CN111827390A - 刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，在特种长臂挖机上安装铣具，并在铣具上安装喷嘴，挖机臂上布设高压流体管路，高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送至喷嘴，形成高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结，从而形成具有良好防渗性能的连续式防渗墙。本发明通过高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结，施工效率大大提高，防渗性能大幅提升。

Description

刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法

技术领域

本发明涉及防渗墙施工技术领域，尤其涉及一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法。

背景技术

防渗墙是环保工程和水利水电工程中的重要构筑物，主要用于垃圾填埋场外围封场和堤坝基础的垂直防渗。传统的防渗墙施工工艺主要有液压抓斗法、射水造墙法、高喷法、冲击钻法、深层搅拌法等。其中液压抓斗法、射水造墙法、冲击钻法属于全置换工艺，而高喷法和深搅法则属于非置换工艺。传统的全置换工艺须把原始地层中的土砂石等物质弄出地面，泥浆固壁(一般采用粘土或膨润土制浆)，然后采用导管法水下砼浇筑的方式，回灌砼材料成墙，这种方法的主要缺点是工序繁多，造价较高，且容易出现沉渣、离析、断墙、开叉等质量问题；传统的非置换工艺是原地切割、搅拌地层，并充填水泥浆液，就地固结成墙，这种方法的缺点是容易出现漏喷、漏搅、开叉等现象，质量保证度低。

刨铣法连续式高喷防渗墙工艺，在刨铣、喷射过程中渣料不弄出地面，但原始地层物料在刨铣、喷射共同作用下存在小范围内的挪移、置换，因此，该工艺介于传统的全置换工艺和非置换工艺之间，却结合两种传统工艺的特点，扬长避短，同时达到质量可靠和造价低廉的效果。

传统的挖机，由于臂长有限，机臂结构和力学性质等方面受限，难以应用于防渗墙施工，且直接开挖容易造成槽壁坍塌。结合机械制造技术(挖改技术)和精细化工技术(混凝土外加剂技术)的深入研究，上述难题得以解决。本技术巧妙地采用特种长臂挖机进行刨铣作业，同时喷射水泥浆液(掺外加剂)固壁、成墙，成为一种质量可靠、造价低廉的新型防渗墙施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，在特种长臂挖机上安装铣具(耙斗或松土器)，并在铣具上安装喷嘴，通过高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结成墙。

本发明通过下述技术方案来实现：在特种长臂挖机的长臂上安装铣具(耙斗或松土器)，并在铣具上安装喷嘴，在特种长臂挖机的长臂上布设高压流体管路，高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送至喷嘴，形成高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既可起到护壁作用，又可与原始地层中物料掺混后自行凝结，从而形成具有良好防渗性能的防渗墙。

所述喷嘴包括浆嘴和气嘴。分别用于喷射水泥浆液和高压空气。

所述高压泵包括高压浆泵、空压机，分别用于输送水泥浆液和高压空气。

具体步骤如下：

(1)场地平整：沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置障碍物，场地低洼处回填粘土整平；

(2)测量放样：依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

(3)挖机就位及高压流体系统布置：沿作业方向分别布置特种长臂挖机和普通挖机；选择合适位置作为制浆平台，通过高压流体管路将高压泵和喷嘴连通；

(4)浆液配制：配制并搅拌水泥浆液(配合比可根据工程具体情况设计)；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量。制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min。浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆容器。

(5)导浆槽开挖及喷射、刨铣：先采用普通挖机挖出一定长度的导浆槽，然后采用特种长臂挖机刨铣作业，同时喷射浆、气，沟槽内保持一定的浆液高度以护壁。典型的做法是：导浆槽开挖后，先将长度约6～15米轴线范围内所有地层物料挖除，此时可不进行高压喷射(改为低压注浆)，挖至基岩，水泥浆液护壁，然后展开特种长臂挖机的长臂和铣具，自上而下进行刨铣喷射作业(刨铣厚度可根据具体地层情况调整)，直至入岩；入岩后提出铣具，挖机履带前进预定距离，又进行自上而下的刨铣喷射作业，如此循环，分层推进，形成连续式高喷防渗墙。

