砾石土洗筛装置研制与应用

胡宗容，袁 平

(中国水利水电第五工程局有限公司中心试验室，成都，610066)

1 前言

土料颗粒级配是建筑工程填筑用土料最重要的物理性能指标，其级配好坏直接影响土料的填筑质量和多项物理、力学指标，是土料施工前及施工过程中必须进行的检测指标。

砾石土颗粒级配试验一般采用筛析法，根据砾石粒径大小，取样量一般在4kg～10kg之间。由于土料中的粘粒基本都较紧密地粘附在砾石上，因此，在进行筛分前，需将土粒完全浸泡在水中24h左右，待粘粒完全泡软后，再进行人工冲洗。人工冲洗过程费时费力，工作效率低，浪费水资源，也不利于环保要求，特别当水温较低时，冲洗操作人员的手容易受伤。

因此，研制一套能够自动清洗和筛分砾石土的洗筛装置，对提高砾石土颗粒级配检测结果的准确性，减轻检测人员劳动强度，提高工作效率等方面都具有重大意义。

2 砾石土洗筛装置研制思路

2.1 研制思路

利用土料与筛面的相对运动，在不破坏砾石表面结构的前提下，将粘土与砾石分离，并可多次重复，准确收集分离的小于0.075mm的颗粒进行分析。

洗筛装置应能容纳10kg以上砾石土料及5kg左右水，振动台能控制振动频率，使砾石土料和水得到充分搅拌，并在适当的时间间隔加水冲淋，小于0.075mm的颗粒及水能在需要的时候与粗颗粒分离，及时进入另一容器，达到充分分离的目的。

2.2 装置的组成及主要结构

砾石土洗筛装置主要由三大部分组成：振动台、工作室及注水与集排水装置。

(1)振动台：振动台是整个筛洗装置的稳固系统，它主要由基座、外部框架和缓冲器组成。基座主要起平衡稳定整个设备的作用；外部框架起支撑作用；缓冲器主要是为了减振，即减少因电机振动带来的整体稳定冲击以及减少噪音等功能。

(2)工作室：主要由不锈钢套桶，0.075mm筛网、2mm筛网、5mm筛网、10mm带钢刷筛网，振动电机，垫铁及螺母等组成。工作室是整个洗筛装置的核心部分，振动电机由2个电机组成，分别置于套筒上下两端，以保证砾石土颗粒在水流作用下能够使砾石与粘土得到充分分离，并在振动作用下，将砾石土按10mm、5mm、2mm和0.075mm自动筛分以实现洗和筛的功能。

(3)注水与集排水装置：注水装置为一个带压力的花洒水龙头，固定在振动台架上部喇叭口上，集排水装置由保护钢板、排水阀门、固定螺栓、橡皮软管等组成，能够将洗筛后的0.075mm以下颗粒及水收集作进一步分析或沉淀处理后排放，达到环保达标排放。

3 砾石土筛洗装置设计与加工制作

3.1 振动台(架)的设计与加工制作

振动台(架)是整个装置的工作平台，振动电机产生的振动，对平台有较大的冲击力，需要保持整个装置的稳定。在设计时，采用以下材料加工制作：

(1)振动台台面：采用800mm×800mm×5mm的钢板，台面中间开孔：60mm×40mm；台面背面用槽钢焊接成800mm×800mm×80mm的长方体加强。

(2)振动台座：用80mm槽钢焊接成800mm×800mm×80mm的长方体并用膨胀螺栓与地基基础固定。

(3)振动台台面与台座基础连接：振动台台面与台座基础之间采用φ50的钢管连接，钢管上部与台面拼接之间加缓冲器。

3.2 工作室的设计与加工制作

筛洗装置工作室，是用作被洗筛的砾石土的清洗场所，要保证称量后的砾石土不在振动清洗的过程中损失，故需要保证工作室密封，所以工作室加工成桶状结构。同时，为了达到砾石土初步分级的目的，将工作室用10mm、2mm(或5mm)、0.075mm三层筛网分离。工作室由套筒、筛网和振动电机组成。分别采用以下材料：

