垂直防渗

垂直防渗（精选四篇）

垂直防渗 篇1

1 板桩技术

板桩技术适用于渗透性在水平向很高而在垂直向很低的层状土或透水的水力冲填土。遇到漂石或地下障碍物时很易损坏, 在软至中密的土中浅层开挖可用木制的企口板桩, +锁El钢板桩用于较深的截水墙钢板桩须小心打入, 保持锁口紧密接合。H形钢桩组成的立桩可以用来减少板桩打人过程中的偏斜:预计在打桩时板桩会向水平力最小的一侧偏斜。在锁口处有拉力作用可减少通过锁口的渗流。对于直墙板桩会有相当大的水流通过锁口。用锯屑、膨润土、水泥浆或类似的材料填充锁口可以减少锁口的渗漏压实的不透水土障在挖好的沟内用不透水土料回填压实而成, 或是以不透水土料作为土坝的心墙必须仔细地选择土料并将所取土料拌和, 翻松铺填, 借助于羊足碾压实, 以避免在不透水地段内有透水的层状或条状土层。在多数场合下需要在堤坝的不透水截面的下游设排水区。

2 帷幕灌浆技术

帷幕灌浆技术是软基防渗工程中应用较早, 同时也是应用最为广泛的一项技术。帷幕灌浆对控制坝基渗流有明显的效果, 但当坝基透水率较小时, 对降低坝基扬压力作用不明显。帷幕灌浆孔的孔深、间排距根据地质条件和渗流条件确定, 没有统一的标准。

在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接, 底部深入相对不透水岩层一定深度, 以阻止或减少地基中地下水的渗透;与位于其下游的排水系统共同作用, 还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。在20世纪以来, 帷幕灌浆一直是水工建筑物地基防渗处理的主要手段, 它对保证水工建筑物的安全运行起着重要作用。

2.1 分类

按防渗帷幕的灌浆孔排数分为两排子孔帷幕和多排孔帷幕。地质条件复杂且水头较高时, 多采用3排以上的多排孔帷幕。按灌浆孔底部是否深入相对不透水岩层划分:当深入时称为封闭式帷幕;不深入时称为悬挂式帷幕。

2.2 设计

设计时, 它的工作内容主要有: (1) 须前期查清工程地质与水文地质情况; (2) 进行现场灌浆试验, 以确定灌浆方法、压力、孔距、排距、材料、质量标准与检查方法, 并论证灌浆效果; (3) 确定帷幕轴线位置、帷幕深度、厚度 (排数) 及平面上的长度, (4) 为以后对帷幕的检查或补强加固创造条件。

2.2.1 灌浆孔的布置

在确定帷幕厚度即帷幕孔的排数上, 存在不同意见和做法。总结以往的工作经验, 大致提出以下几点: (1) 对于坚硬岩石, 中低坝可采用l排, 而高坝可采用1～2排; (2) 对于软弱岩石, 中低坝可采用2排, 高坝可采用2～3排; (3) 根据坝基渗流流速分布, 河床坝基要布置多排, 或利用高压固结灌浆进行加固。实际工程设计中, 帷幕灌浆布孔时应该有所侧重, 通过地质剖面。重点照顾断层破碎带和裂隙密集带。

2.2.2 帷幕灌浆的实施

帷幕灌浆时的主要施工方法:钻孔与测斜、钻孔冲洗与简易压水、制浆与检测、自动记录、灌浆压力控制帷幕灌浆实施过程中, 根据不断揭示的新情况, 可随时对灌浆孔的排数、孔距、孔深和范围等进行调整。并需要采取以下措施:

(1) 应对重点部位先安排进行重点灌浆, 重点部位主要指较高的坝段、坝底面附近、透水性超过要求标准较多及软弱岩石等显然有必要进行灌浆的地区。透水性普遍较小的坚硬岩石可先进行适当灌浆, 或留在蓄水后根据观测结果再决定是否进行帷幕灌浆。

(2) 当帷幕有多排布孔时, 除非地质条件完全清楚, 一般应先做主排孔, 然后再做副排孔。当河床部位基础进行高压灌浆后, 可取消副排孔。通过主排孔的施工我们可以进一步摸清地质情况, 明确哪些部位需要几排孔, 哪些部位可以做少量加密孔, 从而把有可能节省的部分节省下来。

3 混凝土防渗墙技术

3.1 类型

按墙的水平截面的形状可分为四种。①圆桩柱型 (圆孔型) , 垂直且接缝多, 有效厚度小, 在60年代以来大多数工程中已很少采用;②墙板型 (槽孔型) , 相邻两块墙板套接厚度与中间墙厚相同, 适用于深度小于60m的墙;@混合桩柱型 (圆孔与双反弧形孔混合型) ;④墙板桩柱混合型 (槽形孔与双反弧形孔混合型) .

