本发明涉及地下施工机械设备，具体而言，涉及一种原位固化搅拌设备及施工方法。
背景技术：
1、原位浅层固化技术是一项新型土壤处理技术，其精髓在于运用固化剂直接在原地对淤泥等软土进行固化。这项技术的主要目标是增强软土场地的强度和稳定性，使得原本被视为废弃的场地得以重新利用，并用于建筑与交通设施的后续建设。在这个地基处理过程中，固化剂与淤泥/黏土混合搅拌，经过一系列复杂的物理和化学反应，将淤泥/黏土地层转变为一种具有稳定承载能力的新基层。从而可满足各类工程建设的需要，也实现了对废弃土地的高效资源化利用。原位浅层固化技术具有显著优势，不仅可实现废弃土的零排运和资源节约，还能够提升地基土强度，满足工程对地耐力的需求。此外，该技术环保且应用广泛，适用于多个领域和不同土层，提高地基稳定性并延长使用寿命。
2、在该技术使用过程中需要解决如下问题：
3、1、现有搅拌设备的搅拌叶片常为单层结构，且叶片结构简单，在搅拌时对土体的扰动不足，难以确保土体与固化材料实现均匀的混合搅拌，致使加固效果难以达到设计要求。
4、2、现有搅拌设备固化剂喷嘴一般设在搅拌头根部，采用圆形喷口，固化剂喷射时达不到有效搅拌范围，且未做相关保护，搅拌作业中易发生喷口堵塞，导致固化剂无法按预设量要求注入地下，进而可能对施工质量构成潜在威胁，难以保证工程质量。
5、3、当前搅拌设备对于施工过程中搅拌叶片的搅拌次数不能确定，且目前尚无技术手段和技术装置精准测定搅头的实时转速，这可能导致施工中出现搅拌不均匀的情况，会严重影响工程质量和施工效果。
技术实现思路
1、针对现有的原位固化搅拌设备的特点及所面临的技术问题，本发明提出了一种原位固化搅拌设备，该搅拌设备采用了固定搅拌叶片和主动搅拌叶片相配合互相切割的结构，并利用油路系统来监测搅拌头的旋转次数，同时改变了喷嘴的位置，有效地保证了固化剂与土体在原位上的均匀搅拌。
2、为本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
3、一种原位固化搅拌设备，包括安装支撑板、延长臂和至少两个搅拌头、油路系统和输送管路系统；所述延长臂的上端设置在安装支撑板上，多个所述搅拌头沿周向间隔排列设置在所述延长臂的下端；每个所述搅拌头均包括搅拌固定部和搅拌旋转部；所述搅拌固定部固定设置在延长臂的下端，所述搅拌旋转部转动连接在所述搅拌固定部上；所述搅拌固定部的外周壁上沿周向间隔排列设置有若干固定搅拌叶片，所述搅拌旋转部的外周壁上沿周向间隔排列设置有若干主动搅拌叶片，且固定搅拌叶片与主动搅拌叶片呈错位设置并实现相互切割；每个搅拌头上至少一个所述固定搅拌叶片的内侧设置有喷嘴；所述油路系统和输送管路系统分别设置在延长臂上，所述油路系统与所述搅拌旋转部连接，油路系统用于驱动所述搅拌旋转部转动，同时通过过流油量换算旋转次数并记录；所述输送管路系统与所述喷嘴连接，输送管路系统用于将固化物料及高压气体由喷嘴喷出。该设备通过多个所述搅拌头能够增加搅拌力度以及搅拌均匀性，同时通过固定搅拌叶片与主动搅拌叶片实现相互切割进一步提升搅拌能力，并且通过油路系统能够对搅拌头的旋转次数进行记录，通过施工旋转数据控制来保证固化剂与土体在原位上的搅拌质量，最后通过输送管路系统和喷嘴相配合，不易在搅拌作业中发生堵塞，保证工程质量。
4、作为优选，所述搅拌固定部为固定支座；所述固定支座固定设置在所述延长臂的下端，所述固定搅拌叶片沿周向间隔布置在所述固定支座的外周壁上；所述搅拌旋转部包括旋转轴、旋转外壳和旋转驱动件；所述旋转驱动件设置在固定支座内并提供旋转动力，所述旋转外壳通过旋转轴转动连接在固定支座内，且旋转轴与旋转驱动件的驱动部固定连接；所述主动搅拌叶片沿周向间隔布置在所述旋转外壳的外周壁上。上述结构中，固定支座通过旋转轴将旋转外壳连接，旋转驱动件封闭在旋转外壳内部带动搅拌头转动。
