿、錨索、支護(hù)型鋼等任何鋼材，最終有利于節(jié)能減排。電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其整機(jī)連同底盤的制造成本僅為進(jìn)口液壓雙輪銑價(jià)格的1/20，但能夠加大銑輪轉(zhuǎn)矩，性能超過(guò)進(jìn)口機(jī)型?？芍苯討覓煸趪?guó)內(nèi)各種現(xiàn)有樁機(jī)上使用。所建造的竹筋水泥土重力擋土墻、型鋼水泥土擋墻、垂直向斜撐支護(hù)結(jié)構(gòu)、π型支護(hù)結(jié)構(gòu)等支護(hù)安全，建造成本低，施工速度快，有顯著經(jīng)濟(jì)效益和良好社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種建設(shè)工程領(lǐng)域的施工機(jī)械，並涉及使用這種機(jī)械完成的防滲止水墻及多種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的建造方法。具體說(shuō)是一種電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的兼具成槽、攪拌成墻功能的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]防滲止水墻技術(shù)一直是江河湖泊堤防工程、垃圾填埋場(chǎng)工程、深基坑圍護(hù)工程等不可或缺的重要技術(shù)，為了有效保證止水防滲效果、截?cái)嘟ㄔO(shè)工程場(chǎng)地內(nèi)外的地下水力聯(lián)系、以便更好地保護(hù)環(huán)境，需要有一種理想的防滲止水墻型式及其建造技術(shù)。目前業(yè)界常用的水泥土攪拌樁、高壓噴射注漿樁、混凝土咬合樁、混凝土地下連續(xù)墻等防滲止水墻型式及其建造技術(shù)，由于受施工設(shè)備能力及自身技術(shù)缺點(diǎn)所限，均不理想。水泥土攪拌樁只能施工到20M深度范圍，當(dāng)樁長(zhǎng)較大時(shí)易因搭接不好而滲漏，當(dāng)?shù)貙訄?jiān)硬或密實(shí)時(shí)不僅難以鉆進(jìn)、而且會(huì)使深部開叉加劇影響效果；高壓噴射注漿樁存在成樁直徑不易保證、止水防滲可靠度差的嚴(yán)重缺點(diǎn)；混凝咬合樁防滲止水墻存在接頭太多漏水風(fēng)險(xiǎn)大、成本高的突出缺點(diǎn)；混凝土地下連續(xù)墻各種防滲墻中成本最高。建墻技術(shù)是與設(shè)備直接相關(guān)的。為了建造可靠的地下連續(xù)防滲止水墻，國(guó)內(nèi)多個(gè)企業(yè)經(jīng)過(guò)引進(jìn)和創(chuàng)新，研制了一系列三軸攪拌地連墻鉆機(jī)。但三軸攪拌本身也一直存在著樁間咬合接頭多漏水風(fēng)險(xiǎn)大、遇堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)能力不強(qiáng)、遇巖層無(wú)法鉆進(jìn)、施工效率不高、經(jīng)濟(jì)性不夠好等缺點(diǎn)；有公司從國(guó)外購(gòu)進(jìn)TRD工法鉆機(jī)、TCM工法鉆機(jī)、液壓雙輪銑銑削攪拌鉆機(jī)，花費(fèi)上仟萬(wàn)元甚至幾仟萬(wàn)元的巨資。即使是上海某工程機(jī)械廠與日本企業(yè)合資生產(chǎn)的TRD工法鉆機(jī)，其售價(jià)高達(dá)1300萬(wàn)元。上海研制的液壓雙輪銑銑削攪拌鉆機(jī)，其售價(jià)也超過(guò)1000萬(wàn)元.單臺(tái)售價(jià)過(guò)千萬(wàn)就不是小數(shù)，直接影響到使用成本。使用成本太高就難以全面推廣，影響有關(guān)止水支護(hù)技術(shù)本身的應(yīng)用。因此可以說(shuō)，目前建設(shè)工程領(lǐng)域還沒有一種可靠性、經(jīng)濟(jì)性同時(shí)都較好的理想的防滲止水墻施工設(shè)備與建造技術(shù)。
[0003]基坑開挖和支護(hù)是現(xiàn)代城市建設(shè)工程中常見的施工方式。隨著城市建設(shè)用地日漸緊缺，新開挖的基坑往往緊貼臨近的現(xiàn)有建筑。這使基坑支護(hù)時(shí)通常采用的土釘、錨桿施工十分困難甚至無(wú)法進(jìn)行:或因臨近建筑和原有管線影響無(wú)法再打錨桿；或因鄰居不允許錨桿打進(jìn)其所有的地下土層。在這種情況下迫不得已采用的內(nèi)支撐法或逆作法施工，成本高工期長(zhǎng)。為此我們需要找出一種安全可靠、盡量不減少建筑面積和施工作業(yè)面積、建造成本又低的新支護(hù)方法，滿足新施工條件下的深基坑支護(hù)要求。顯然，重力擋土墻的占地面積小，不需要另作支撐，是一種合理的選擇。