3.2 设计

在设计时应当依据地基的工程地质与水文条件。结合闸坝结构的要求, 确定墙轴线位置, 选用墙体材料, 初步选定墙厚;然后进行渗流及结构应力计算, 确定墙底嵌入基岩或相对不透水层的深度及墙体材料物理力学指标, 最终确定墙厚和墙体与防渗体连接的细部设计。在针对重要工程时, 要适当选择在墙内埋设监测仪器, 随时了解墙的运行情况。

3.3 施工

主要程序有:造孔、清孔换浆、终孔与清孔验收、浇筑泥浆下混凝土、全墙质量检查与验收、处理与坝内防渗体的连接。

3.4 防渗墙施工中应注意的问题

在防渗墙施工过程中, 造孔质量是保证防渗墙质量的首要环节。施工中应采取预防偏孔措施, 有效地防止或减少偏孔, 使孔斜控制在允许范围内。保证混凝土防渗墙施工质量和速度的关键在于开槽的连续性, 浇筑的及时性。并且要把泥浆固壁作为一个重要的施工环节去对待。防渗墙混凝土一般具有适当的强度、较高的抗渗标号、较低的弹性模量, 因此混凝土拌和料也要有良好的和易性与较高的坍落度。工程实践证明, 接缝的质量不良常会成为坝基中的最终隐患。因此, 在防渗墙施工时必须严格保证质量。

4 结语

综上所述在水利工程软基垂直防渗技术方案的选择应着重从以下几个方面进行考虑:

(1) 以水利工程基础的工程地质和水文地质为依据, 必须满足工程防渗的目的要求, 达到防渗标准。

(2) 方案通过技术经济比较, 投入产出分析, 在满足功能性要求的前提下, 工程概预算能够承受;在确定采用方案后应采用先进技术, 优化方案.合理使用灌浆材料。

垂直防渗 篇2

关键词：册田水库,除险加固,渗漏,稳定

1 混凝土防渗墙

使用专用机具 (乌卡斯钻机) , 在已建成的坝体或覆盖层透水地基中建造槽型孔, 以泥浆固壁。并利用高压泵将泥浆压入孔底, 携带岩渣, 再从孔底回流到地面, 然后采用直升导管, 向槽孔内浇筑混凝土, 形成连续的混凝土墙, 起到防渗目的。这种防渗墙4可以适应各种不同材料的坝体和复杂的地基水文和工程地质条件。墙的两端能与岸坡防渗设施或岸边基岩相连接, 墙的底部可嵌入弱风化基岩内一定深度, 在施工中只要严格控制施工质量, 是可以达到彻底截断渗透水流的。我国于1 9 5 8年首先在山东省月子口 (现名崂山) 水库 (中型) 试验成功, 随后相继在密云白河主坝、毛家村坝、铜街子、碧口、澄碧河、洪潮江、柘林和小浪底等坝使用, 最深已达8 0 m, 已建成4 0多座坝基混凝土防渗墙和1 0多座穿过坝体并直达基岩的混凝土防渗墙, 都获得了成功。

2 高压喷射灌浆防渗

按设计布孔, 利用钻机钻孔, 将喷射管置于孔内 (内含水管、水泥管和风管) , 由喷射出的高压射流冲切破坏土体, 同时随喷射射流导入水泥浆液与被冲切土体掺搅, 喷嘴上提, 浆液凝固, 在地基中与地基结合成紧密的凝结体, 起到防渗作用。2 0世纪70年代, 由日本引进高压旋喷灌浆法, 80年代初由山东省水科所研究试验将旋喷改为定向喷射灌浆, 用于险库基防渗, 取得了较好的效果, 迅速得到了推广。现研究出井口传动由液压代替机械, 性能机动可调, 喷射设备由原来三管同轴改为独立的三管输送装置, 减少了事故发生, 喷嘴设备改造与原喷嘴相比, 在具有同等喷射流量的情况下, 其高压泵压力可降低2 5%左右。

