CN1033402C - 流体冲积土方的机械设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于土方工程施工，特别是关于流体冲积土方的机械设备和方法的发明。它利用水膜(或加气垫)的浮滑作用。借助叶片式喂土机械、喷头、渡槽等专用设备，选配供水(或加供气)设备，克服稠泥浆流动困难，发挥其凝固堆积特性，应用连续推进、堆积成型、自重压密原理作业的土方工程机械化施工方法及其设备的发明。适用于山区高土低填，且有水源的土方工程。

Description

本发明涉及土方工程施工，特别是流体冲积土方机械施工技术的发明。

在土方工程施工技术中，我国首创的水力冲填筑坝技术，初始含水量40％左右，属于流限，需要筑边埂挡泥以控制边坡。与碾压法筑坝相比，其中冲填部分(占总土方量一半)省去了装、运、卸、碾(夯)等四道工序。但它的边埂作业有待机械化，需要排水措施和脱水固结时间，冲填部分与边埂结合部位沉陷不均，难免出现裂缝隐患，鼓肚滑坡的现象亦时有发生。同时，在坝体冲填泥浆的输运、沉积过程中，颗粒存在着分选现象，影响了它的广泛应用。

本发明旨在提供一种不筑边埂、泥浆颗粒不分选、坝体密实、进占式的机械化土方工程施工方法及其机械设备。

本发明是利用水膜(必要时加气垫)的浮滑作用，克服稠泥浆(介于流限和塑限之间)流动困难，发挥其凝固特性，运用连续(装、运、卸)作业、堆积成形、自重压密的工作原理进行构思的。以土坝建筑为例，其技术解决方案如下：

设计制造专用的渡槽(包括首部摆动渡槽、固定渡槽、尾部摆动渡槽及其它们的衬里)、喷头和喂土机械。选配相应的供水(或加供气)机械。渡槽呈首高尾低置于坝堤设计高程以上，完成接纳水土、输送并泄卸泥浆的工作；供水机械与置于首部摆动渡槽内表面的若干喷头相通；喂土机械与首部摆动渡槽相靠。

土经喂土机械不断喂入纵向倾置(倾角3-5度以上)的渡槽中，同时，在渡槽底部由供水机械和若干喷头造成一定压强(水膜及气垫层的冲击压强大于等于泥土对渡槽底部的静压强)、流量(喷水流量按泥含水量25％调整；要求泥浆以更快的速度或在倾角更小的渡槽中运行时，可在渡槽关键部位加设气垫)的水膜，打破泥土与渡槽的接触，使泥土失去静摩擦力，在重力作用下沿着倾斜渡槽滑向坝顶，并顺着扇形(俯视)坡一层一层地堆积起来，泥浆浓度在摔打、挤压、渗透的堆积过程中趋于平衡。就这样，渡槽沿着坝顶水平推进，利用泥浆的流动性自然形成迎水坡和背水坡；利用泥浆的凝固性堆积至设计高程，抵达对岸。

从本发明的形式看，在工艺流程上与挖泥船管道输泥有些近似；坝体的堆积方式与水平推进的倒渣方法相同，进度亦不受限制；泥浆含水量及其固结速度与手工制砖相近；质量相当于泥石流固结体致密。

从本发明的本质看，土仍是筑坝的物质基础；渡槽是泥土进行滑移、保持层状稳定、含水量基本不变的必要条件；水是泥土借助势能输送的润滑剂和坝体自重压密的“催化剂”；泥速与土质有关，在根本上取决于渡槽倾角大小，亦与水的流量和压强成正相关，在该定倾角下，又与喂土的连续性和饱和性有关；边坡大小主要决定于泥浆浓度，具体作业中又与流速、落差(泥出槽后的跌落高度)、操作的熟练程度(供水设备和尾部渡槽摆动线速度的调节)密切相关；坝体的密度与土质的品种、粒度、泥浆浓度、冲积的连续性有关；工程造价与坝体料(土、水)距、动力类别、工程总量有关。

本发明与水力冲填筑坝技术相比，可全部实现机械化，省去边硬作业、排水措施及其固结时间，节约用水一半，输送压密工效每小时可达500立方米，干容重每立方米可达1.6吨，且泥浆颗粒没有分选现象。

