垂直插塑防滲帷幕施工中刀具改進(jìn)研究

紀(jì)德林，王飛虎，鄧旭

（1.江蘇省淮源監(jiān)理建設(shè)工程有限公司，江蘇金湖211600；2.江蘇鴻基巖土工程有限公司，江蘇揚(yáng)州225002）

·安全與管理工程·

垂直插塑防滲帷幕施工中刀具改進(jìn)研究

紀(jì)德林*1，王飛虎2，鄧旭2

（1.江蘇省淮源監(jiān)理建設(shè)工程有限公司，江蘇金湖211600；2.江蘇鴻基巖土工程有限公司，江蘇揚(yáng)州225002）

介紹了垂直插塑防滲帷幕工程概況及插塑機(jī)工作原理，詳細(xì)分析了2種刀具的技術(shù)參數(shù)、工作狀況及新刀具性能優(yōu)勢，總結(jié)了刀具性能是影響施工質(zhì)量、進(jìn)度及成本的關(guān)鍵因素之一及在施工中所起的重要作用。

垂直插塑；工作原理；刀具技術(shù)參數(shù)；性能分析

1　工程概況

分淮入沂工程是淮河下游防洪體系的一個重要組成部分，是洪澤湖洪水出路之一。

分淮入沂整治工程淮安市工程堤防防滲處理Ⅱ標(biāo)工程內(nèi)容：淮沭河西堤15+710～37+015段防滲處理工程，具體工程內(nèi)容包括機(jī)械垂直鋪膜處理工段長15376延米，鋪膜深度為8.5～11.4m。

在鋪膜深度8.5～11.4m范圍內(nèi)分布堤身堆土，除第一工程地質(zhì)段為弱透水性外，其余地段均為中等—強(qiáng)透水性及大多具中等透水性堤基②、④1層砂性土，在高水位行洪時，可能會發(fā)生堤下滲漏，甚至背水側(cè)堤腳附近及順堤河會出現(xiàn)“砂沸”或管涌、流砂現(xiàn)象。所以需要對具有中等透水、強(qiáng)透水的堤身堆土、②層及④1層砂性土進(jìn)行防滲處理。

2　插塑開槽機(jī)工作原理

垂直鋪膜機(jī)械是以電動機(jī)作為動力，驅(qū)動擺線針輪減速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主傳動軸大牙輪帶動一長刀臂上安裝了刀具的鏈條循環(huán)轉(zhuǎn)動，利用鏈條上的刀具對原狀土進(jìn)行切削，將土體帶出地面，隨著刀臂不斷下放形成滿足設(shè)計寬度、深度要求的溝槽，并充灌漿液進(jìn)行槽孔護(hù)壁；然后通過安裝在開槽機(jī)械前部的卷揚(yáng)機(jī)根據(jù)需要收緊固定在機(jī)械正前方地錨上的鋼絲繩牽引機(jī)體不斷連續(xù)前進(jìn)，形成一段連續(xù)且滿足設(shè)計要求的溝槽；在溝槽達(dá)到一定長度后，利用鋪膜裝置在溝槽內(nèi)鋪設(shè)聚乙烯土塑膜，再用碎土回填溝槽并搗實(shí)，形成以塑膜為主的連續(xù)防滲帷幕，以達(dá)到工程截滲的目的。

3　本次鋪膜施工中兩種刀具的工作情況

3.1改進(jìn)前刀具參數(shù)及工作狀況分析

（1）刀具簡介及參數(shù)。本次防滲帷幕施工刀具采用45#鋼板彎曲加工而成，兩條邊夾角為60°，兩條邊由半徑35cm、角度為120°的圓弧連接。在刀口部位加焊一片長250mm、寬30mm、厚10mm的彈簧鋼鋼板，以改善刀口在切土過程中的耐磨性能；刀口方向向外開。同時在刀具安裝部位兩側(cè)分別加焊一根長10～13cm、直徑12mm的圓鋼，以增加刀具在切土過程的抗彎性能。容土槽截面積0.73m3，刀具展開長度24.8cm。詳細(xì)尺寸見圖1。

（2）刀具在制作加工時后角比較大，達(dá)到26°。刀口后角太大，這樣導(dǎo)致刀具刀口與土體接觸面積變小，使刀口在不斷的刮土過程中磨損速度太快。在本次施工的土層大多是砂性土，24h不間斷施工，土層中砂粒對刀具刀口磨損更快、更嚴(yán)重。其使用壽命在切土過程大大縮短，基本上每一周就要更換一批新的刀具，更換一批需90只刀，這樣刀具成本大幅度增加。

（3）刀具前角相對較小一些，使得刀具刀口在切土過程因磨損很快變鈍。刀具在長時間不間斷切土過程中，由于刀口的不斷磨損，使得刀尖角突然變大，這樣刀口變鈍了以后，嚴(yán)重影響切土效率，出土量也減小了，最終工效大大減低。