3 劈裂灌浆防渗

2 0世纪7 0年代末, 山东省水利科学研究所研究人员大胆试验, 在过去重力灌浆的基础上, 在土坝中采取劈裂灌浆, 使用一定压力, 将坝体沿轴线小主应力面劈开, 灌注泥浆, 并使浆坝互压, 最后形成10cm~50cm厚的连续泥墙, 可以起到防渗目的。同时, 5泥浆使坝体湿化, 提高坝体的密实度。这项技术不仅起到防渗作用, 也加固了坝体。它的优点, 可以就地取材, 施工简便, 投资省, 工效高, 较快地得到推广。

4 倒挂井防渗墙

在土石坝均质坝和心墙坝的防渗体中用人工开挖井孔。先在顶井口浇筑锁口梁, 以固定井口位置, 然后由上向下逐段开挖, 逐段浇筑混凝土圈。2 0世纪7 0年代中期, 河北省在大搞农田基本建设中, 开创起来的, 截断地下潜流进行农田灌溉。在此基础上, 引用到险坝的防渗处理, 它的优点是:单井施工, 土拱作用, 土压力小, 施工安全度高。同时, 单井工程量小, 相应设备易解决。缺点是:由于防渗墙接缝多, 副井开挖后, 浇筑圈墙时, 要凿除主井接触部位混凝土, 施工困难, 影响进度, 也不易保证质量。实践证明, 人工开挖, 技术简单, 不需要大型机械设备和专业施工力量, 造价比较低, 基础处理彻底, 不留隐患, 一般井深也不应大于5 0 m。

5 冲抓套井粘土回填防渗墙

利用冲抓式打井机具, 在土坝或堤防渗漏范围内造孔, 用粘性土料分层回填夯实, 形成一个连续的粘土防渗墙。同时, 在回填夯击时, 对井壁土层挤压, 使其井孔周围土体密实, 提高坝体质量, 从而达到防渗加固的目的。2 0世纪7 0年代初, 由浙江省温岭县在处理险坝中首创, 至今已有几百座水库和堤防采用此法处理渗漏。近年来, 不断得到完善和发展, 逐步推广到江西、湖南、四川等1 0多个省采用这项防渗措施。实践证明, 它具有机械设备简单, 施工方便, 工艺易掌握, 工程量小, 工效高, 造价低, 防渗效果好等优点, 在中小型水库使用较多。但该项措施, 仅适用于坝体渗漏处理, 孔深一般不超过2 5 m, 如超过易发生偏斜。回填土的搭接厚度达不到设计要求。对处理坝基渗漏, 很难解决砂砾石和破碎岩石的清除, 尤其在水下更难以施工, 在雨季施工有一定的困难。

6 土工合成材料防渗

土工合成材料从水力特性可分为不透水的土工膜或土工复合膜和透水的土工织物。前者可以代替防渗体, 起到截渗隔水作用, 后者可以代替砂砾石反滤料, 起到排水和反滤作用。它的重量轻, 运输量小, 铺设方便, 重叠部位可以粘接或焊接, 比粘土防渗和砂砾石料排渗节省造价, 缩短工期, 容易保证施工质量。近年来, 由于材料品种不断更新, 应用领域逐渐扩大, 施工工艺越来越先进, 已从低坝向高坝发展。20世纪80年代中期, 我国先后在云南省李家菁和福建省犁壁桥水库应用, 均采用土工膜代替粘土心墙和斜墙, 李家菁土坝还采用土工织物代替坝下游反滤料体。土工膜与坝基、岸坡的连接。沿迎水坝面与坝基、岸坡接触边线开挖梯形固埋沟槽, 然后埋入土工膜, 用粘土回填。土工膜与坝内输水涵管连接, 一般在涵管与土坝迎水坡相接段, 增加一个混凝土制成的截水环, 其迎水坡面是倾斜的, 平行于土坝的迎水坡, 将土工膜用沥青粘在斜面上, 然后回填保护层土料。土工膜与坝基、岸坡、涵洞的连接以及土工膜本身的接缝处理是整体防渗效果的关键, 应精心施工, 严格检查, 确保质量。

