【摘 要】 當塑料排水板手工插板槍超過5米時，由于單根長度太長攜帶很不方便。此外，在插板過程中，插板槍晃動等問題明顯影響使用。本文設計了一種新型的塑料排水板可伸縮式插板槍結構，能在數秒鐘內將兩段式的插板槍便捷省力地組合成一根滿足強度和剛度要求的單根插板槍，并同樣方便地拆卸為收縮式結構。所設計的可伸縮式插板槍在指定的載荷作用下，由有限元分析軟件計算出的各個零件最大應力均小于相對應材料的屈服極限值，不會產生永久性的變形。
　　【　　【Abstract】 When the manual inserting lance for plastic drainage board is more than 5 meters， because of the length its carrying is not convenient .In addition， In the process of inserting the shaking of the lance affects its using . This paper introduces a new design of extensible inserting lance for plastic drainage board， which combines two section to a single lance met the requirement of strength and rigidity conveniently and easily only in a few seconds and also removes to contractive type structure conveniently. The extensible inserting lance for plastic drainage board designed ，calculated by the finite element analysis software under the specified load， that the maximum stress of each parts are less than the yield limit of corresponding material ， will not produce permanent deformation.
　　【Key words】 Plastic drainage board Inserting lance Structure design
　　1 引言
　　真空預壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設砂墊層，然后埋設垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內埋設的吸水管道，用真空裝置進行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應力。當抽真空時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內逐步形成負壓，使土體內部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結。
　　無砂墊層真空預壓法對傳統真空預壓法進行了改進，不需要鋪設排水砂墊層，在處理場地上打插塑料排水板后，每隔兩排塑料排水板布置一條水平管道，并使用連接器將塑料排水板露出部份緊密連接到水平管道上，無砂墊層真空預壓法適用于大面積軟土地基加固，如機場跑道、公路、港口、碼頭以及岸堤填海造陸的水下軟土等的地基處理施工，特別是對于吹填土和新近淤泥堆積的超軟土有特別好的加固效果，且節省了鋪設砂墊層的大量投入，真空度傳遞效果好，具有施工工期短，經濟節約的獨特優勢。從而使水平向排水板系統和垂直向排水板系統連成一個有機的整體，鋪膜后使用抽真空裝置進行真空預壓施工。本文針對無砂墊層真空預壓法塑料排水板的插板槍通用結構進行設計和分析。
　　2 設計要求
　　目前，大深度的插板主要通過插板機進行，而中小深度的插板則主要通過手工用插板槍進行。當插板槍超過5米時，傳統的插板槍則由于單根長度太長攜帶很不方便。此外，在插板過程中，插板槍晃動等問題明顯影響使用。因此，兩段式的插板槍在淤泥厚度超過5米時成為不可或缺的塑料排水板插板工具。然而，怎樣在數秒鐘內將兩段式的插板槍便捷省力地組合成一根滿足強度和剛度要求的單根插板槍是設計中面臨的新問題。設計指標如下：
　　（1）強度：桿件材料在800N（成人體重）垂直作用下不發生塑性變形；
　　（2）兩段式插板槍的組合/拆卸時間均≤3秒；
　　（3）插板槍組合和拆卸時操作力≤30N；
　　（4）防水和防長時間腐蝕。
　　3 插板槍結構設計
　　本文根據設計要求進行兩段可伸縮式插板槍機械結構設計。桿件主體結構采用鋁合金6061焊接而成，可以防止在桿子在淤泥中長期使用后帶來的腐蝕問題。接頭材料采用45鋼以滿足強度要求，表面經過發黑處理防腐蝕，其結構如圖1所示。
　　插板槍的下部靠近槍頭部位沿圓周均布小孔，便于泥漿的排除，如圖1（b）所示，否則在使用幾次過后，兩段式的桿子內部會形成打氣筒式的壓力差，桿子會慢慢變得操作困難。
　　工作過程：可伸縮式插板槍，包括粗圓管1、細圓管2、槍頭3、內接頭4、外接頭5、手輪6、緊釘螺釘7，槍頭位于前端，套置于粗圓管內，掛住排水板插入淤泥，粗圓管與細圓管通過內外接頭、緊定螺釘、手輪實現配合，其中緊釘螺釘固聯內接頭與細圓管，外接頭與粗圓管螺紋聯結，內接頭由凸臺和梯形螺紋組成，外接頭除螺紋外的內徑小于凸臺內徑，防止細圓管拔出，手輪內有與內接頭配合的梯形螺紋，后旋手輪細圓管可滑入粗圓管，實現收縮，拉出細圓管鎖緊手輪，實現伸長。其中，內接頭、外接頭和旋轉手輪均具有梯形螺紋結構，如圖2所示。
　　4 插板槍結構受力分析
　　采用有限元分析進行應力和變形分析：簡化分析模型，去掉次要特征，主要受力部位為接頭處，故將力學模型簡化為在大圓管前端固定，正常人是在1m處施力，劃分網格，運行模型。
　　大圓管下端固定，一個80kg重的人可施加最大800N的力，施力方向并不能保證垂直，而是有一定的小角度，假設在與垂直方向10°方向，分解成水平方向有800*sin10°≈138.9，安全起見，取150N。
　　插板槍總長8米，粗桿和細桿各長4米，均采用鋁合金6061材料。粗桿直徑38毫米，細桿直徑26毫米，有限元分析結果如圖3所示。由分析結果可知，最大應力值為251MPa，出現在靠近接頭的桿子背力處，最大變形量為5.66mm，出現在桿子的最上部。因此，所設計的可伸縮式插板槍在指定的載荷作用下，由有限元分析軟件計算出的各個零件最大應力均小于相對應材料的屈服極限值，不會產生永久性的變形。計算仿真出的結果滿足安全要求。
　　5 結語
　　本文設計了一種新型的塑料排水板可伸縮式插板槍結構，能在數秒鐘內將兩段式的插板槍便捷省力地組合成一根滿足強度和剛度要求的單根插板槍，并考慮了防水和防腐蝕問題。所設計的可伸縮式插板槍在指定的載荷作用下，由有限元分析軟件計算出的各個零件最大應力均小于相對應材料的屈服極限值，不會產生永久性的變形。計算仿真出的結果滿足安全要求。
　　 (責任編輯：寶振)