淺析垂直鋪塑防滲技術(shù)中的開溝造槽施工工藝

摘要:目前，國內(nèi)現(xiàn)有的防滲措施較多，如灌漿、深層攪拌樁和造槽等方法建造地下防滲墻。這些措施在一些水利工程中得以應(yīng)用，但是工程投資較高。而垂直鋪塑防滲技術(shù)將塑料薄膜這一廉價的新型材料引入垂直防滲水利工程中，以期達(dá)到降低工程造價、滿足防滲要求的目的。本文簡單介紹了垂直防滲技術(shù)并對開溝造槽施工工藝進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞: 防滲；垂直鋪塑；施工工藝；開溝造槽

0引言

垂直鋪塑是20世紀(jì)80年代初開始研制發(fā)展起來的一項新的防滲技術(shù)，經(jīng)十余年的發(fā)展和革新，該技術(shù)已日趨成熟并廣泛應(yīng)用于水庫大壩和江河、湖泊大堤的防滲加固工程。

1開溝造槽機(jī)具的構(gòu)造

垂直鋪塑防滲技術(shù)的關(guān)鍵是能否開出規(guī)則且連續(xù)的溝槽，為此對開溝造槽機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行了分析，每種開溝造槽機(jī)械主要由三部分組成:一是車體部分，二是反循環(huán)系統(tǒng)，三是破土開溝部分。這三種不同機(jī)型，僅在破土開溝部分有所不同，車體和反循環(huán)系統(tǒng)均相同。

1.1 車體部分

為開出連續(xù)溝槽，要求機(jī)械必須能夠連續(xù)行進(jìn)，另考慮到水利工程施工現(xiàn)場情況不盡相同和運(yùn)輸方便，將機(jī)械設(shè)計成為車型。車體的前后各設(shè)兩組車輪子，前輪與轉(zhuǎn)向盤連接，可自由轉(zhuǎn)向;由于車體較長，后輪做成活動的，可前后移動，當(dāng)機(jī)械工作時，后輪放在車體尾部，以利運(yùn)輸穩(wěn)定。

車體框架由工字鋼焊接而成，破土開溝部分全部放在車體上，其前后兩端分別用鉸和一根鋼絲繩(提升繩)與車體聯(lián)接，當(dāng)機(jī)械工作時，緩緩.放松提升繩，開溝裝置即可繞鉸向下轉(zhuǎn)動并開溝，當(dāng)開溝深度達(dá)到設(shè)計要求時，由慢速卷揚(yáng)機(jī)牽引整車前進(jìn)，這樣就可開出連續(xù)規(guī)則的溝槽，達(dá)到造槽目的；當(dāng)工作結(jié)束或轉(zhuǎn)移時，由提升繩將破土開溝裝置提出地面，即可用牽引車拖走。

1.2 反循環(huán)系統(tǒng)

破土裝置工作時，土體被切割破壞，土顆粒沿傾斜的工作面滑入槽底，為保證成槽，我們利用反循環(huán)系統(tǒng)將土粒吸出地面。反循環(huán)系統(tǒng)一般由吸口、吸管、砂礫泵(射流泵)、出碴管、注水(漿)泵等組成。

1.3 破土開溝部分

在組成開溝造槽機(jī)的三部分中，破土開溝部分是核心。由于三種機(jī)型工作方式不同。

2 刮板式開溝機(jī)

刮板式開溝機(jī)是專門為解決在砂礫石地層開溝造槽而提出的。砂礫石地層的特點(diǎn)是砂粒分散、無粘性、沉淀快、不能攪拌成漿、不易成槽。根據(jù)這些特點(diǎn)，設(shè)計制造了刮板式開溝機(jī)。

2.1 破土開溝裝置的結(jié)構(gòu)