7 射水造孔浇筑混凝土防渗墙

砂质、软土地基建造地下混凝土防渗墙, 利用高速射流建造槽孔, 以代替过去用乌卡斯钻机造孔, 具有速度快、设备简单、造价低等优点。具体施工方法是:利用高压水泵及成型器中射流的冲击力破坏土层结构, 水土混合回流泥沙溢出地面。同时利用卷扬机操纵成型器不断上下冲动, 进一步破坏土层, 切割修整孔壁, 造成有规格的槽孔, 且用一定浓度的泥浆固壁, 随后采用常规的水下混凝土浇筑, 建成混凝土或钢筋混凝土防渗墙。槽孔施工要注意的问题: (1) 槽孔孔壁的垂直精度的控制, 目的是要求相邻两个槽孔单墙之间的接头达到结合严密, 不能产生较大偏差, 以免形成漏水通道。施工中控制在1/300~1/500, 通过对已建墙体的开挖检查, 槽孔混凝土表面垂直度的偏差一般均小于设计要求的1/3 0 0, 是合乎要求的; (2) 单槽孔墙的接头, 一般采用平接。在建造二期槽孔的同时, 要将一期已浇好的混凝土墙两端表面用射水清理和钢丝刷刷洗, 以便与二期混凝土结合严密, 达到防渗的效果。这项防渗措施, 仅能用于均质土沙地基, 不能应用于砂砾石或砂卵石层地基, 应用范围有一定的局限性。

参考文献

[1]张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2000.10.

[2]肖振荣.水利水电工程事故处理及问题研究, 北京:中国水利水电出版社, 2004.

垂直防渗 篇3

1 工程概况

大洼县西安砂基防渗工程位于大辽河下游右岸, 大堤断面桩号DY32:0+500~DY32:1+500之间, 总长度1 000 m, 为大洼县辽河右岸砂基砂堤防渗重点险工段之一, 堤防等级为二级。该堤段地势平坦, 地貌单元比较单一, 属辽河冲积平原, 河道宽100~240 m左右 (枯水期) , 局部蛇曲发育, 堤顶宽6.0 m左右。

大洼县西安农场砂堤段是大洼县防渗重点堤段, 抗洪抢险的重点险工。该堤段历年来洪水期背水侧堤脚、堤坑都存在着不同程度的渗透破坏险情。特别是1995年特大洪水期间, 当洪水进入大辽河后, 由于受到套堤阻水和潮水顶托, 大辽河洪水20多天居高不下, 西安砂堤段背水侧堤脚、堤坑多处出现了不同程度的渗水, 其中较严重的渗漏段出现了冒水、翻砂的现象, 严重威胁大堤防洪渡汛安全, 险情十分严重。因此通过防渗处理的手段来消除该堤段因渗流破坏造成堤防崩溃的隐患是十分必要的。

2 垂直铺塑防渗技术原理与特点

2.1 垂直铺塑防渗技术原理

垂直铺塑防渗技术是利用水冲、链斗或往复式锯槽机, 在迎水坡堤脚处顺堤轴线方向垂直形成一条连续的槽孔, 并以泥桨护壁, 可采用铺膜机机械置膜或人工方式置膜, 槽内土工膜采用顺水搭接方式, 最后回填松散干净的粉质壤土, 形成防渗帷幕。通过垂直防渗膜与迎水堤坡防渗膜相接, 形成堤防整体防渗体系, 阻止堤基、堤防的渗流以确保渗透稳定, 消除“管涌”和“流土”等渗透破坏现象[1]。

2.2 垂直铺塑防渗技术特点

2.2.1 开槽机造槽经济适用。

开槽机是垂直铺塑防渗技术施工开槽的主要设备, 是根据防渗技术要求和有利于施工2个方面研制而成, 槽孔的深浅、宽窄可以调节, 能够满足不同工程设计要求。机械结构简单, 操作方便, 施工速度快, 造孔经济适用。

2.2.2 防渗材料性能好。

垂直铺塑防渗技术所采用的防渗材料一般为土工膜。这类材料防渗效果好, 其本身渗透系数一般小于10-11cm/s, 柔性好, 易于施工, 寿命长, 在地下良好的保护状态下, 其工作寿命至少在50年以上[2]。