但是至今鮮見在施工中采用，其原因在于采用目前的設(shè)備與方法建造重力擋土墻的建造成本太高。例如目前墻體基本上都是采用小直徑(D500mm、D600mm)水泥土攪拌樁建造的，由于每次只能施工一根很小直徑的樁，樁數(shù)很多，相比其它支護(hù)結(jié)構(gòu)型式其造價(jià)往往很高。因此我們需要有一種價(jià)格適中、效率高(至少是普通設(shè)備工效的幾十倍)的施工設(shè)備替代傳統(tǒng)的水泥攪拌樁機(jī)，才能真正發(fā)揮水泥土重力式擋墻的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。研制這種設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]我們要解決的技術(shù)問(wèn)題是:設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的防滲止水墻、水泥土重力式擋墻施工設(shè)備，要求它用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可以迅速將深基坑開挖現(xiàn)場(chǎng)的土層攪拌成封水帷幕或水泥土墻，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合后插的竹筋、鋼材等建造更經(jīng)濟(jì)可靠的復(fù)合式水泥土重力擋土墻或其它類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0005]我們解決上述技術(shù)問(wèn)題的方法是:設(shè)計(jì)一種電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，其由銑削頭、鉆桿、加壓裝置、導(dǎo)向裝置和裝有立柱的行走底盤構(gòu)成，其特征在于:置于循環(huán)水水箱中的水冷電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或變速箱，帶動(dòng)環(huán)面蝸桿蝸輪或多級(jí)齒輪，再通過(guò)鏈條、鏈輪帶動(dòng)銑輪軸驅(qū)動(dòng)銑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水泥漿輸漿管和高壓氣管從鉆桿內(nèi)穿出，穿過(guò)循環(huán)水箱、聯(lián)軸器箱或變速箱后，再穿過(guò)機(jī)械減速箱直通安裝在機(jī)械減速箱箱外的噴口，一個(gè)可升降的柔性平衡油箱的油管繞過(guò)立柱頂部的滑輪后由鉆桿穿出，並穿過(guò)循環(huán)水箱、聯(lián)軸器箱或變速箱，再穿過(guò)蝸桿上端的軸承蓋將油管末端埋入機(jī)械減速箱內(nèi)的潤(rùn)滑油液面之下。銑削頭箱體外裝有防埋噴水口。行走底盤的立柱上裝有竹竿或型鋼夾持插入夾頭。
[0006]下面通過(guò)附圖介紹電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)的結(jié)構(gòu)和竹筋水泥土重力擋土墻的建造方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1.電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)的雙輪銑削頭結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2.電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)銑削頭的機(jī)械變速箱機(jī)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3.竹竿夾持插入裝置(改換夾頭型號(hào)可作型鋼夾持插入裝置)。
[0010]圖4.電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)整機(jī)圖。
[0011]圖5.安裝在現(xiàn)有樁架上的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)。
[0012]圖6.竹筋水泥土重力擋土墻支護(hù)的基坑邊坡剖面圖。
[0013]圖7.永久結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻施工剖面圖。
[0014]圖中:
[0015]1.水冷式電機(jī)，2.循環(huán)水水箱，3.聯(lián)軸器，4.聯(lián)軸器箱體(或機(jī)械變速箱箱體)，
