一种静压式柔性隔振气囊插板机及施工方法与流程

1.本发明属于强夯地基加固过程隔振设备技术领域，具体涉及一种静压式柔性隔振气囊插板机及施工方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.传统高速公路拓宽过程中地基加固会大量采用管桩、浆喷桩技术，工程费用高。强夯施工快速、工期短且费用只有管桩等技术的十分之一左右，是较为理想的施工技术。但强夯施工会导致地面震动，破坏道路原有结构及周边建筑设施，是制约强夯工程应用的关键技术问题。
4.目前常规的处置方案有空沟隔振、柔性隔振和刚性隔振等隔振技术,但现有技术均无法在黄泛平原区等以粉质土为主、地基压缩性大、地下水位高的地基上施工，施工过程极易造成塌方和隔振材料无法置入，最终导致隔振措施无法生效。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种静压式柔性隔振气囊插板机及施工方法，该插板机可以将隔振气囊直接置入需要隔振的区域，将气囊两侧进行折叠，充气后两侧伸展，相互贴合，能实现连续作业和气囊间的无缝对接。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种静压式柔性隔振气囊插板机，包括插板，插板两侧设置静压式插板卷扬装置；所述插板包括上下开口的插板主体，插板主体顶部或上侧部固定设置气囊输送装置，气囊输送装置包括并列设置的主动输送辊和滑动从动辊，主动输送辊与动力装置连接，滑动从动辊两端均与弹性伸缩装置连接，以调节主动输送辊和滑动从动辊之间的间距，气囊由主动输送辊和滑动从动辊之间输送进入插板主体内腔；所述插板主体下侧部设置上下封闭的插板扩口。
8.作为进一步的技术方案，所述弹性伸缩装置包括外壳，外壳底部与插板主体连接，外壳上部开孔供滑动杆穿过，弹簧套于滑动杆上，主动输送辊与滑动从动辊之间的压紧力大小由弹簧进行调节。
9.作为进一步的技术方案，所述主动输送辊包括第一轴杆，第一轴杆两端包设第一包胶层；所述滑动从动辊包括第二轴杆，第二轴杆两端包设第二包胶层。
10.作为进一步的技术方案，所述主动输送辊的第一轴杆外周设置第一轴承，滑动从动辊的轴承位于第二包胶层内部。
11.作为进一步的技术方案，所述插板主体上侧部设置侧壁开口，气囊外侧包裹套袋，套袋包括依次设置的气囊区、钢板区和裁断区。
12.作为进一步的技术方案，所述气囊两侧折叠，气囊充气后两侧伸展，相邻气囊相互贴合以无缝对接。
13.作为进一步的技术方案，所述插板上方设置气囊起吊装置，插板主体顶部设置可视化摄像头。
14.作为进一步的技术方案，所述插板通过插板保护衍架与微调滑轨滑动连接，微调滑轨设置于主架梁。
15.作为进一步的技术方案，所述主架梁顶部固定设置操作室，主架梁底部设置液压支撑装置。
16.第二方面，本发明还提供了一种如上所述的静压式柔性隔振气囊插板机的施工方法，包括以下步骤：
17.移动插板机至起始作业点，首次施工时，将插板连同钢板压入地下；
18.将气囊套袋首端送入气囊输送装置，弹性伸缩装置根据通过气囊的厚度自行调整主动输送辊和滑动从动辊的间距；
19.插板抬起，气囊同时被送入插板腔体内，插板抬升，气囊套袋漏出全部钢板区停止输送；
20.将气囊套袋钢板区插入钢板，气囊输送装置反转，钢板覆于插板底口；静压式插板卷扬装置将插板提升，气囊因钢板阻隔，被留在土体腔内；气囊快速充气，沿气囊套袋裁剪区进行裁断，重复以上步骤，直至完成施工。
21.上述本发明的有益效果如下：
22.本发明的气囊插板机，插板主体下侧部设置上下封闭的插板扩口，能在拔出土体后形成一定宽度的空腔，下一个气囊置入土体时可与上一充气气囊保持一定安全距离，防止插板刺破气囊；将气囊两侧进行折叠，充气后两侧伸展，相互贴合，能实现连续作业和气囊间的无缝对接。