破土開溝裝置主要由鏈架、鏈條、刮刀、主動輪、從動輪及吸砂裝置等組成鏈架全長13.2米，鏈條采用鍋爐除碴鏈條或錨鏈，由主動輪驅(qū)動沿鏈架上的軌道轉(zhuǎn)動;鏈架末端設(shè)有從動輪，刮刀安裝在鏈條上，隨鏈條一起運(yùn)動，吸砂裝置放在鏈架腔中，用來吸取槽底砂粒。

2.2開溝原理及工作程序

在砂礫石地層中開溝造槽必須設(shè)法將砂粒及礫石從溝槽中排出，本機(jī)排碴采用了兩種方式:一是利用刮刀將較大顆粒(如碎石)帶出地面；二是利用吸砂裝置將砂粒從溝槽中吸出，這兩種方法同時進(jìn)行。工作程序是首先開動調(diào)速電機(jī)，由調(diào)速器控制鏈條由慢到快沿鏈架轉(zhuǎn)動，然后，再由提升卷揚(yáng)機(jī)控制降落鏈架，通過刮刀的作用，將砂土刮出地面。當(dāng)溝槽開至約1米深且不低于地下水位后，向槽中注入泥漿(泥漿由攪拌機(jī)攪成，由泥漿泵送入槽中，起固壁作用)。繼續(xù)下放鏈架，并保持漿面高度不變，開動吸砂裝置，直到設(shè)計深度。這時固定鏈架使其保持角度不變，由慢速卷揚(yáng)機(jī)牽引，即可使開溝機(jī)開出連續(xù)溝槽。

3往復(fù)式機(jī)型

3.1破土開溝裝置的結(jié)構(gòu)

破土開溝裝置主要由刀架、刀桿、傳動桿、刮刀、噴嘴等組成。

刀架由兩根中136毫米厚壁鋼管焊接而成，用來吊負(fù)刀桿。刀桿是一根直徑為136毫米厚壁鋼管，為加大其剛度，加焊一根槽鋼，它的后端用一個或兩個\"擺\"與刀架相連，前端經(jīng)托架與傳動桿相連。刮刀和噴嘴安裝在刀桿下側(cè)，工作時刮刀用來切割土體，噴嘴用來噴射高壓水。整個開溝裝置的前端以鉸的形式與車體連接，后端用鋼絲繩與提升卷揚(yáng)機(jī)連接，提升卷揚(yáng)機(jī)控制刀架升降。

3.2破土開溝原理

機(jī)械在工作時，刀桿作往復(fù)運(yùn)動，帶動刮刀不斷刮切土層;同時，由高壓水泵提供的高壓水經(jīng)高壓水管和刀桿空腔從噴嘴射出，也在不斷的沖切土體。土體在刮刀和高壓水共同沖刮攪拌下，極細(xì)的粘粒經(jīng)攪拌形成泥漿，起固壁作用:較粗顆粒及其他雜物沿工作斜面滑至槽底，經(jīng)由反循環(huán)系統(tǒng)吸出。這樣就可形成一個槽壁規(guī)整光滑的溝槽。

3.3整機(jī)開溝程序

首先將機(jī)械就位于開溝軸線上，檢查各部件，環(huán)節(jié)是否正常。同時在機(jī)械后面人工開挖一深30-50厘米溝槽以排水。

開動高壓水泵向機(jī)內(nèi)送水、緩緩下落刀架，使刮刀接觸工作面。起動主電機(jī)，帶動刀桿作往復(fù)運(yùn)動。在高壓水和刮刀的共同作用下，隨著刀架的不斷下落，開溝深度逐漸加深。當(dāng)溝內(nèi)水深淹沒砂礫泵吸口后，啟動砂礫泵，直至溝深達(dá)到設(shè)計要求。這時開動慢速卷揚(yáng)機(jī)牽引整車前進(jìn)，一個連續(xù)規(guī)則的溝槽即被開出。

3.4施工中的問題分析

前輪鐵鞋的問題。將整機(jī)作簡化并分析受力如下，整機(jī)所受外力有三個:即自重G、支持力N和土體對刮刀的反力F。由于刀桿連續(xù)不斷作往復(fù)運(yùn)動，所以土體對刮刀反力F的方向，有時向上，有時向下。