5.環(huán)面蝸桿，6.環(huán)面蝸輪，7.小鏈輪，8.蝸輪箱體(或多級(jí)齒輪減速箱箱體)9.鏈條，10.大鏈輪，11.銑輪，12.水泥漿噴管(2個(gè)噴漿管，I個(gè)噴氣管夾于中間，共3個(gè)噴口)，13.平衡油油管(管口埋在箱內(nèi)潤(rùn)滑油液面之下)，14.防埋噴水管，15.鉆桿，16.電磁變位器，17.撥叉，18.雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，19.現(xiàn)有樁架立柱頂部加長(zhǎng)裝置，20.加壓裝置，21.柔性平衡油箱，22.導(dǎo)向裝置，23.現(xiàn)有樁架底盤，24.竹筋水泥土重力擋土墻，25.鉆過(guò)孔的毛竹竹竿。
【具體實(shí)施方式】
[0016]電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)的銑削頭機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。在圖1中一目了然:水冷式電機(jī)I (水冷式電機(jī)的功率大而體積相對(duì)較小。可選用相對(duì)廉價(jià)簡(jiǎn)單的交流電機(jī)；也可選用無(wú)級(jí)調(diào)速并能加大扭矩較昂貴的直流電機(jī)。)浸在循環(huán)水水箱2中，其輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器3驅(qū)動(dòng)環(huán)面蝸桿5.(此處的聯(lián)軸器箱可以換成一個(gè)機(jī)械變速箱，操作電磁變位器16帶動(dòng)撥叉17換擋。見圖3.)環(huán)面蝸桿5帶動(dòng)環(huán)面蝸輪6及與蝸輪同軸的小鏈輪7，帶動(dòng)鏈條9大鏈輪10驅(qū)動(dòng)銑輪11轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸桿和蝸輪是最簡(jiǎn)單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以用螺旋傘齒輪和多級(jí)齒輪減速來(lái)取代蝸輪蝸桿減速，與蝸輪蝸桿減速原理和效果相同。
[0017]此處有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，就是銑輪軸的密封。施工時(shí)銑削頭深入地面下數(shù)十米，水泥漿與砂土的混合物將對(duì)銑削頭的機(jī)械減速箱箱體構(gòu)成相當(dāng)大的壓力，泥砂和泥水很容易突破銑輪軸上的兩道密封進(jìn)入箱體內(nèi)，破壞傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。因此必須使箱體內(nèi)外的壓力平衡以減少泥砂泥水進(jìn)入箱體的可能性。為此我們經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，采用了柔性平衡油箱技術(shù)。柔性平衡油箱21懸掛于底盤立柱后方(或置于現(xiàn)有樁架立柱后動(dòng)滑輪組上)，其油管繞過(guò)底盤立柱頂部滑輪架，從鉆桿15內(nèi)穿出，穿過(guò)循環(huán)水箱2聯(lián)軸器箱(或變速箱)4，穿過(guò)蝸桿5上端的軸承蓋，最后進(jìn)入蝸輪箱(或多級(jí)齒輪變速箱)8，將油管出口端插入箱體內(nèi)潤(rùn)滑油的液面之下。這種結(jié)構(gòu)，使得銑削頭越深入地下，則柔性平衡油箱21在立柱上位置越高，其油管出口處的油壓越大。完全避免了銑削頭外部壓強(qiáng)大于箱體內(nèi)部壓強(qiáng)使泥水進(jìn)入箱內(nèi)的可能性。當(dāng)銑削頭提升，到達(dá)地面時(shí)，柔性平衡油箱降至最低點(diǎn)，從而保持內(nèi)外壓力始終平衡。這是保證電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)長(zhǎng)期正常工作的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0018]圖1中的防埋噴水管14可在埋鉆時(shí)噴出高壓水流，沖散壓在銑削頭上的泥砂，以利于拔出。噴水管至少有4個(gè)，每側(cè)兩個(gè)。
[0019]圖1中的銑削輪可以安裝三個(gè)，由三臺(tái)電機(jī)及傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)。三輪與兩輪工作原理完全相同。不過(guò)三輪可以減小銑削槽最底端銑輪之間的“屁股溝”，使封水帷幕更不容易漏水。因?yàn)槊總€(gè)銑輪都由一個(gè)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，所以我們還可以在上部加裝2-3個(gè)銑輪，制造四輪、五輪直至多輪銑削頭提高施工效率。銑削頭的所有箱體之間都嚴(yán)格密封。