23.本发明的气囊插板机，滑动从动辊与主动输送辊相对间距为零，并带有一定的预压力，当气囊经过气囊输送装置时，厚度变大，滑动从动辊两侧弹簧被压缩，滑动杆相对外壳滑动，滑动从动辊与主动输送辊相对间距变大，通过弹性伸缩装置，使得气囊输送装置可根据通过物料的厚度自行调整间距。
24.本发明的气囊插板机，由静压式插板卷扬装置带动插板可直接插入地下，避免振动对地基或气囊的破坏作用，且噪音小，系统稳定性好。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1为本发明隔振气囊插板机侧视图；
27.图2为本发明插板结构示意图；
28.图3a为本发明气囊输送装置主视示意图；
29.图3b为本发明气囊输送装置侧视示意图；
30.图4为本发明气囊输送装置剖面示意图；
31.图5为本发明气囊结构示意图；
32.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
33.其中，101液压行进装置、102液压支撑装置、103微调滑轨、104操作室、105液压马
达装置、106柴油发电机组、107静压式插板卷扬装置、108插板、109气囊起吊装置；
34.201插板扩口、202插板主体、203气囊输送装置；
35.301电机、302减速器、303主动输送辊、304滑动从动辊、305弹性伸缩装置；
36.401联轴器、402外壳、403弹簧、404滑动杆、405轴承、406轴杆、407包胶层。
具体实施方式
37.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种静压式柔性隔振气囊插板机，其包括安装于主架梁上的液压行进装置101、液压支撑装置102、微调滑轨103、操作室104、液压马达装置105、柴油发电机组106，以及位于插板保护衍架下方的静压式插板卷扬装置107、内部的插板108和上方的气囊起吊装置109。
39.其中，液压行进装置101固定于主架梁底部，为液压驱动的履带轮系统，可实现设备整体平移和转动。
40.液压支撑装置102固定在主架梁底部，包括可伸缩横梁和液压缸支撑腿组成，液压缸支撑腿设置于可伸缩横梁底部，本实施例中设置四条支撑腿，且四条支撑腿可分别调节。液压支撑装置调平后，将包括履带在内的设备整体悬空。
41.微调滑轨103设置于主架梁上，插板108通过插板保护衍架与微调滑轨103滑动连接，调平后，可实现插板沿插板施工方向的小范围调节，调节距离范围为0-40cm。
42.操作室104，内部集成作业面可视化系统、设备调平系统、设备行进系统和设备作业等相关的所有控制系统和控制开关。
43.液压马达装置105为设备所有液压运动单元提供动力来源；柴油发电机组106为液压马达装置105提供电能。
44.插板压入土体采用静压式。静压式插板卷扬装置107包括电机、减速器、齿轮和链条组成，位于插板保护衍架内部，对称分布于插板两侧。电机通过减速器与主动齿轮连接，主动齿轮通过链条和从动齿轮连接，静压式插板卷扬装置可将插板进行提升和下压，静压式插板卷扬装置采用现有技术，在此不再赘述。本实施例中，静压式插板卷扬装置由液压驱动，避免振动对地基或气囊的破坏作用。
45.插板108包括上下开口的插板主体202、插板扩口201以及气囊输送装置203组成，插板主体202下部一侧设置上下封闭的插板扩口201；气囊输送装置203固定于插板主体202上侧部，插板主体顶部设置可视化摄像头，可实时反馈插入点的位置。插板入土部分深度5-7m左右为最佳。
