1.本实用新型属于建筑填充物技术领域，涉及一种壳状结构型填充物及其制造工具。


背景技术：

2.溶洞是可溶性岩石因喀斯特作用所形成的地下空间，溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。由于岩层中各部分石灰质含量的不同，被侵蚀的程度不同，就导致石灰岩地区逐渐被溶解分割成结构复杂，纵横交错的溶洞。我国西南地区气候湿润，降雨丰沛，流水作用显著，并且存在大量的可溶性岩石，属喀斯特地貌广为分布的地区。
3.岩溶形态各异、岩面起伏、顶板稳定性差以及岩溶水的动态变化等特点是影响岩溶地区工程质量及安全使用的重要因素。在隧道、桥梁桩基等工程中妥善处理溶洞并兼顾工程成本、施工工期和施工难度等是工程项目的重点也是难点。针对岩溶发育地区桥梁桩基，我国已累积了一定的经验，根据溶洞规模形式以及洞内填充情况，常见的溶洞处理措施有四类：1)注浆法；2)钢护筒跟进；3)回填；4)综合法。现有对回填溶洞的填充物研究较少，由于地下溶洞复杂多变，裂隙交错贯通具体情况难以探明，工程中常出现地勘报告与实际出现一定偏差的情况。普通片石粘土回填常出现漏浆，需要反复多次回填压实，严重延缓工程进度，并且由于其强度有限，导致实际施工时存在水下灌注混凝土压力过大，挤破孔壁造成漏浆、断桩等风险。因此有必要设计一种溶洞填充物，可有效利用填充物形状、堆积效果，并注射水泥、混凝土等速凝材料，完成桩基打孔条件。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是提供一种结构简单、便于生产安装、实用性强、可起到有效填充效果的壳状结构型填充物及其制造工具，用于解决溶洞地区打桩困难的问题。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种壳状结构型填充物，包括半球状壳体、开设于半球状壳体内部的嵌合填充凹坑，以及多个开设于嵌合填充凹坑内侧的嵌合填充孔。
7.所述壳状结构型填充物可作为骨架单元，与混泥土、石灰、速凝剂等材料搅拌混合后投入溶洞中形成土骨架，其中将填充物设计为壳状并设置多个嵌合填充孔，可使水泥等凝聚物流入，提高所形成土骨架的密度与硬度，从而保证其结构强度，进而解决溶洞地区打桩困难的问题。
8.作为优选的技术方案，所述半球状壳体可通过以当地土壤作为原料，经压模工艺制备得到。
9.进一步地，多个嵌合填充孔形成两组夹角呈60
°
的填充孔组，每个填充孔组包括3个正三角形排列的嵌合填充孔，并且其中一个填充孔组的嵌合填充孔深度大于另一个填充孔组。
10.进一步地，所述嵌合填充凹坑的截面呈半椭圆状，使得半球状壳体的边缘厚度小
于底部厚度。通过提高半球状壳体底部厚度，以避免嵌合填充孔底部厚度过薄，从而影响半球状壳体的结构强度。
11.进一步地，所述嵌合填充孔包括直筒型侧壁以及半球状底板。
12.作为优选的技术方案，所述半球状壳体直径为桩孔直径的10-40％。
13.一种用于制备上述壳状结构型填充物的制造工具，包括底座、设于底座上的凹模与支架、竖直滑动设于支架上的滑杆、设于滑杆底端并与凹模相适配的凸模，以及用于驱动滑杆竖直滑动的压杆组件。
14.进一步地，所述凹模包括凹模底座、开设于凹模底座上侧面并用于形成半球状壳体外侧形貌的凹模模芯，以及设于凹模模芯边缘与凹模底座上侧面边缘之间的凹模排料槽。
15.作为优选的技术方案，所述凹模排料槽呈半圆柱状，以便于在压模过程中将多余土壤、水分、空气在空隙中排除，使产品填充物结构更为密实。
16.作为进一步优选的技术方案，所述凹模排料槽设有4个并沿周向等夹角均匀布设于凹模底座顶面外缘处。
17.进一步地，所述底座上设有多个定位凸台，所述凹模底座的底部开设有与多个定位凸台相适配的定位槽。
18.作为优选的技术方案，所述定位凸台设有3个并呈正三角形排列于底板上，以约束凹模避免其在压模过程中发生转动。
19.作为优选的技术方案，多个定位凸台焊接于底座上。
20.进一步地，所述凸模包括凸模座、凸模模芯以及与凹模排料槽相对设置的凸模排料槽，所述凸模模芯包括设于凸模座上并用于形成嵌合填充凹坑的第一凸模台，以及多个设于第一凸模台上并用于形成嵌合填充孔的第二凸模台。