[0020]圖2是電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)銑削頭的機(jī)械變速箱結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)這個(gè)變速箱取代聯(lián)軸器箱時(shí)，可以換擋實(shí)現(xiàn)銑輪轉(zhuǎn)速的機(jī)械變速以適應(yīng)開槽機(jī)入巖或進(jìn)入堅(jiān)硬土層時(shí)阻力增大的要求。在此應(yīng)當(dāng)說(shuō)明一下:只有換擋這種機(jī)械變速才能用降低轉(zhuǎn)速的辦法成倍的增大扭矩。這是目前屬于恒扭矩變速的液壓變速無(wú)法做到的。而電機(jī)僅通過(guò)調(diào)頻變速就能有限地增大扭矩。僅在此點(diǎn)上，電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)的性能就超過(guò)了進(jìn)口液壓雙輪銑。當(dāng)選用直流水冷電機(jī)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)加大扭矩的無(wú)級(jí)調(diào)速，此時(shí)不必?fù)Q擋，變速箱簡(jiǎn)化為聯(lián)軸器箱。
[0021]圖4是電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)整機(jī)圖。國(guó)外進(jìn)口的液壓雙輪銑，價(jià)格高達(dá)三千多萬(wàn)元，國(guó)內(nèi)仿造的液壓雙輪銑，售價(jià)一千二百萬(wàn)元以上。而本發(fā)明電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，整機(jī)制造成本不到上述國(guó)內(nèi)仿造液壓雙輪銑的1/5，功能卻超過(guò)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的液壓雙輪銑。只有有如此廉價(jià)而高效的施工設(shè)備，才能使竹筋水泥土重力擋土墻的造價(jià)有大幅度降低的可能。標(biāo)準(zhǔn)整機(jī)的立柱上裝有竹竿夾持插入裝置(見圖3)，用以?shī)A持竹竿插入攪拌好的水泥土中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。竹竿夾持插入裝置改換夾頭型式即可用于夾持插入型鋼。
[0022]圖5是安裝在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有樁架上的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)。電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要設(shè)立大功率的液壓站，因此能夠很方便的安裝在現(xiàn)有長(zhǎng)螺旋樁架上使用。不過(guò)為了使近百噸的樁架底盤遠(yuǎn)離所開的槽溝，有必要對(duì)其立柱頂端進(jìn)行改造，將頂部滑輪架加長(zhǎng)(圖中19)。其上安裝的竹竿夾持插入裝置，用樁架上原有的小卷?yè)P(yáng)帶動(dòng)(小卷?yè)P(yáng)鋼絲繩滑輪架在側(cè)面被遮擋，故未畫出)。其工作過(guò)程與制樁時(shí)插入鋼筋籠相似，不需要另雇吊車。
[0023]圖6是竹筋水泥土重力擋土墻支護(hù)的基坑邊坡剖面圖。墻厚約Im--L 2m,占地面積很小。其外側(cè)插有一排鉆過(guò)孔的大端向下的毛竹，增強(qiáng)水泥土墻的抗彎強(qiáng)度和剛度，制成獨(dú)特的竹筋水泥土重力擋土墻。這種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅占地少，施工速度快，封水擋土效果可靠，而且造價(jià)很低。即使在有條件打錨桿的基坑也可優(yōu)先選用。特別需要說(shuō)明的是，以往偶有在小直徑水泥土重力式擋墻中插入毛竹的，由于攪拌樁水泥土很稠、插入時(shí)阻力很大，都是小頭朝下插入的，而且毛竹與水泥土之間往往存在間隙，影響了毛竹的抗拔力，其受力狀態(tài)與效果都不好。而采用本發(fā)明的設(shè)備建造的水泥土墻，由于已被攪拌得非常均勻、呈泥糊狀，可以將大頭朝下用機(jī)械插入，鉆孔減少空心毛竹上浮力，毛竹與水泥土之間有效粘結(jié)，抗拉能力更強(qiáng)，可以更好地發(fā)揮毛竹價(jià)廉而抗拉的作用。竹筋與水泥土，是一種典型的“廉廉”結(jié)合，恰到好處，非常合理。
[0024]圖7是利用竹筋水泥土重力擋土墻做模板建造永久性結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻時(shí)的剖面圖。兩邊竹筋水泥土中間的土層可用于抓斗或挖掘機(jī)挖去。有竹筋水泥土擋土墻作為模板，使鋼筋混凝土的地下連續(xù)墻建造十分簡(jiǎn)單方便。
