振动工艺施工防渗墙的新方法
- 格式:pdf
- 大小:369.75 KB
- 文档页数:5
水利建设与管理・2011年第1期 设计簏工 19
振动工艺施工防渗墙的新方法
王 林熊丽娜 曾鹏九
(黄河设计公司地质勘探院 洛阳471002)
【摘要】近年来,新出现的用振动工艺来修筑防渗墙的方法日渐增多,如振孔高压旋喷(简称振孔高喷)、振动切 槽、振动沉模、振动沉板、振动切喷等,均取得了高质量、高效率的效果,降低了墙的工程造价,而且可以根据设计需 要在同一墙内,施工不同厚度墙体。这些新方法在水利水电防渗墙的施工中得到越来越广泛的应用,有着广阔的发
展前景。 【关健词】 防渗墙振孔高喷振动沉模振动沉板振动切槽振动切喷
机械振动是一种频繁的、幅度不大的机械波动,是材
料加工和工程施工中使用的一系列高效方法的基础。
在建筑工程中利用振动,可使被振动的材料获得新
的性质。如振动将大大减弱材料颗粒之间与其插入物之
间的摩擦力。在工程施工中经常利用这种效果,如振动沉
拔桩机利用振动将预制桩轻松的振人土层;振动压路机
可使各类回填土变得很密实;在混凝土工程中,使用振动
棒使混凝土变得密实、不出现空洞等。
振动显示了其巨大的经济效果,可成倍十几倍地提
高效率,减轻劳动强度。近年来,在水利水电防渗墙的
施工中,利用振动的新方法新工艺得到了飞速发展,特别
是修筑薄防渗墙,有一种在设计可能范围内替代厚防渗
墙的趋势。使修筑造价大副下降,施工效率大幅提高,显
示了振动方法的强大生命力。
l振动方法施工墙的基本原理
1.1振动的效能
桩打人土中,需要克服桩端不大的阻力和桩侧面与
土体间相当大的摩擦阻力,后者会随着打入深度的增加
而增大。如果用振动沉桩,振动传给桩时,就克服了土体 与桩侧面之间的摩擦。如仅有桩顶端的阻力,在桩自重与
振动锤自重之和的几分之一到十几分之一力的作用下,
就能沉入土中。
1.2振动参数
振动具有激动力,产生振幅,完成振动所要做的功。
振动分强迫振动与自由振动,任何物体自身都有自
由振动。自由振动就是物体要保持自身平衡的一种力量。
如果自由振动频率与强迫振动频率大致相同,便会引发 共振,振幅变得很大。
振动沉拔桩机的强迫振动频率( ),与各类土层
的自由振动频率( )的比值为1~1.5时,就会形成共
振,共振时土颗粒间的结合水析出,土层出现液化,
颗粒问的粘聚力急剧降低,使桩表面与土体之问的摩
擦力等于“0”,桩靠自重就能很快沉人。因此,振动沉
拔桩机的振动频率应力求与土体的自由振动频率接
近。有关部门已研究出部分土的自由振动频率,选用
转速1450r/rain的耐振电机,一般都能接近土体的共
振频率。
振动产生的振幅可以克服桩侧面的摩擦力和粘聚
力,其大小由振动频率和桩的类型、土体的性质而定,一
般在2-20mm范围内变化。
振动也带来了一些不利,它会使紧固件松脱、机器构
件强度降低。因此在非振动机械中,要尽量设法减振。而
振动成墙工艺则充分利用了振动的有利一面。
2振孔高喷防渗墙
振孔高喷是在普通高压旋喷的基础上发展起来的一
种新工艺。普通旋喷由钻机成孔,护好孔壁后,再由旋喷
机重新安装定位,下喷浆管进行喷射灌浆。成孔与喷灌为
各自独立的丁艺(当然也可由同一台钻机、两套管路系统
来进行,但工艺仍各自独立)。
振孔高喷将成孔与喷射灌浆有机地联系在一起,振
动钻杆即是旋喷浆管,振孔方法是采用顶驱式振动器与
液压动力头以振动回转的工艺成孔,成孔到设计深度以
后,振动器即停止运转,振管即转换为喷浆管,提升振管
而形成旋喷灌浆(见图1、图2)。
王林等/振动工艺施工防渗墙的新方法
操{
- : /f
:
图1振孔高喷施工原理 『L ] J 可 i
-Ez I [
≠ L一 … } : . : 勰艇 ≯
‘ ::‘: ::
(a)振喷机定位;(b)振动回转成孔;(c)成孑L毕;(d)提升旋喷;(e)旋 喷毕;(f)振动下顶埋帷幕灌浆管;(g)位移下孔进行重复_丁序
图2振孔高喷振动锤施工
振动钻杆下部安有特殊的球齿合金钻头,振动成孔
时管壁摩擦力非常小,只有孔底存在阻力,遇有卵石或大
块石,可发挥球齿合金钻头的作用,用激振力的冲击功将
卵石击碎而穿透,无需泥浆护壁或者是跟进套管。.