46.插板扩口的作用是能保证下一个插板施工的过程中插板不会损坏上一个充气后的气囊。因为扩土后的空腔即是插板和气囊的最大施工距离。
47.气囊输送装置203固定于插板侧壁口或插板顶口，由电机301、减速器302、主动输送辊303、滑动从动辊304和弹性伸缩装置305组成。在气囊输送装置设置于插板顶口时，气囊由主动输送辊和滑动从动辊之间经插板顶口送入插板主体内腔；在气囊输送装置设置插板侧壁时，插板侧壁对应气囊输送装置的位置设置开口，气囊由主动输送辊和滑动从动辊
之间经插板侧壁开口送入插板主体内腔。
48.主动输送辊303、滑动从动辊304并列设置，两辊均由轴杆406两端包设包胶层407而成。
49.主动输送辊303的轴杆一端通过联轴器401与减速器302连接；滑动从动辊304两端与弹性伸缩装置305连接，能随气囊厚度变化进行位移；弹性伸缩装置305由外壳402、弹簧403和滑动杆404组成，外壳402底部与插板主体202连接，上部开孔供滑动杆404穿过，并与滑动杆404为间隙配合，弹簧403套于滑动杆404上，主动输送辊303与滑动从动辊304之间的压紧力大小由弹簧403进行调节。
50.主动输送辊303的轴杆和联轴器之间设置轴承405，滑动从动辊304的轴承位于包胶层407内部，保证其中间可转动，两侧可实现滑移。
51.气囊起吊装置109包括位于插板保护衍架上方的独立的电机、减速器和钢缆卷绕器组成的提拉设备，起吊装置采用现有技术即可，将气囊进行起吊。
52.气囊外侧包裹套袋，为实现连续施工或者多条气囊连续作业，将套袋分别设置气囊区、钢板区和裁断区。气囊两端需进行折叠，通过折叠输送，充气后两侧伸展，相互贴合，进而实现无缝对接。气囊充气后厚度100-150mm为最佳。
53.该气囊插板机还包含独立的用于气囊快速充放气的充气压缩泵与抽气真空泵、用于调教主架梁水平度的水平度测量仪、示意插板插入点位置的激光示位仪和可视化摄像头。
54.在具体的实施方案中，插板108底口长*宽为800*120mm，总高9000mm；插板主体202内腔为700*100*9000mm，即插板108每完成一次插拔动作，可通过插板扩口201将一侧土体多扩充100mm宽的空腔，插板扩口201一侧为未施工区。实际插板108可插入地面高度为7000mm。气囊外置套袋，通过缝线将套袋分割为气囊区、钢板区和裁断区，如图5所示，气囊充气后尺寸为700*150*7000mm，气囊抽真空后从两侧折叠，套袋外侧设置粘扣，折叠后尺寸为570*30*7000mm，气嘴处厚约80mm。根据作业区域土质特征，将隔振距离设置为宽5m，深7m的隔振带。
55.本发明的另一种典型的实施方式中，提出静压式柔性隔振气囊插板机的施工方法，该方法基于上述静压式柔性隔振气囊插板机及其插板结构和气囊实现，具体步骤如下：
56.1)、选定需插入气囊的起始作业点，调节液压支撑装置102至主架梁水平，放置钢板，将插板连同钢板压入地下，此时气囊输送装置203基本处于地面位置；
57.2)、将气囊套袋首端送入气囊输送装置，插板抬起，气囊同时被送入插板腔体内，插板抬升至底口离地面1米处停止，气囊套袋漏出全部钢板区停止输送；
58.3)、将气囊套袋钢板区插入钢板，其中钢板略大于插板外径，气囊输送装置反转，钢板覆于插板底口；
59.4)、插板机前进至适宜位置，重新调节支撑装置至主架梁水平，利用微调滑轨微调插入点位置，静压式插板卷扬装置将插板重新插入地下；
60.5)、静压式插板卷扬装置将插板提升，气囊因钢板阻隔，被留在土体腔内；插板抬升至底口离地面1米处停止，气囊套袋漏出全部钢板区停止输送；
61.6)、气囊快速充气，沿气囊套袋裁剪区进行裁断，重复步骤3)-6)，直至到达指定区域。