21.作为优选的技术方案，所述凸模顶部设有内螺纹孔，所述滑杆底部设有外螺纹，所述凸模通过内螺纹孔及外螺纹与滑杆底部可拆卸连接。
22.进一步地，所述支架为倒l型支架，并且在该倒l型支架顶部伸出端上贯穿开设有安装孔，该安装孔内设有直线轴承，所述滑杆滑动设于直线轴承内，并通过直线轴承以保证滑杆的竖直滑动方向。
23.进一步地，所述压杆组件包括连杆、插筒以及杆柄；
24.所述连杆两端分别与底座及插筒端部相铰接；
25.所述插筒外壁与滑杆端部相铰接；
26.所述杆柄一端插设于插筒内，另一端伸出于插筒外。
27.作为优选的技术方案，所述插筒端部与中部分别设有端部铰接座与中部铰接座，所述端部铰接座与连杆上端插销连接，从而实现插筒与连杆的铰接；同样的，所述中部铰接座与滑杆上端插销连接，从而实现插筒与滑杆的铰接。
28.作为优选的技术方案，所述杆柄端部与插筒插销连接。
29.以水泥，石灰，速凝剂等常规填充物形成的堆积效果如图13所示，其堆积截面呈钝角三角形，填充物底部占地面积大，为满足打桩要求，只能使用大量填充物，从而保证堆积高度，而遇到深度较高的溶洞时，填充物量会明显增大，造成材料过度浪费，不经济；而添加本技术壳状结构型填充物可作为骨架单元后，所形成的堆积状态如图12所示，从中可以看
出，此时壳状填充物表现出很好的堆积效果，堆积截面呈梯形，既可节省材料，又能有支撑效果。
30.与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
31.1)本实用新型中的壳状结构型填充物可作为骨架单元，与混泥土、石灰、速凝剂等材料搅拌混合后投入溶洞中形成土骨架，其中将填充物设计为壳状并设置多个嵌合填充孔，一方面可增加水泥等凝聚物渗透性，从而提高所形成土骨架的密度与硬度，保证结构强度，进而解决溶洞地区打桩困难的问题，另一方面也有利于在维持适当结构体积的情况下，降低自身重量，节省原料使用，提高打桩工作的经济效益；
32.2)通过将嵌合填充凹坑的侧壁设计为圆柱状，底部设计为半球状，以便于凝聚物流入，提高填充物与填充基体之间的连接强度，进而提高所形成土骨架的结构强度，同时也有利于在压模成型过程中，提高脱模操作的便捷性；
33.3)本实用新型中的制造工具利用杠杆原理压模制备壳状结构型填充物，在降低使用者劳动强度的同时，提高了压模压力，从而提高产品结构的致密度，保证产品结构强度；
34.4)本实用新型结构简单，制备方便，通过上述制造工具经一次压模即可成型，制造原料可选用当地土壤，取材方便，节省施工成本，加快施工速度，并为广大施工人员有效解决了溶洞地区桩基打孔问题，并在制造设备的选择与使用上，节省了大量的财力与精力。
附图说明
35.图1为实施例中一种壳状结构型填充物的结构示意图；
36.图2为图1中a-a断面图；
37.图3为实施例中一种用于制备壳状结构型填充物的制造工具的结构示意图；
38.图4为底座的立体结构示意图；
39.图5、图6为凹模的结构示意图；
40.图7、图8为凸模的结构示意图；
41.图9为滑杆的结构示意图；
42.图10为插筒的结构示意图；
43.图11为连杆的结构示意图；
44.图12为含有壳状结构型填充物所形成的堆积效果图；
45.图13为常规填充物所形成的堆积效果图；
46.图中标记说明：
47.1-半球状壳体、2-嵌合填充凹坑、3-嵌合填充孔、4-底座、5-凹模、501-凹模底座、502-凹模模芯、503-凹模排料槽、504-定位槽、6-支架、7-驱动滑杆、8-凸模、801-凸模座、802-第一凸模台、803-凸模排料槽、804-第二凸模台、9-定位凸台、10-中部铰接座、11-直线轴承、12-连杆、13-插筒、14-杆柄、15-底座铰接座、16-端部铰接座。
具体实施方式
48.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
49.实施例：
50.如图1及图2所示的一种壳状结构型填充物，包括直径为80mm的半球状壳体1、开设于半球状壳体1内部的嵌合填充凹坑2，以及6个开设于嵌合填充凹坑2内侧的嵌合填充孔3。其中，半球状壳体1直径可根据实际桩孔尺寸确定，一般可选用桩孔直径的10-40％。