（4）刀口兩端受到2個土面的磨損，磨損損壞程度較刀口任何部位都嚴(yán)重。此時刀口磨損成圓弧形，此時槽孔已沒有260mm的寬度。刀具在影響施工工效的同時，槽孔已不容易放下剛剛卷好50m長、膜卷直徑在20～25cm之間的防滲膜，如果防滲膜卷的有些松時都不容易豎直下放至槽孔中。

3.2刀具改進(jìn)后技術(shù)參數(shù)及工況分析

（1）改進(jìn)后刀具簡介及參數(shù)。改進(jìn)后的施工刀具仍采用45#鋼板彎曲加工而成，刀具下部彎曲段由2段圓弧連接組成，一條是中線半徑35cm、角度為90°的圓?。灰粭l是中線半徑80cm、角度為74°的圓弧。圓弧最下面焊接一片長230mm、寬30mm、厚10mm的彈簧鋼鋼板，另外在彈簧鋼兩端分別鑲嵌一塊寬和后均為10cm的硬質(zhì)合金，以改善刀口在切土過程中的耐磨性能及較長時間保持槽孔寬度的尺寸；刀口方向向里開。同時在刀具安裝部位兩側(cè)分別加焊一根長15～18cm、直徑12mm的圓鋼，以增加刀具在切土過程的抗彎性能。容土槽截面積0.88m3，刀具展開長度27.8cm。詳細(xì)尺寸見圖2。

（2）刀具在制作加工時后角減小，僅有9°。刀口后角減小了，這樣刀具刀口與土體接觸面積變大了，土中砂粒對刀具刀口磨損減慢了，其使用壽命在切土過程大大延長了。更換這種刀具以后，換刀頻率大大減慢了，1～2個月根據(jù)刀具刀口的磨損情況才更換一批新刀具，這樣刀具成本大幅度降低了。

（3）刀具前角相對變大了一些，使得刀具刀口在切土過程因磨損到一定程度后基本上就恒定不變了。刀尖角也基本上恒定不變，這樣在長時間切土過程中，出土量也基本上不受影響，最終工效也沒有大的變化。從而保證了施工正常進(jìn)行。

（4）彈簧鋼刀口兩端分別鑲嵌2塊硬質(zhì)合金以后，槽孔寬度尺寸長時間的基本上保持不變。大大延緩了刀具更換的時間，施工凈時間也增加了，提高了防滲帷幕施工效率。

（5）新刀具刀口方向的改變，增加了刀具切土的效率，減小了砂粒對刀口的磨損。

4　新刀具工作性能分析

（1）新刀具在耐磨性方面大大改善。刀具刀口后角的變小與前角的變大、刀具刀口方向的改變、刀口兩側(cè)鑲嵌的硬質(zhì)合金，這些措施都使刀具在切土過程中磨損減小了，使用壽命增強(qiáng)了。相比較來說，整個施工中刀具成本減低了，切土效率也提高了，工期也大大加快了。

（2）刀具容土槽截面積較舊刀具也增加了0.15m2，這樣每張刀具在生產(chǎn)過程中就要多增加0.039m3的土，一條刀臂有100張刀，刀臂上鏈條每走一圈就多出3.9m3的土。所以刀具上的出土量較之以前也增加了，出土量越大，工效就越高。以前鋸槽機(jī)每天前進(jìn)30～40m，情況好的也就每天前進(jìn)40來米，現(xiàn)在換上新刀具以后，每天前進(jìn)個60m一點(diǎn)都不成問題。

（3）成槽質(zhì)量也得到了提高。以往刀具不均勻磨損以后，刀具兩端距離刀臂中心不一樣長，這樣會導(dǎo)致刀具在切土過程中相對于刀臂來說一邊切土多一邊切土少，從而引起刀臂在槽孔中跑偏，鋸槽機(jī)越走越偏，最后形成刀臂斜睡于槽孔內(nèi)終致無法繼續(xù)開槽。最終不得不上提刀臂重新下刀臂開槽，這樣形成防滲帷幕質(zhì)量事故性中斷，導(dǎo)致防滲帷幕難工段的出現(xiàn)，增加了本先不必要的處理成本。

5　結(jié)語

在大堤防滲帷幕垂直插塑施工過程中，刀具的性能優(yōu)劣是影響施工質(zhì)量、進(jìn)度及成本的關(guān)鍵因素之一，在切土過程中起著非常關(guān)鍵的作用，俗話說“磨刀不誤砍柴工”，就是這個道理。把施工中切土用的刀具調(diào)整好了，可以達(dá)到事半功倍的效果。在以后垂直插塑施工中，還要繼續(xù)深入研究刀具在各種地層中的工作情況，力爭制造出適合各種地層的刀具，讓刀具物盡其用地發(fā)揮功效，為提高垂直插塑的施工水平而不懈努力。

［1］董建國，等.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.

［2］陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

TV543

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1004-5716（2016）10-0184-03

2015-11-02

2015-11-09

紀(jì)德林（1979-），男（漢族），江蘇金湖人，監(jiān)理工程師，現(xiàn)從事水利建設(shè)工程監(jiān)理工作和施工技術(shù)研究工作。