本发明可以应用于有水、高土低填的工程，特别是黄土高原地区坝堤、公路、铁路土方挖填工程中，它的实施推广，将对黄河的根治和黄土高原的建设，产生深远的影响。

以下附图从整体到局部描述了本发明的一个实施例。

附图1：流体冲积土方工程机械化施工技术作业(筑坝)示意图。

附图2：喂土机械工作原理示意图。

附图3：输泥断面示意图。

附图4：喷头结构示意图。

附图5：喷头工作仰视示意图。

附图1：流体冲积土方工程机械化施工技术作业(筑坝)示意图。供水机械9和喂土机械7启动，水土同时进入首部摆动渡槽6。一定压强和流量的水经若干喷头8的协调(按互补参接的原则，沿特定曲线分布)作用，在首部摆动渡槽6上始区段的内表面形成一层紧密的一定动能的薄膜，这层薄膜使贴近首部摆动渡槽6的土质不断形成泥浆，这层泥浆的浓度自下而上增大，由于水对泥土的渗透速度较慢，所以在短距离输送中泥厚约为10～100毫米，并随局部自身压强的增大而递减，其余均是松散土料，这对泥浆浓度和堆积边坡的提高非常有利。泥浆含水量在25％时，堆积边坡(即冲积扇形坡3的两侧)在30～50度之间。渡槽倾角在5～10度时，其中泥土在重力的作用下，以每秒钟1米左右的速度，经中间固定渡槽5冲出尾部摆动渡槽4，并自行一层层堆积起来。渡槽泥土各层次的浓度在出槽后的摔打、挤压、渗透的堆积过程中趋于平衡，基于泥浆的触变性，在其压密静置过程中形成网状结构逐步凝固，以承负渡槽；而处于流限与塑限之间的稠泥则常在冲积扇形坡3表层。固定渡槽5随土场的后退和坝堤的推进向两头续接伸长。首部摆动渡槽6、尾部摆动渡槽4的支架18(见附图3)上均装有行走机构。摆动节点10的伸缩性能由弹性装置来实现。首部摆动渡槽6随喂土机械7沿一定弧线摆动，以扩大取土范围；尾部摆动渡槽4则沿坝顶冲积端部一定弧线，以相应(泥浆浓度配合)的线速度摆动，来满足顶宽和边坡的设计要求。供水量根据喂土量、土质湿度和边坡设计要求随时调整。这样，尾部摆动渡槽4牵固定渡槽5延伸，沿坝堤设计高程2、坝顶中线限定的轨迹推进抵达岸壁1为止。

附图2：喂土机械工作原理示意图。若干刮土叶片13装有过载保护机构，均布于转轴12，逆时针回转将土料11刮起，在弧面推刀14的配合下，抛入首部摆动渡槽6上始区段中，刮土叶片的连续运转，使土源源不断喂入渡槽输出。

附图3：输泥断面示意图。支架18联接渡槽(包括首部摆动渡槽、固定渡槽、尾部摆动渡槽及其它们的衬里)17，使其按限定槽宽自然弯曲成半圆状，效果较其它断面为好，但它在实际运行中近乎于抛物线断面。泥水(或加气垫)层16紧贴渡槽17，并浮运上部松散土料15抵达终点。

附图4：喷头结构示意图。供水机械9送来的水通过进水口19，输入上壳20和底片23之间，

经正面(两侧和后面由衬垫22封闭)的弧形喷缝21泻出。弧形喷缝21的截面积小于进水口19的截面积。

附图5：喷头工作仰视示意图。水膜24呈扇形，沿底片23内表面喷出。

Claims (5)

1.流体冲积土方的施工方法，其特征是：利用水膜或加气垫浮运泥土，实现连续作业、堆积成形、自重压密的进占式机械化工艺过程；渡槽(17)包括首部摆动渡槽(6)、固定渡槽(5)和尾部摆动渡槽(4)，它们顺序相联纵向倾置于坝堤设计高程(2)以上；水由供水机械(9)输送，经首部摆动渡槽(6)上始区段内按互补参接原则分布的若干喷头(8)喷出，在流槽内表面形成一层紧密的一定压强、流量的若干水膜(24)；喷头(8)的弧形喷缝(21)的截面积小于进水口(19)的截面积；水膜(24)呈扇形，它及附加的气垫层的冲击压强大于等于泥土对渡槽底部的静压强；喂土机械(7)的若干刮土叶片(13)逆时针回转，在弧面推刀(14)的配合下，将土料(11)源源不断地喂入首部摆动渡槽(6)内的若干水膜(24)上，由此形成的水泥层(16)紧贴渡槽(17)，浮运着上部松散土料(15)，经固定渡槽(5)冲出尾部摆动渡槽(4)，在扇形坡(3)一层一层地堆积起来；供水量根据喂土量、土质湿度和边坡设计要求随时调整；固定渡槽(5)随土场的后退和坝堤的推进向两头续接伸长；首部摆动渡槽(6)随喂土机械(7)沿一定弧线摆动；尾部摆动渡槽(4)则沿坝堤顶面冲积端一定弧线以相应的线速度摆动，亦牵固定渡槽(5)沿坝堤设计高程(2)、坝顶中线限定的轨迹推进抵达岸壁(1)为止。

2.流体冲积土方的机械设备，其特征是：首部摆动渡槽(6)、固定渡槽(5)和尾部摆动渡槽(4)相接，完成接纳水土、输送并泄卸泥浆的工作；供水机械(9)与置于首部摆动渡槽(6)内表面的若干喷头(8)相通；喂土机械(7)与首部摆动渡槽(6)相靠。

3.按照权利要求2的机械设备，其特征在于：渡槽(17)的横断面接近抛物线形状，与支架(18)联接；首部摆动渡槽(6)和尾部摆动渡槽(4)的支架(18)上均装有行走机构，它们与固定渡槽(5)间的摆动节点(10)的伸缩性是由弹性装置来实现的。

4.按照权利要求2的机械设备，其特征在于：喷头(8)由上壳(20)、底片(23)及它们间的衬垫(22)组成；若干喷头(8)在首部摆动渡槽(6)上始区段内表面呈曲线分布。

5.按照权利要求2的机械设备，其特征在于：喂土机械(7)的若干刮土叶片(13)装有过载保护机构，均布于转轴(12)，弧面推刀(14)紧靠首部摆动渡槽(6)的上始区段。

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