2.2.3 施工速度快, 工程造价低。

垂直铺塑防渗技术之所以被广泛应用, 一是新型开槽机结构简单, 操作方便, 施工速度快, 造价低;二是防渗材料的单位面积造价较低, 且易于施工[3]。

3 垂直防渗工程设计与施工

3.1 防渗方案

根据地质勘察结果分析, 堤身为粉质粘土, 渗透系数为7.50×10-5cm/s (弱透水性) , 对多年运行效果、现场调查等综合因素进行考虑, 堤身不需要进行防渗处理。堤基土质至上而下为粉土、粉砂、细砂, 经转化, 等效渗透系数为4.36×10-4cm/s (中等透水性) , 堤基粘性土分布不均、堤防前后有坑塘, 可能形成渗漏通道, 并对多年运行效果、现场调查等综合因素进行考虑, 堤基需要进行防渗处理。

目前, 在国内堤基进行防渗处理的方法主要有垂直铺塑法、高喷灌浆法、多头小直径搅拌桩法及水平铺盖法。由于西安砂堤段防渗工程堤坝迎水坡紧靠河滩地, 缺土太多, 水平铺盖长度不够, 水平铺盖方法不适合该工程;高喷灌浆法与垂直铺塑相比, 工程成本要高得多, 每平米造价是垂直铺塑的2~3倍, 且工程质量不易控制, 产生的废浆对周围环境的影响较大。多头小直径搅拌桩造价为150元/m2左右, 价格虽然比高压喷射灌浆法便宜, 但仍高于垂直铺塑工法近1倍的价格, 且施工速度慢, 工效较低。

通过对上述几种防渗处理型式进行技术经济比较, 并结合西安砂堤整治工程的实际条件和年度计划安排, 以及在“两河整治”和绕阳河砂基砂堤整治工程中处理砂堤砂基防渗工程取得的、已经得到有关专家认可的成功经验, 该段堤防堤基拟采用垂直开槽铺设土工膜的结构型式进行防渗处理, 可有效地增加渗径, 减小堤基的渗透量, 防止行洪期间堤后产生渗透破坏, 确保堤防安全。防渗帷幕位置根据工程实际情况, 在迎水坡堤脚附近进行开槽, 形成悬挂式防渗帷幕。

3.2 垂直铺塑施工

3.2.1 工艺技术。

砂基防渗工程主体采用垂直铺塑防渗技术, 施工机械应具有连续成槽的能力, 防渗工程施工工艺见图1。

3.2.2 成槽施工。

一是启动反循环系统及动力系统驱动开槽锯锯槽;当开槽锯由水平渐渐接近垂直即锯至要求深度时, 开槽车缓缓前行;二是成槽施工时应始终保持槽内液面与槽口平齐 (≤20 cm) , 槽口坍塌可采取防护措施;三是开槽锯切削频率应根据土质、成槽深度等综合考虑, 一般为25次/min左右;四是前行速度应根据排渣、落淤和开槽锯的角度变化, 并结合切削频率、成槽深度来考虑, 使成槽工效达到最优;五是成槽施工时可采用粘土泥浆护壁或膨润土护壁, 为满足固壁需要, 槽内泥浆比重应控制在1.05~1.20 g/cm3左右;六是设备成槽为连续槽, 可适应堤线弯曲变化开挖弯曲的连续槽, 在转弯时及受堤脚树木影响时, 帷幕轴线位置可以适当进行调整;七是形成的连续槽成槽深度必须满足设计与铺膜要求。当成槽长度达到10 m左右时, 进行置膜铺塑。

3.2.3 堤基土工膜铺设。

一是要求置膜连续, 可以采用铺膜机进行机械置膜, 也可以利用膜的自重采用人工下膜方式置膜。二是土工膜铺设时应靠向槽口一侧, 上部需留有不少于0.6 m长的土工膜, 为防滑落槽内, 将槽外的土工膜用土压住。三是土工膜铺设完成后, 应及时进行槽内回填, 以防槽壁坍塌, 并经2~3次回填后至槽口, 夯实;也可采用水下自然冲填。将反循环系统排浆管排出的泥沙排放到已置膜的槽中[4]。四是土工膜的连结及周边固定。槽内土工膜采用顺水搭接方式, 搭接长度不小于2 m, 堤基土工膜两侧不采取锚固措施, 槽内填土压住即可。槽外土工膜亦采用搭接方式, 搭接长度不小于2 m。