[0025]液壓雙輪銑的核心部件“赫格隆”低速大扭矩液壓馬達(dá)，目前國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)，必須依賴進(jìn)口。而本發(fā)明電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)為純國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，雖然制造成本低(僅為進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格的1/20，國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品價(jià)格的1/5)，但性能卻超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品。
[0026]綜上所述:電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但是由于采用了機(jī)械變速換擋的辦法或直流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的辦法，使其在銑削阻力變大時(shí)能夠相應(yīng)增大輸出扭矩，因此使用性能超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品。用它高效建造的竹筋水泥土重力擋土墻，可在滿足支護(hù)要求的前提下，根本不消耗如錨桿、錨索、支護(hù)型鋼等任何鋼材。只要不用或少用鋼材就有利于節(jié)能減排。(因地制宜。本發(fā)明并不影響施工者已有型鋼繼續(xù)插入使用)。本發(fā)明建造的竹筋水泥土重力擋土墻，建造成本又低、施工速度又快。采用本發(fā)明設(shè)備還可以用來(lái)建造垂直面斜撐支護(hù)結(jié)構(gòu)、η型支護(hù)結(jié)構(gòu)等新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，克服水平內(nèi)支撐占用過(guò)多空間、影響挖土、影響地下結(jié)構(gòu)施工的缺點(diǎn)，是一項(xiàng)有顯著經(jīng)濟(jì)效益和良好社會(huì)效益的技術(shù)創(chuàng)新。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，由銑削頭、鉆桿、加壓裝置、導(dǎo)向裝置和裝有立柱的行走底盤構(gòu)成，其特征在于:置于循環(huán)水水箱中的水冷電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或變速箱帶動(dòng)環(huán)面蝸桿蝸輪或多級(jí)齒輪，再通過(guò)鏈條、鏈輪帶動(dòng)銑輪軸驅(qū)動(dòng)銑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，水泥漿輸漿管和高壓氣管從鉆桿內(nèi)穿出，穿過(guò)循環(huán)水箱、聯(lián)軸器箱或變速箱后再穿過(guò)機(jī)械減速箱，直通安裝在機(jī)械減速箱箱外的噴口，一個(gè)可升降的柔性平衡油箱的油管繞過(guò)立柱頂部滑輪后由鉆桿穿出，並穿過(guò)循環(huán)水箱、聯(lián)軸器箱或變速箱，再穿過(guò)蝸桿上端的軸承蓋將油管末端埋入機(jī)械減速箱內(nèi)的潤(rùn)滑油液面之下。
2.一種如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，其特征在于:所說(shuō)的可升降的柔性平衡油箱安裝在行走底盤立柱的背面，其油管繞過(guò)立柱頂部滑輪進(jìn)入鉆桿，柔性平衡油箱隨銑削頭下降而上升，隨銑削頭的上升而下降。
3.—種如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，其特征在于:所說(shuō)的聯(lián)軸器箱或變速箱的箱外兩側(cè)裝有多個(gè)防埋噴水管，在銑削頭被坍塌的泥砂埋住時(shí)，由防埋噴水管口噴出高壓水流沖刷壓在其上的泥砂，拔出銑削頭。
4.一種如權(quán)利要求1所述電動(dòng)銑削開槽成墻機(jī)，其特征在于:所說(shuō)的行走底盤的立柱上裝有竹竿或型鋼夾持 插入裝置。
【文檔編號(hào)】E02D5/20GK104018534SQ201410263466
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】吳傳清, 石午江, 郝慶林, 石允中, 張巍, 陳 峰, 石興, 馬亮, 李飛 申請(qǐng)人:石午江