刨铣法连续式高喷防渗墙施工技术原理为：采用高压水泥浆液、压缩空气形成的高速喷射流束，协同机械刨铣作用，共同冲击、切割、破碎、铣削地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

本技术的创新点在于：①率先选用特种长臂挖机进行高喷作业，在传统的高喷工艺基础上，增加机械刨铣动作，对喷射过的地层进行补充切割铣削，可防止漏喷、开叉，形成连续式高喷防渗墙；②率先把高压流体喷射装置应用到挖掘机械上，在传统的挖掘(刨铣)施工的基础上，增加高压流体的预冲击、破碎、切割功能，提高挖掘(刨铣)效率，且利用水泥浆液对地层物料进行掺混、液化，实现高效掘进和深层松土(或挖槽)的目的；③水泥浆液中掺入特殊外加剂，既可大幅提高浆液的护壁效果，又可润滑铣具，减小刨铣作业的阻力，并大幅提高终凝强度，大幅提高墙体防渗性能。

刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，是采用特种长臂挖机来进行高喷施工，协同刨铣作业，形成近似等厚的连续式高喷防渗墙。这种新技术的主要优点是：

(1)施工质量更好。

①由于本工艺采用水泥浆液护壁，连续刨铣作业，无需分序(分幅)施工，不会出现开叉、漏喷现象。而“开叉、漏喷”等不连续的质量缺陷，是传统防渗墙工艺的通病。

②没有墙底沉渣的质量缺陷。因为本工艺在造墙过程中采用水泥浆液护壁，原始地层物料在破碎的同时已与水泥浆液充分掺混，随后固结成墙体材料，不像传统开槽工艺的沉渣，易呈松散状而成为渗漏通道。

③不存在离析断墙的质量缺陷。传统的砼防渗墙工艺，由于在水下砼浇筑时，容易产生导管拔脱，使砼“洗澡”，产生离析、断墙，形成渗漏通道，而新工艺省去了水下砼浇筑环节，不存在离析断墙现象。

(2)工艺适应性强，特别适合水利水电行业和环保行业工程条件。

①地层适应性广。几乎可适用各种复杂地层，不用担心地层中存在漂粒、块石等粗颗粒(可挖除40公分以内的块石)，且不用担心槽孔坍塌问题，因为沟槽中始终充填有水泥浆液，或水泥砂浆，或流塑状混凝土，护壁高效可靠。

②可适应较为狭窄的施工场地。液压抓斗及射水造墙等工艺都需要较为宽阔的作业面(至少7m)，而本工艺在4米左右的狭窄场地也能施工，无需大幅度挖方填方，裁弯取直，降堤加宽，仅需对施工场地稍加整平即可。

③对施工道路条件要求不高。由于本工艺投入的施工机械，最大型的是特种长臂挖机，无其他更大型的机械，因此，对进场道路要求较低，只需满足挖机行走即可(路宽≥4米)；作业区内无需运送混凝土材料，可以不必另行修筑施工便道。

(3)造价更低。

①机械成本较低。由于采用特种长臂挖机成槽，比传统的成槽设备便宜很多。当前，我国防渗墙成槽机大多被国外机械巨头垄断，液压抓斗、铣槽机等，少则四五百万，甚至一两千万。

②人工成本较低。传统的工艺，由于工序较多，耗工较多，如射水造墙工艺每个台班约需工人8位，而本工艺仅需4位。

③原材料成本低。新技术充分利用原始地层中的物料作为墙体材料，无需另行外购砂卵石或商品砼，大大地节约了材料成本。

(4)节约工期

由于采用特种长臂挖机配套高压浆泵、空压机作业，高喷+刨铣，协同施力，灵活高效，可大大地节约工期。比如，传统的工艺需要3个月工期，采用新技术施工，仅需1个月完工。

(5)具良好的环境效益

传统的防渗墙施工技术，往往需要消耗大量砼、膨润土等原材料，并产生大量的弃浆或弃渣。而本技术充分利用原始地层中的物料作为墙体材料，无需外购砂卵石或商品砼，且不产生大量的弃浆弃渣，具有良好的环境效益。