4 效益分析

4.1 经济效益

截至2006年底, 辽宁省辽河流域应用垂直铺塑技术进行砂基砂堤治理已取得直接经济效益1.91亿元, 生态经济效益0.91亿元, 防洪效益123.6亿元以上, 总计经济效益可达126.42亿元以上。

4.2 社会效益

一是节约能源、缓解交通。辽宁省堤防垂直铺塑防渗面积已经完成107.8万m2, 土工膜总重量为510 t, 如果采用高压喷射灌浆进行防渗, 所需要水泥为0.18 t/m2, 总重量为19.5万t, 是应用土工膜防渗技术的382倍。如果采用粘土铺盖防渗, 铺盖按长度30 m、厚度0.6 m计算, 需用粘土方量约为244万m3, 总重量达390万t, 是应用土工膜防渗技术的7 600多倍。由此可见, 采用垂直铺塑防渗技术减少运输、节约能源的效果非常显著。二是方便施工管理。施工中土工合成材料容易堆放、占地少、无损耗, 便于施工管理, 并提高工效, 使工程尽早发挥效益。随着垂直铺塑开槽设备的不断改进和完善, 施工速度明显提高, 日施工速度最高为1800 m2。三是由于在垂直铺塑防渗工程中大量使用土工膜等土工合成材料, 对与之相关的化纤工业的发展起到了积极的促进作用。四是采用该防渗技术, 防渗效果好, 质量易于保证, 对处理砂堤渗透破坏十分有利, 使沿岸人民的生命财产安全得到有力保障。

4.3 生态效益

根据辽宁省堤防工程的粗略统计, 采用垂直铺塑技术同粘土铺盖相比, 约少砍伐护堤地的速成林407 hm2, 少占用耕地100 hm2;同高压喷射灌浆传统技术相比, 可省去水泥用量约19.5万t, 减少了矿石开采, 防止了水泥生产过程中对大气环境的污染, 同时避免了采用高压喷射灌浆对河道水质的污染, 节省了大量工程用水, 保护了河流的生态环境。垂直铺塑技术的推广应用不但产生了较大的生态效益和经济效益, 而且对维护生态平衡起到了积极的作用, 体现了人与自然和谐相处的治水新理念。

5 小结

利用垂直铺塑技术进行堤防隐患治理, 具有施工速度快、质量易于保证、防渗效果好、适应变形好、运行中抗地下水冲刷能力强、造价低、利于环境保护等优点。通过垂直铺塑防渗工程施工, 可有效提高河道行洪能力, 减轻洪水危害, 为砂基砂堤治理提供新的途径。推广应用该项技术的经济效益、社会效益、生态效益均十分明显, 值得在类似地区推广应用。

摘要：阐述了垂直铺塑防渗技术的技术原理与特点, 提出了大洼县西安砂堤砂基防渗的方案, 并分析了方案实施后取得的效果, 以供类似堤防的防护进行借鉴。

关键词：垂直铺塑防渗技术,大洼县西安砂基,砂堤,防渗,大辽河

参考文献

[1]滕遍锦, 尚海涛, 郭伟, 等.辽宁省太子河流域砂基治理技术研究[J].西部探矿工程, 2008 (5) :42-44.

[2]张哲.垂直铺塑技术在辽宁省堤防治理中的应用[J].西部探矿工程, 2008 (4) :188, 200.

[3]潘绍财, 李春雁.垂直铺塑技术应用条件分析及质量控制要点[J].吉林水利, 2007 (7) :39-42.