(1)套桶：用60mm×40mm×2mm的钢板加工成高为800mm的立方体状，套桶上部加工成喇叭口形状，便于注水清洗。

(2)筛网：直接采购孔径为10mm、5mm、2mm、0.075mm的钢丝网，钢丝网四边分别与套筒连接，10mm、5mm(或2mm)、0.075mm的筛网间距分别为250mm、200mm、150mm。第一层筛网上部加装硬塑料纵向刷，加强砾石土的清洗，筛网可拆卸，方便有破损或不同工作需要时能够及时更换。

(3)电机：电机是工作室的振动源，振动源是砾石土筛洗装置的核心部件，是集动力源、振动为一体的装置，具有体积小、激振力大、结构合理、防水、稳定性高、易于维修的特点。电机最大振动力为1000N，分别安装在套筒的上下各一个，以保证工作室有足够的振动频率，达到筛分彻底及帮助清洗的目的。

工作室套桶整体与工作台架焊接为一个整体。

3.3 注水及集排水装置的设计与加工制作

注水装置为洗筛水源提供装置，直接采购一个带压力的花洒水龙头，将水龙头固定于振动台架上部喇叭口一角。喷水口向下倾斜15°，以便能将水均匀喷洒在第一层筛网上。集排水装置主要作用是将0.075mm以下颗粒及清洗水进行收集的装置，上部工作室相连为一整体，0.075mm筛网下部套桶加工成椎型体，底部开φ15mm的孔，用引水软管与集水器连接，便于洗筛水收集，沉淀、取样再分析。

4 砾石土筛洗装置应用

4.1 设备安装及使用步骤

(1)将砾石土筛洗装置安装在坚固的地面上，并将装置与地面固定，以保证在使用过程中不发生偏移移位等现象，根据工作需要选择5mm或2mm筛网(一般情况下选择2mm筛网，当用于水利水电工程砾石土心墙坝砾石土料填筑施工砾石含量控制时选择5mm筛网)并安装；

(2)接通水源及电源；

(3)将预先浸泡完成的10kg土样倒入砾石土筛洗装置内，开启电源，先振动10s以上，电机工作开始震动，硬塑料刷与砾石之间不断摩擦，随着土与砾石的分离，小颗粒砾石自动分离进入下一孔径筛网内，使砾石与粘粒逐步分离；

(4)打开注水装置，压力水不断冲洗土样，在同粒径砾石摩擦和水的冲刷下，砾石与粘粒分离；冲洗30s关闭水源，待10s后再打开水源继续冲洗，如此循环操作，直至集水装置水管流出水变清为止，关闭水源，关闭电源，完成筛洗工作。

4.2 应用及验证

分别对5组10kg砾石土进行筛洗操作，按上述步骤操作完成后，分别对每组砾石表面进行人工检查，未发现有明显的粘粒粘附现象，也未发现砾石被挤压破碎等情况，说明砾石土筛洗装置的筛洗功能满足规范及使用要求。

5组砾石土整个筛洗操作过程仅1人在3min即可完成10kg砾石土样分离清洗工作，与传统人工筛洗方式相比，每组节约时间20min以上，大大节约了人工成本，提高了工作效率。且筛分后的筛洗水经过集水装置进行收集处理，达到排放标准后进行排放，满足环境保护的要求。

6 结语

砾石土筛洗装置的成功研制，填补了目前国内无砾石土筛洗装置的空白。砾石土筛洗装置的使用，由原来每组土样筛洗30min,缩短为3min，极大地缩短了砾石土筛洗时间，降低了人员成本，提高了工作效率。

该装置可广泛应用于水利水电工程、公路工程、铁路工程及市政工程砾石土填筑料颗粒级配分析检测等领域，特别是在砾石土心墙坝砾石土料填筑过程中砾石含量检测时，使用该装置可大大提高工作效率，缩短检测时间。