5、作为优选，所述旋转外壳的端部沿周向间隔排列设置有端部刀头；所述旋转外壳的底面设置有盖板；所述盖板上沿直径布置有若干条棱板；所述棱板突出于所述盖板3 ~5cm。上述结构通过旋转外壳上的主动搅拌叶片与端部刀头在搅拌过程中旋转负责切割土体及主要搅拌作用；旋转驱动件封闭在旋转外壳内部带动搅拌头转动；盖板将旋转外壳进行封闭，同时盖上的棱板起到辅助搅拌作用及结构加固作用。棱板的突出结构在搅拌头旋转过程中从另一维度产生对土体的剪切，确保每次作业搅拌区域的边缘位置得到有效搅动，防止漏搅并保证多次作业之间的搭接满足施工要求。
6、作为优选，所述主动搅拌叶片与所述固定搅拌叶片均包括立板和横板，且所述横板至少有一层；所述主动搅拌叶片的立板固定设置在旋转外壳上，所述固定搅拌叶片的立板固定设置在固定支座上；所述主动搅拌叶片和固定搅拌叶片呈相对设置，使主动搅拌叶片的横板和固定搅拌叶片的横板之间形成重叠切割区域；且主动搅拌叶片的横板和固定搅拌叶片的横板呈上下错层分布。上述结构通过主动搅拌叶片与固定搅拌叶片采用立板和横板组合结构，同时，两组叶片错层布置的结构在搅拌过程中可达到类似相互剪切的作用，使固化剂与土体的拌和更为均匀。
7、作为优选，所述喷嘴设置在固定搅拌叶片的立板内侧，所述喷嘴的喷头呈缩颈圆台形，即喷头呈由内至外直径逐渐减小形状，所述喷头上分别开设有横向缝状喷口与竖向缝状喷口，或在所述喷头收口处末端开设圆形喷口。上述结构通过等腰梯形状喷嘴上的缝状喷口更有利于固化剂喷出时形成更好的雾化效果；当采用收口圆形喷口时可保证固化剂喷射速度，将固化剂送至远处搅拌位置。喷嘴隐藏在固定搅拌叶片内侧位置，可避免在下沉提升过程中由于土体压力过大堵塞喷口，保证固化剂物料及高压气体持续稳定的输出。
8、作为优选，所述横板与所述旋转外壳切线方向夹角为15°~ 30°。上述结构通过横板的夹角控制能够进一步保证了搅拌的效率以及搅拌的均匀性。
9、作为优选，所述油路系统包括进油阀、出油阀、控制阀和液压流量计；所述进油阀和出油阀分别设置在所述延长臂上，所述进油阀通过进油管与控制阀的进油部相连，所述液压流量计与控制阀的端口一通过油管相连，且液压流量计与每个所述搅拌头的搅拌旋转部通过第一驱动油管连接，每个所述搅拌头的搅拌旋转部通过第二驱动油管与控制阀的端口二通过油管相连，控制阀的出油部通过出油管与出油阀相连。上述结构通过进油管与出油管负责液压系统油路的循环，利用控制阀改变进出油方向进而改变搅拌头的搅拌方向，第一驱动油管与第二驱动油管在油路系统末端与旋转驱动件连接，其中液压流量计可通过液压油的流量变化换算出搅拌头的转速，通过实时监测搅拌头转速来调整上下作业时间，进而保证固化剂与土体的搅拌次数达到设计要求。
10、作为优选，所述输送管路系统包括通道一和通道二；所述通道一和通道二均可用于根据不同施工需求输送固化剂粉料、固化剂浆液或高压气体中的一种或多种；所述通道一和通道二分别设置在所述延长臂上，所述通道一的下端和通道二的下端分别延伸至所述搅拌头外侧的底部，并在搅拌头外侧的底部连通汇合形成混合区域；每个所述搅拌头上均设置所述喷嘴，每个所述喷嘴与所述混合区域通过支道相连通，相邻两个所述喷嘴之间的夹角与相邻两个搅拌头之间的夹角相同。上述结构通过通道一主要负责输送固化剂浆液或干粉，根据不同的施工要求选择不同状态的固化剂输送方式，通道二中的高压气体可在搅拌中减小搅拌阻力，同时也有助于固化剂的均匀撒布。
11、作为优选，还包括供料后台和施工载体，通过供料管和供气管与所述输送管路系统连接，所述供料后台用于固化搅拌提供固化剂及辅助高压气体；所述安装支撑板上设置有连接板，所述连接板上设有销孔，通过销轴穿过所述销孔将安装支撑板与施工载体固定连接；所述延长臂为中空结构，所述延长臂与所述安装支撑板连接处设有加强筋板。上述结构通过安装底板为原位固化搅拌设备与施工载体的连接件，销孔与销轴的连接方式较为通用，方便原位固化搅拌设备同不同类型的施工载体进行组合，同时，施工载体可根据不同的施工环境进行合理选择。
12、一种原位固化搅拌设备及施工方法，应用上述原位固化搅拌设备，包括以下几个步骤：
13、（a） 施工前，将预进行固化处理的区域进行放样并划分施工区域，若遇断面变化较大的区域，处理区块可做相应调整，以方便施工；