垂直防渗 篇4

垂直铺塑是20世纪80年代初开始研制发展起来的一项新的防渗技术, 经十余年的发展和革新, 该技术已日趋成熟并广泛应用于水库大坝和江河、湖泊大堤的防渗加固工程。

1 开沟造槽机具的构造

垂直铺塑防渗技术的关键是能否开出规则且连续的沟槽, 为此对开沟造槽机械运转方式进行了分析, 每种开沟造槽机械主要由三部分组成:一是车体部分, 二是反循环系统, 三是破土开沟部分。这三种不同机型, 仅在破土开沟部分有所不同, 车体和反循环系统均相同。

1.1 车体部分

为开出连续沟槽, 要求机械必须能够连续行进, 另考虑到水利工程施工现场情况不尽相同和运输方便, 将机械设计成为车型。车体的前后各设两组车轮子, 前轮与转向盘连接, 可自由转向;由于车体较长, 后轮做成活动的, 可前后移动, 当机械工作时, 后轮放在车体尾部, 以利运输稳定。

车体框架由工字钢焊接而成, 破土开沟部分全部放在车体上, 其前后两端分别用铰和一根钢丝绳 (提升绳) 与车体联接, 当机械工作时, 缓缓.放松提升绳, 开沟装置即可绕铰向下转动并开沟, 当开沟深度达到设计要求时, 由慢速卷扬机牵引整车前进, 这样就可开出连续规则的沟槽, 达到造槽目的;当工作结束或转移时, 由提升绳将破土开沟装置提出地面, 即可用牵引车拖走。

1.2 反循环系统

破土装置工作时, 土体被切割破坏, 土颗粒沿倾斜的工作面滑入槽底, 为保证成槽, 我们利用反循环系统将土粒吸出地面。反循环系统一般由吸口、吸管、砂砾泵 (射流泵) 、出碴管、注水 (浆) 泵等组成。

1.3 破土开沟部分

在组成开沟造槽机的三部分中, 破土开沟部分是核心。由于三种机型工作方式不同。

2 刮板式开沟机

刮板式开沟机是专门为解决在砂砾石地层开沟造槽而提出的。砂砾石地层的特点是砂粒分散、无粘性、沉淀快、不能搅拌成浆、不易成槽。根据这些特点, 设计制造了刮板式开沟机。

2.1 破土开沟装置的结构

破土开沟装置主要由链架、链条、刮刀、主动轮、从动轮及吸砂装置等组成链架全长13.2米, 链条采用锅炉除碴链条或锚链, 由主动轮驱动沿链架上的轨道转动;链架末端设有从动轮, 刮刀安装在链条上, 随链条一起运动, 吸砂装置放在链架腔中, 用来吸取槽底砂粒。

2.2 开沟原理及工作程序

在砂砾石地层中开沟造槽必须设法将砂粒及砾石从沟槽中排出, 本机排碴采用了两种方式:一是利用刮刀将较大颗粒 (如碎石) 带出地面;二是利用吸砂装置将砂粒从沟槽中吸出, 这两种方法同时进行。工作程序是首先开动调速电机, 由调速器控制链条由慢到快沿链架转动, 然后, 再由提升卷扬机控制降落链架, 通过刮刀的作用, 将砂土刮出地面。当沟槽开至约1米深且不低于地下水位后, 向槽中注入泥浆 (泥浆由搅拌机搅成, 由泥浆泵送入槽中, 起固壁作用) 。继续下放链架, 并保持浆面高度不变, 开动吸砂装置, 直到设计深度。这时固定链架使其保持角度不变, 由慢速卷扬机牵引, 即可使开沟机开出连续沟槽。

3 往复式机型

3.1 破土开沟装置的结构

破土开沟装置主要由刀架、刀杆、传动杆、刮刀、喷嘴等组成。

刀架由两根中136毫米厚壁钢管焊接而成, 用来吊负刀杆。刀杆是一根直径为136毫米厚壁钢管, 为加大其刚度, 加焊一根槽钢, 它的后端用一个或两个"摆"与刀架相连, 前端经托架与传动杆相连。刮刀和喷嘴安装在刀杆下侧, 工作时刮刀用来切割土体, 喷嘴用来喷射高压水。整个开沟装置的前端以铰的形式与车体连接, 后端用钢丝绳与提升卷扬机连接, 提升卷扬机控制刀架升降。

3.2 破土开沟原理

机械在工作时, 刀杆作往复运动, 带动刮刀不断刮切土层;同时, 由高压水泵提供的高压水经高压水管和刀杆空腔从喷嘴射出, 也在不断的冲切土体。土体在刮刀和高压水共同冲刮搅拌下, 极细的粘粒经搅拌形成泥浆, 起固壁作用:较粗颗粒及其他杂物沿工作斜面滑至槽底, 经由反循环系统吸出。这样就可形成一个槽壁规整光滑的沟槽。

