电动式“环刀”取土机具的研制与应用

刘敏香+靳武生+崔洁

“环刀”是堤防加固 、水库筑坝、水渠筑堤等土方工程施工过程中常用的检测土方干密度的工具。传统的“环刀”取土都是工人拿洋镐、铁锹来挖取，不但劳动强度大、工作效率低，而且在挖取过程中的“环刀”经常被扰动，容易造成干密度检测数值的不准确。在国家重点水利工程南水北调工程渠堤施工中，土方填筑量大，干密度检测“点次”多，人工“环刀”取土的工作量大，劳动强度高。为了提高“环刀”取土的工作效率，降低工人的劳动强度，减轻对“环刀”的扰动，确保干密度检测数值的准确性，焦作市黄河华龙工程有限公司的技术人员针对传统“环刀”取土存在的缺点和不足，进行技术攻关，并结合施工现场的实际情况反复研究、试验，终于完成了电动式“环刀”取土机具的研制。该机具的研制成功，使“环刀”取土的方法由人工式变为电动式，操作方便，省时省力，“环刀”受扰动小，检测数值准确性高。

一、 研制过程

焦作市黄河华龙工程有限公司负责建设的南水北调中线工程南阳淅邓段施工6标，其渠道工程土方填筑量达到300多万立方米，设计压实度为0.98;经压实试验，要达到0.98的设计压实度，需22吨以上振动碾压实8遍。在这种压实度下，人工用洋镐、铁锹“环刀”取土非常吃力，工作效率低，劳动强度大，“环刀”容易受扰动，干密度检测数值不准确。如何快捷、省力地松动“环刀”四周的土料，又不使“环刀”和“环刀”内的土料受到扰动，确保干密度检测的准确性，成了此次“环刀”取土的难点。该公司技术人员针对上述难点，经过分析研究，认为可借鉴冲击钻打孔的工作原理，先在“环刀”四周打若干个孔，在确保“环刀”不受扰动的情况下，使“环刀”周围的土料松动，便可轻松地取出“环刀”。经过研究和试验，该公司成功研制出了电动式“环刀”取土机具。

电动式“环刀”取土机具主要由蓄电池、逆变器、冲击钻、防扰动铁盘和铁撬板组成。公司采用蓄电池和逆变器相结合，直流电变交流电方法，解决了施工现场的电源问题;用冲击钻打孔使“环刀”取土的效率明显提高;为了解决“环刀”易被扰动而影响检测数值准确度的问题，公司专门制作了防扰动铁盘，用以保护环刀在打孔时不受扰动。

电动式“环刀”取土机具的工作原理是：首先将逆变器的正负极和蓄电池的正负极相连接，其次将冲击钻插头插到逆变器插座上，再将防扰动铁盘放在“环刀”的正上方，用锤子敲打使其三条腿钉入地面固定牢固，用冲击钻在防扰动铁盘上的预留孔隙内打孔 ，使“环刀”四周的土料松动，然后拿走防扰动铁盘，最后用铁撬板将“环刀”取出即可。

二、 主要创新点

电动式“环刀”挖取机具在南水北调淅邓段施工6标渠堤堰工程施工中应用达3个多月。经实践证明，该机具较人工用洋镐、铁锹等人工式“环刀”取土方式有以下几个方面的创新点：

1.实现了人工式挖取“环刀”的工作方法向电动式挖取操作模式的转变

该机具的使用，使“环刀”的松土工作，由洋镐、铁锹等工具松土的传统工作方法变为冲击钻打孔松土，电动式“环刀”取土的新的操作模式。工人用该机具可以不费力气轻松地将“环刀”取出，极大地减轻了劳动强度。

2.工作效率高，节省时间

电动式“环刀”取土机具的使用，使工作效率成倍提高，工人使用洋镐、铁锹挖取一个“环刀”的时间为3分钟左右，用该机具挖取一个“环刀”仅需 1分钟左右，效率成倍提高。

3.挖取过程“环刀”不受扰动，确保干密度检测的准确性

该机具的防扰动铁盘可有效对“环刀”及周围的原状土进行保护，所以在挖取“环刀”、打孔松土的过程中，“环刀”可以在不受扰动的情况下，将其完整地取出来，这样所取出的“环刀”没受扰动，测出的干密度和压实度数值的准确度就比较高。

三、 运行情况及取得的效益

电动式“环刀”取土机具在南水北调工程淅邓段施工6标的渠堤土方工程施工中应用以来，得到了施工人员的一致好评。该机具在项目中应用广泛，使用频率多，获取的数值准确度高，不仅为工程施工提供了翔实、丰富的技术信息，还提升了施工质量，为施工过程中的其他环节争取了更多的施工时间，取得了较好的成效。第一，它有效地解决了传统施工技术的不足，实现了“环刀”取土的自动化操作;第二，它加快了现场施工人员挖取 “环刀”的速度，节省了施工时间;第三，它有效减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率和干密度的检测质量;第四，它降低了施工劳动力成本，增加了项目效益。