14、（b） 将原位固化搅拌设备通过连接板、销轴及销孔固定在挖掘机或其他施工载体前端；将驱动搅拌头旋转的油路系统中各阀门、控制器及油管依次连接，并与施工载体所带液压功能系统连通；同时将输送管路系统与供料后台通过供料管及供气管相连通，为固化搅拌提供固化剂及辅助高压气体；
15、（c） 施工设备就位后，供料后台开始通过供料管输送固化剂浆液或采用气力输送方式利用高压气体输送固化剂粉料，同时供料后台开始通过供气管为固化搅拌提供高压气体，当固化剂物料与高压气体输送至搅拌头时开始入土搅拌施工；
16、（d） 现场搅拌施工过程中，根据现场原状土含水率高低以及固化剂形式，采用垂直上下搅拌固化处理方式，搅拌设备垂直插入原位土进行搅拌，搅拌头上的主动搅拌叶片正向旋转作业，而搅拌头上的固定搅拌叶片保持不动，两组叶片在搅拌作业过程中可达到错层搅拌的效果；施工中逐渐深入搅拌并持续喷射固化剂物料及高压气体直至达到固化设计深度；为保证底部搅拌效果，搅拌设备在靠近底部位置进尺速度应适当放缓，并保持在底部停留至少10s，再进行反向旋转喷料提升作业，直至搅拌头完全提出地表，完成该次搅拌作业；
17、（e） 移动至下一作业位置，重复施工步骤（d）进行下次作业，施工过程中保证两个作业区域有不少于5cm的搭接宽度；
18、（f） 固化施工完成后，利用工程机械对固化区域地表进行碾压整平及养护，促进固化区域的地基承载力提高。
19、综上所述，本发明的优点是通过优化设计搅拌头上搅拌叶片的结构，实现固定搅拌叶片与主动搅拌叶片的错层搅拌效果，可显著提升固化剂与土体的混合搅拌均匀性和效率，进而增强地基土固化处理质量。利用控制阀来调控搅拌头的旋转方向，并结合流量计对搅拌次数进行严密监测，进而可制定具体的施工措施与要求，以确保各施工区域的作业质量稳定可靠。此外，通过调整固化剂喷嘴的位置与角度布局，可有效预防喷口堵塞，使固化剂喷洒更为均匀。同时，通过设置通道二，可利用高压气体有效减小搅拌过程中的阻力，不仅有利于搅拌作业，更有助于固化剂在土体内的顺畅流动与均匀搅拌，进一步提高工程质量与施工效率。
1.一种原位固化搅拌设备，其特征在于，包括安装支撑板（1）、延长臂（2）和至少两个搅拌头（3）、油路系统（4）和输送管路系统（5）；所述延长臂（2）的上端设置在安装支撑板（1）上，多个所述搅拌头（3）沿周向间隔排列设置在所述延长臂（2）的下端；每个所述搅拌头（3）均包括搅拌固定部和搅拌旋转部；所述搅拌固定部固定设置在延长臂（2）的下端，所述搅拌旋转部转动连接在所述搅拌固定部上；所述搅拌固定部的外周壁上沿周向间隔排列设置有若干固定搅拌叶片（32），所述搅拌旋转部的外周壁上沿周向间隔排列设置有若干主动搅拌叶片（31），且固定搅拌叶片（32）与主动搅拌叶片（31）呈错位设置并实现相互切割；每个搅拌头（3）上至少一个所述固定搅拌叶片（32）的内侧设置有喷嘴（53）；所述油路系统（4）和输送管路系统（5）分别设置在延长臂（2）上，所述油路系统（4）与所述搅拌旋转部连接，油路系统（4）用于驱动所述搅拌旋转部转动，同时通过过流油量换算旋转次数并记录；所述输送管路系统（5）与所述喷嘴（53）连接，输送管路系统（5）用于将固化物料和/或高压气体由喷嘴（53）喷出。
2.根据权利要求1所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述搅拌固定部为固定支座（22）；所述固定支座（22）固定设置在所述延长臂（2）的下端，所述固定搅拌叶片（32）沿周向间隔布置在所述固定支座（22）的外周壁上；所述搅拌旋转部包括旋转轴（35）、旋转外壳（36）和旋转驱动件（37）；所述旋转驱动件（37）设置在固定支座（22）内并提供旋转动力，所述旋转外壳（36）通过旋转轴（35）转动连接在固定支座（22）内，且旋转轴（35）与旋转驱动件（37）的驱动部固定连接；所述主动搅拌叶片（31）沿周向间隔布置在所述旋转外壳（36）的外周壁上。