3.3 整机开沟程序

首先将机械就位于开沟轴线上, 检查各部件, 环节是否正常。同时在机械后面人工开挖一深30-50厘米沟槽以排水。

开动高压水泵向机内送水、缓缓下落刀架, 使刮刀接触工作面。起动主电机, 带动刀杆作往复运动。在高压水和刮刀的共同作用下, 随着刀架的不断下落, 开沟深度逐渐加深。当沟内水深淹没砂砾泵吸口后, 启动砂砾泵, 直至沟深达到设计要求。这时开动慢速卷扬机牵引整车前进, 一个连续规则的沟槽即被开出。

3.4 施工中的问题分析

前轮铁鞋的问题。将整机作简化并分析受力如下, 整机所受外力有三个:即自重G、支持力N和土体对刮刀的反力F。由于刀杆连续不断作往复运动, 所以土体对刮刀反力F的方向, 有时向上, 有时向下。

不难看出, 由于车体安有轮子, 阻力很小, 当F方向向上时, 其水平分力将使车体向前运动;当F方向向下时, 车体将向后运动。结果导致刮刀插入土体中, 无法切割土体, 而只是车体做前后运动。为解决这一问题, 必须将车轮子固定, 即将车体固定, 使其不能前后运动, 这样才能使刮刀产生往复运动切割土体。

固定轮子的措施是给前车轮穿上一双"铁鞋"。"铁鞋"结构如图所示, 它分上下两个盖, 下盖与一8毫米厚铁板连接, 其前部微翘, 以利于施工时前进, 下盖与铁板之间设有加强撑, 上下盖用螺丝连接, 箍住车轮。这样, F的水平分力即可用"铁鞋"与地面间磨擦力来平衡。

刮刀的制作与安装问题。刮刀是本机的易损件, 要求装卸方便。本机刮刀行程为28厘米, 每间隔28厘米在刀杆上固定一刮刀座, 用螺丝将刮刀安装在刮刀座上。为使刮刀锋利、耐磨, 我们将刮刀的一头做一刀刃并经热处理。刮刀座安装时要求精确对直, 以保证刮刀在同一直线上, 这样开出的沟槽槽壁才能光滑垂直。刮刀的宽度按照所开沟槽的宽度来确定, 当用于铺塑时, 刮刀宽16-18厘米, 即可满足要求。当沟槽用于其它用途 (如浇硷防渗墙) 时, 沟槽要求宽, 刮刀宽度可相应增加。我们在浇筑地下硅连续防渗 (防冲) 墙时, 刮刀宽度为35厘米。

4 旋转式机型

4.1 开沟原理

本机型的开沟原理不同于前两种机型, 它是利用平行于刀架的旋转轴旋转带动刮刀刮土, 被刮下的土体一部分被搅拌成泥浆, 大部分由吸砂装置服出地面以成构槽。

4.2 破土开沟装置结构

这种开沟装置由刀架、旋转轴、刮刀、支承座、吸砂装置等组成, 其总体旋转轴由四根厚壁地质管制成, 它的刚度大、挠度小。旋转轴通过支承座与刀架联接, 以减小旋转轴挠度, 增加旋转时的稳定性, 经计算我们将支承座间距设计为1.5米, 支承座与刀架用螺丝联接, 以利装卸方便。

4.3 工作程序

当机械全部就位后, 由人工在刀架下落处开一深1米左右的沟槽, 慢慢下放刀架, 起动电机, 这时旋转轴即可在动力带动下旋转, 并由刮刀开始刮土。

为使槽壁稳定, 向槽中注入一定比重泥浆以起到固壁作用 (泥浆由搅拌机搅拌, 由泥浆泵注入槽中) 。再起动吸砂装置, 将刮刀刮下的砂土吸出地面, 同时补充槽内浆液, 使液面保持略低于地面。当塑膜随机铺好后, 为节约浆液, 将出砂管置于机后10米处槽中。这样不但能使浆液重新回流至槽中, 而且能使被吸出的砂土回填沟槽, 一举两得。当刀架下降至设计深度后, 由慢速卷扬机牵引整车前进, 这样即可达到开沟铺塑的目的。

参考文献

[1]王金生, 垂直防渗墙新技术在长江重要堤防隐蔽工程中的应用, 中国水利, 2000