不難看出，由于車體安有輪子，阻力很小，當(dāng)F方向向上時，其水平分力將使車體向前運(yùn)動；當(dāng)F方向向下時，車體將向后運(yùn)動。結(jié)果導(dǎo)致刮刀插入土體中，無法切割土體，而只是車體做前后運(yùn)動。為解決這一問題，必須將車輪子固定，即將車體固定，使其不能前后運(yùn)動，這樣才能使刮刀產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動切割土體。

固定輪子的措施是給前車輪穿上一雙\"鐵鞋\"。\"鐵鞋\"結(jié)構(gòu)如圖所示，它分上下兩個蓋，下蓋與一8毫米厚鐵板連接，其前部微翹，以利于施工時前進(jìn)，下蓋與鐵板之間設(shè)有加強(qiáng)撐，上下蓋用螺絲連接，箍住車輪。這樣，F(xiàn)的水平分力即可用\"鐵鞋\"與地面間磨擦力來平衡。

刮刀的制作與安裝問題。刮刀是本機(jī)的易損件，要求裝卸方便。本機(jī)刮刀行程為28厘米，每間隔28厘米在刀桿上固定一刮刀座，用螺絲將刮刀安裝在刮刀座上。為使刮刀鋒利、耐磨，我們將刮刀的一頭做一刀刃并經(jīng)熱處理。刮刀座安裝時要求精確對直，以保證刮刀在同一直線上，這樣開出的溝槽槽壁才能光滑垂直。刮刀的寬度按照所開溝槽的寬度來確定，當(dāng)用于鋪塑時，刮刀寬16-18厘米，即可滿足要求。當(dāng)溝槽用于其它用途(如澆鹼防滲墻)時，溝槽要求寬，刮刀寬度可相應(yīng)增加。我們在澆筑地下硅連續(xù)防滲(防沖)墻時，刮刀寬度為35厘米。

4旋轉(zhuǎn)式機(jī)型

4.1開溝原理

本機(jī)型的開溝原理不同于前兩種機(jī)型，它是利用平行于刀架的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動刮刀刮土，被刮下的土體一部分被攪拌成泥漿，大部分由吸砂裝置服出地面以成構(gòu)槽。

4.2破土開溝裝置結(jié)構(gòu)

這種開溝裝置由刀架、旋轉(zhuǎn)軸、刮刀、支承座、吸砂裝置等組成，其總體旋轉(zhuǎn)軸由四根厚壁地質(zhì)管制成，它的剛度大、撓度小。旋轉(zhuǎn)軸通過支承座與刀架聯(lián)接，以減小旋轉(zhuǎn)軸撓度，增加旋轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性，經(jīng)計算我們將支承座間距設(shè)計為1.5米，支承座與刀架用螺絲聯(lián)接，以利裝卸方便。

4.3工作程序

當(dāng)機(jī)械全部就位后，由人工在刀架下落處開一深1米左右的溝槽，慢慢下放刀架，起動電機(jī)，這時旋轉(zhuǎn)軸即可在動力帶動下旋轉(zhuǎn)，并由刮刀開始刮土。

為使槽壁穩(wěn)定，向槽中注入一定比重泥漿以起到固壁作用(泥漿由攪拌機(jī)攪拌，由泥漿泵注入槽中)。再起動吸砂裝置，將刮刀刮下的砂土吸出地面，同時補(bǔ)充槽內(nèi)漿液，使液面保持略低于地面。當(dāng)塑膜隨機(jī)鋪好后，為節(jié)約漿液，將出砂管置于機(jī)后10米處槽中。這樣不但能使?jié){液重新回流至槽中，而且能使被吸出的砂土回填溝槽，一舉兩得。當(dāng)?shù)都芟陆抵猎O(shè)計深度后，由慢速卷揚(yáng)機(jī)牽引整車前進(jìn)，這樣即可達(dá)到開溝鋪塑的目的。

參考文獻(xiàn)

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