62.7)、施工完成后，利用真空泵对气囊进行抽真空。完成后利用气囊起吊装置将气囊提起进行人工收纳和整理。后期进行套袋和重新卷绕，并重复使用。
63.施工过程中，插板插入点位置由液压行进装置进行粗略定位，由微调滑轨进行找平后的精细定位。
64.具体的实施过程为：
65.1、首先，启动柴油发电机组106和液压马达装置105，设备自检完成后驱动液压行进装置101到达选定的起始作业点，操作人员在操作室104内调节液压支撑装置102的四个支撑腿将主架梁调至水平，要求前后、左右水平度误差不超过
±
0.5
°
，此时设备主体悬空。在操作室104内打开插板108上方的激光示位仪和可视化摄像头，调节微调滑轨103，将插板插口对准插入点。
66.2、首次施工时，插板108腔体内部无气囊，因此需单独放置钢板一块，启动静压式插板卷扬装置107，将插板108连同钢板压入地下，放置插板108内部进入土石。此时气囊输送装置203距离地面位置约1m左右。将气囊套袋首端送入气囊输送装置203的主动输送辊和滑动从动辊之间，启动电机301，减速器302通过联轴器401带动主动输送辊303正转，气囊经由插板顶口或插板侧壁开口被送入插板108内。同时，静压式插板卷扬装置107反转，插板108抬起至底口离地面1米处停止，气囊套袋漏出全部钢板区电机301停止，此时第一块钢板即留在土体内部。
67.3、滑动从动辊304与主动输送辊303相对间距为零，并带有一定的预压力。当气囊经过气囊输送装置203时，厚度变大，滑动从动辊304两侧弹簧403被压缩，滑动杆404相对外壳402滑动，滑动从动辊304与主动输送辊303相对间距变大，弹性伸缩装置305可根据通过物料的厚度自行调整间距，此处设置弹簧403行程150mm。包胶层407设置于两辊的两端，中间空洞区是为了保护气囊气嘴不被挤压破坏。滑动从动辊304与主动输送辊303的轴承405的位置不同，主动输送辊303的轴杆406和包胶层407位置固定，保证电机301动力传输；滑动从动辊304的轴承405位于包胶层407内部，保证其中间可转动，两侧可实现滑移。
68.4、将气囊套袋钢板区插入钢板，其中钢板略大于插板外径，尺寸为820*140mm，厚5mm。气囊输送装置203电机301反转，钢板覆于插板底口。在操作室104内收起液压支撑装置102的四个支撑腿，驱动液压行进装置101到达下一作业点。重新调节液压支撑装置102至主架梁水平，利用微调滑轨103微调插入点位置，静压式插板卷扬装置107将插板108连同气囊重新插入地下。
69.5、启动静压式插板卷扬装置107将插板108提升，气囊因钢板阻隔，连同套袋被留在土体腔内；插板108抬升至底口离地面1米处停止，气囊套袋漏出下一个钢板区电机301停止工作。利用充气压缩泵使气囊快速充气，气囊充气后膨胀，挣开套袋粘扣，恢复原尺寸，厚度因小于150mm，两侧略微延展并压紧两侧土体。沿气囊套袋裁剪区进行裁断。
70.6、新插入点位置确定方式为：插板扩口201另一侧插板108外壁，在距离充气气囊约50mm左右处插入，气囊充气后单侧可伸展约60-70mm，两气囊被压紧。重复气囊插入步骤，直至到达指定区域，将气囊套袋裁断。
71.7)、施工完成后，利用真空泵对气囊进行抽真空。完成后利用气囊起吊装置109将气囊连同套袋一起提起，气囊与套袋之间通过细绳连接，如套袋破坏，可拉断细绳，单独将气囊提出进行人工收纳和整理，后期重新进行套袋和卷绕，实现重复使用。所有隔振施工完
成后，对施工区空腔进行回填和浇筑。
72.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。