振动成孔到达设计深度后,通过一种装置,可将底孔
堵塞,让冲洗液的浆液从侧向的喷嘴喷出(此曾为日本专
利。而我国自主研发成功)。然后停止振动,提高泵压与泵
量,旋转提升,即构成旋喷(也可构成定喷或摆喷)。
振孔高喷的施工参数比普通旋喷高出很多,空气压
力由普通高喷的0.7MPa提高到1MPa,空气量由普通高
喷的lm3/min提高到2~3m3/min。浆液喷射压力由普通高
喷的20MPa提高到35MPa。水泥浆作为能量载体直接喷
向土层,保证了射流能量所作用到的范围内,水泥成分扩
散均匀。三峡三期围堰防渗墙与电源电站防渗墙采用此
方法施工,单排墙,孔距0.6m,墙厚达1.2m,后将孔距改 (f) (g)
为0.8m。各项指标完全达到设计要求。在工期紧迫的情况
下,提前完成了施工任务。
振孔高喷新二管法施工的特点是成孑L效率高、钻灌
一体化、大浆压、大浆量、大风压、大风量、不分序、孔距
密、快速提、质量高、效率高。三峡业主对这种工艺给与了
很高的评价。“该技术在i峡三期临时下游土石围堰防渗
墙施工中,以优质高效的突出优势,首次在大型水利工程
中获得成功应用。”
振孔高喷已于20世纪90年代获得国家科技进步二
等奖,并列为国家“八五”科技成果重点推广项目。
工程实例有长江三峡三期围堰防渗墙、长江三峡电
源电站围堰防渗墙等。
3振动切槽防渗墙
振动方法可以成孔,同样可以将一矩形切刀,振动切
入土层,此工艺可将防渗墙修筑得很薄,获得较好的经济
效益。
切刀通过振管连接顶驱振动器,通过振动将切刀沉
入土层(没有回转),将松散颗粒挤向两侧,形成槽段(见
图3),达到设计深度后,即可提升切刀。在切刀沉入与提
升过程中,均向槽内灌注浆液,待切刀提出槽口,即修筑
了一小段灌满浆液的防渗墙。若干个相连小槽段的墙,即
形成地下连续防渗墙。没有护壁工艺,如果遇到膨润性土
层,槽段产生缩径,则可在切刀上部安装数把刮刀,多次
提升刮削土层,排出槽外,整个槽段就可连续=
振动切槽虽与振动沉模有某些相似之处,但仍有很
大的区别,振动切槽是将一矩形切刀(高不过0.
5m,宽约 王林等/振动工艺施工防渗墙的新方法 2l
"一7- A ; t ‘浆 矸 :i 照
篓 豫官、
导向刀
切刀 ]
(a) (b) (C) (d) (e) f f)
图3振动切槽防渗墙施工原理
(a)对位;(b)振动下切;(c)切到设计深;(d)提刀灌浆; (e)振切第二个槽孔;(f)重复作业
1m)振动切人土中(见图4),由于切刀与土层接触面积 小,摩擦阻力小,提升注浆时不需振动,因而较振动沉模
可节约50%以上的能源。
图4振动切槽施工
这种工艺具有构思很新颖、工序简单、成墙质量好、
效率高、成本低、对环境无污染等诸多优点,开创了建造
地下薄防渗墙的新途径。
该技术只适用于标贯Ⅳ≤18的土层(63.5kg)。如砂
土、壤土、淤泥、砂壤土、粉质粘土、砂层和含少量砾石的
松散地层。 振动切槽工艺造墙深度一般在25m以内,厚度以为
8~20cm,可以说是最薄的防渗墙修筑工艺之一,可广泛用
于堤防防渗墙或水力坡比不大的临时围堰防渗墙等。
2000年4月由国内著名专家学者鉴定时,该工艺创
始研究不到l0年,就已经完成了约20万mz的工作量,
均获得了所有业主的好评。以马云良为主任委员,陈文
斌、蒋振中为副主任委员的鉴定委员会一致认为;“该项
技术工艺成熟,技术含量高,设备较为完善,适用于我国 国情。”“该项工艺及设备为国内首创,达到国际先进水
平”(鉴定书摘录)。给与了很高的评价。
该工艺技术在2000年8月获得第九届中国专利新
技术新产品博览会特别金奖。
工程实例如下:
a.湖北黄岗的黄州堤段和安徽同马大堤的皖河北场
等堤段防渗墙。 b.1999年1—5月江西省九江市长江于堤梁公堤采
用振动切槽工艺施工,经历了1999年长江特大洪水考
验,被评为优质工程。
C.1999年江西省九江市济益公堤防渗墙采用振动切
槽工艺施工,质量优良。
d.2000年4 ̄6月哈尔滨市城防堤防渗墙采用振动
切槽工艺施工,总工程量20000m2,经开挖检查和墙体取
样测定,各项指标均满足设计要求,被评为优质工程。
4振动沉模防渗墙
利用振动将一种矩形空心模板沉入土层,强力振动
下沉到设计深度后,浆液可通过空心模板向槽底注浆。一
边注浆,一边振动提升模板。浆液从模板底端注入槽内,
迅速填满模板上拔而腾出的空间,从而浇筑墙体,成槽与
浇注有机地联系在一起,无须护壁。
国外开发振动沉模比较早,如德国的宝峨公司
(BAUE)于20世纪70年代在多瑙河河道整治及来茵河
堤防防渗处理中应用,共累计建成200万m 超薄防渗
墙,是一项成熟的防渗技术。法国的威宝公司(PIC)也较
早地开发应用了振动沉模技术。
宝峨公司与威宝公司的振动沉模技术都采用大功率
的液压振动锤,功率300~600kW,整机耗能在900kW以
上,成墙工效可达56m2/h。机械化程度很高,并可由电脑
进行操作。成墙厚度一般为10~30cm,成墙深度在20m。
国内已有中国华水水电开发总公司山东公司研制成
功振动沉模防渗墙设备,施工防渗墙达7万多mz,最大成
墙深度17m,成墙厚度15~30cm。长江水利委员会也成功
研发了此类设备,在“九五”期间已被国家列为科技成果
重点推广项目,并获得国家5项专利。国内外振动沉模机
的主要性能差异见下页表。
该技术主要用于砂、砂性土、粘性土、淤泥质土及砂
砾石地层,对有卵石含量的地层沉入困难。
4.1振动沉模工艺
振动沉模有两种工艺,一种是双模板法(见图5),一 __
可