3.根据权利要求2所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述旋转外壳（36）的端部沿周向间隔排列设置有端部刀头（34）；所述旋转外壳（36）的底面设置有盖板（38）；所述盖板（38）上沿直径布置有若干条棱板（39）；所述棱板（39）突出于所述盖板（38）3 ~ 5cm。
4.根据权利要求2所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述主动搅拌叶片（31）与所述固定搅拌叶片（32）均包括立板（331）和横板（332），且所述横板（332）至少有一层；所述主动搅拌叶片（31）的立板（331）固定设置在旋转外壳（36）上，所述固定搅拌叶片（32）的立板（331）固定设置在固定支座（22）上；所述主动搅拌叶片（31）和固定搅拌叶片（32）呈相对设置，使主动搅拌叶片（31）的横板（332）和固定搅拌叶片（32）的横板（332）之间形成重叠切割区域（333）；且主动搅拌叶片（31）的横板（332）和固定搅拌叶片（32）的横板（332）呈上下错层分布。
5.根据权利要求4所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述喷嘴（53）设置在固定搅拌叶片（32）的立板（331）内侧，每个所述喷嘴（53）的喷头（531）呈等腰梯形状，且喷头（531）呈由内至外直径逐渐减小，所述喷头（531）上分别开设有横向缝状喷口（54）与竖向缝状喷口（55），或在所述喷头（531）收口处末端开设圆形喷口（56）。
6.根据权利要求4所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述横板（332）与所述旋转外壳（36）切线方向夹角为15°~ 30°。
7.根据权利要求1所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述油路系统（4）包括进油阀（41）、出油阀（42）、控制阀（43）和液压流量计（44）；所述进油阀（41）和出油阀（42）分别设置在所述延长臂（2）上，所述进油阀（41）通过进油管（451）与控制阀（43）的进油部相连，所述液压流量计（44）与控制阀（43）的端口一通过油管相连，且液压流量计（44）与每个所述搅拌头（3）的搅拌旋转部通过第一驱动油管（461）连接，每个所述搅拌头（3）的搅拌旋转部通过第二驱动油管（462）与控制阀（43）的端口二通过油管相连，控制阀（43）的出油部通过出油管（452）与出油阀（42）相连。
8.根据权利要求1所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，所述输送管路系统（5）包括通道一（51）和通道二（52）；所述通道一（51）和所述通道二（52）均可用于根据不同施工需求输送固化剂粉料、固化剂浆液和高压气体中的一种或多种；所述通道一（51）和通道二（52）分别设置在所述延长臂（2）上，所述通道一（51）的下端和通道二（52）的下端分别延伸至所述搅拌头（3）外侧的底部，并在搅拌头（3）外侧的底部连通汇合形成混合区域（50）；每个所述搅拌头（3）上均设置所述喷嘴（53），每个所述喷嘴（53）与所述混合区域（50）通过支道相连通，相邻两个所述喷嘴（53）之间的夹角与相邻两个搅拌头（3）之间的夹角相同。
9.根据权利要求1所述的原位固化搅拌设备，其特征在于，还包括供料后台（6）和施工载体（7），通过供料管（61）和供气管（62）与所述输送管路系统（5）连接，所述供料后台（6）用于固化搅拌提供固化剂及辅助高压气体；所述安装支撑板（1）上设置有连接板（12），所述连接板（12）上设有销孔（13），通过销轴（11）穿过所述销孔（13）将安装支撑板（1）与施工载体（7）固定连接；所述延长臂（2）为中空结构，所述延长臂（2）与所述安装支撑板（1）连接处设有加强筋板（21）。
10.一种原位固化搅拌设备及施工方法，其特征在于，应用权利要求9所述原位固化搅拌设备，包括以下几个步骤：