51.具体地，嵌合填充凹坑2横截面呈圆形，纵截面呈长半径30mm、短半径20mm的椭圆形，使得半球状壳体1的边缘厚度小于底部厚度，具体地，半球状壳体1的边缘厚度为10mm，底部厚度为20mm。通过提高半球状壳体1底部厚度，以避免嵌合填充孔3底部厚度过薄，从而影响半球状壳体1的结构强度。
52.6个嵌合填充孔3三三一组，每组呈正三角形排列，两组之间的夹角呈60
°
，组内孔深统一，且其中一组深度大于另一组。具体地，嵌合填充孔3包括直筒型侧壁以及半球状底板。其中一组中的孔径为10mm，另一组孔径为10.9mm。
53.上述壳状结构型填充物可采用如图3所示的制造工具，以施工现场的土壤为原料，经压模工艺制备而成。
54.具体的，上述制造工具包括底座4、设于底座4上的凹模5与倒l型支架6、贯穿开设于支架6顶部伸出端上的安装孔、设于安装孔内的直线轴承11、竖直滑动设于直线轴承11中的滑杆7、与滑杆7底端螺纹连接并与凹模5相对设置的凸模8，以及用于驱动滑杆7竖直滑动的压杆组件。
55.如图4所示，倒l型支架6焊接于底座4上，包括竖直设置的长300mm的长管与设于长管顶端的长150mm的短管，在该短管端部设有直径45mm的安装孔，直线轴承11可通过螺栓、垫圈、螺母等零部件安装于该安装孔上。直线轴承11的结构如图11所示，可选用内径30mm、外径45mm、长64mm的标准直线轴承。此外在底座4上还焊接有底座铰接座15，以及3个正三角形排列的定位凸台9。其中底座铰接座15具体为间距20mm且并列设置的两个开孔方形板，其开孔直径为14mm。
56.如图5-6所示，凹模5包括直径110mm的圆柱状凹模底座501、开设于凹模底座501上侧面、半球形凹陷状凹模模芯502，以及4个沿周向等夹角均匀布设于凹模底座501上侧面边缘的凹模排料槽503。这4个凹模排料槽503均呈直径10mm、长15mm的半圆柱状，并连通凹模模芯502边缘与凹模底座501边缘。在凹模底座501底部还设有3个定位槽504，通过定位槽504与定位凸台9以约束凹模5避免其在压模过程中发生转动。
57.如图7-8所示，凸模8包括直径110mm、厚40mm的圆柱状凸模座801、凸模模芯以及凸模排料槽803，凸模模芯包括设于凸模座801上并用于形成嵌合填充凹坑2的第一凸模台802，以及6个设于第一凸模台802上并用于形成嵌合填充孔3的第二凸模台804。与上文中的嵌合填充孔3相对应，这6个第二凸模台804也分为2个凸模台组，如图8所示，内侧3个第二凸模台804呈直径10.9mm的长圆柱状，外侧3个第二凸模台804呈直径10mm的短圆柱状，并且这6个第二凸模台804端部均设有同直径的半球结构。此外，凸模排料槽803结构、尺寸、位置均与凹模排料槽503相适配，以相互配合形成模具排料孔，将压模过程产生的多余土壤、水分、空气的物料排出，使产品填充物结构更为密实。
58.如图9所示，滑杆7直径30mm，长270mm，一端垂直轴向设有直径14mm的通孔，另一端设有长20mm的外螺纹，凸模8顶部还设有直径30mm、深20mm的内螺纹孔，凸模8与滑杆7之间通过内螺纹孔及外螺纹可拆卸连接。
59.压杆组件包括连杆12、插筒13以及杆柄14；其中插筒13结构如图10所示，直径为35mm，壁厚5mm，长190mm，一端垂直于轴向开设有直径5mm的通孔，在插筒13端部与中部分别设有端部铰接座16与中部铰接座10，该中部铰接座10与滑杆7端部的通孔相适配，并通过标准键m14-50圆柱销相连接，形成中部铰接座10与滑杆7端部铰接配合。杆柄14具体为一个长700mm、内径25mm、外径35mm的钢管，且在一端垂直于轴向开设有直径5mm的通孔；插筒13通孔与杆柄14通孔之间通过标准键m5-45开口销连接固定。连杆12结构如图11所示，主体部分呈长方体状，两端设有圆角与直径14mm的通孔，分别用于插销连接底座铰接座15与端部铰接座16。
60.使用时，将施工现场土壤作为原料并置于凹模5内，之后下压杆柄14外端使其绕与连杆12的铰接处转动至水平状态，利用杠杆原理通过位于杆柄14中部的滑杆7下压凸模8，使凹模5与凸模8相互压紧，并使其中的土壤材料压模制成上述壳状结构型填充物。
61.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。