(6)具有广阔的应用前景

由于本工艺的突出优点，同样可应用于房建行业，不仅可用于基坑支护中的地下连续墙施工，而且，只要稍作优化，便可应用于地基与基础处理，例如可用于建造超大直径的基桩，将引发传统桩基础结构型式和设计理念的改变，有望大面积地取代传统的桩工工艺，也许，这项技术将在岩土工程领域掀起一场重大的技术革命。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明长臂挖机的结构示意图；

图3为本发明长臂挖机的长臂结构俯视图；

图4为本发明长臂挖机的铣具结构示意图；

图5为本发明长臂挖机的喷嘴部位放大示意图。

图中：1、大臂油缸；2、大臂；3、小臂油缸；4、高压流体管路；5、小臂；6、铣具油缸；7、铣具；8、圆柱形横梁；9、侧板；10、铣齿；11、喷嘴；12、浆嘴；13、气嘴。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细阐明本发明。

参照图1，刨铣法连续式高喷防渗墙施工的步骤如下：

(1)场地平整。

沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置障碍物，场地低洼处回填粘土整平。

(2)测量放样。

依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

(3)挖机就位及高压流体系统布置。

沿作业方向分别布置特种长臂挖机(1台或2台)和普通挖机。选择合适位置作为制浆平台，为减少转场次数，宜将制浆平台布置在施工段中部较宽阔地带，以方便水泥卸车为原则。在传统的长臂挖机的基础上，把挖斗换成耙斗或松土器，根据需要对长臂进行相应改造，并在耙斗或松土器上安装喷嘴，在臂上布设高压流体管路，高压流体管路连通喷嘴和高压泵。所述喷嘴包括浆嘴和气嘴，分别用于喷射水泥浆液和高压空气。高压泵包括高压浆泵、空压机，分别用于输送水泥浆液和高压空气。浆嘴通过高压流体管路连接高压浆泵，气嘴通过高压流体管路连接空压机。

(4)浆液配制。

配制并搅拌水泥浆液(配合比可根据工程具体情况设计)；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量。制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min。浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆容器。

(5)导浆槽开挖及喷射、刨铣。

先采用普通挖机挖出一定长度的导浆槽，然后采用特种长臂挖机进行刨铣作业，同时喷射浆、气，并保持一定的浆液高度(一般情况下不低于地面以下100cm)护壁。典型的做法是，导浆槽开挖后，先将长度约6～15米轴线范围内所有地层物料挖除，此时可不进行高压喷射(改为低压注浆)，挖至基岩，水泥浆液护壁，然后展开特种长臂挖机的铣具，自上而下进行刨铣喷射作业(相当于以大臂根部为圆心划弧)，单程刨铣厚度约50cm(轴线方向，刨铣厚度可根据具体地质情况调整)，直至入岩。入岩后提出铣具，挖机履带前进约50cm(轴线方向)，又进行自上而下的刨铣喷射作业，如此循环，分层推进，形成连续式高喷防渗墙。

墙深须按设计要求进入目的地层，主要判断标准为抠出目的地层碎块，结合先导孔成果，由现场技术人员作出判断和认定。挖机司机的操作感觉、声音、震动情况等皆可作为辅助判断。墙体深度可利用挖机臂的上余量来测量，墙轴线方向每隔5米测一次深度，并做好记录。

(6)固结成墙。

根据具体的地质条件和作业情况，可采用长臂挖机在沟槽中大范围反复扒动或搓动，将原始地层中的物料与水泥浆液充分拌合，将粗颗粒往后方挪移，同时验证墙体连续完整性。

特殊情况处理：

(1)遇块石、孤石等高阻力地层，刨不动时，可将其挖至地面抛除或回填至已挖区域；

(2)当地层中粗颗粒含量较高，导致阻力过高，耙斗无法下置到计划深度时，应停止水平方向推进，先将粗颗粒物料往后方沟槽耙移，或部分捞出地面抛除，采取措施降低阻力后再进行正常作业；

(3)当制浆或供浆系统出现故障，预计不能及时修复时，应迅速将防渗墙前方断面刨铣成垂直的断面(而非弧形断面)，以利于恢复施工后，对墙体分缝的妥善处理。然后将铣具提出地面，接入清水对管路进行清洗，以防堵塞。

(4)当特种长臂挖机出现故障，预计不能及时修复时，如铣具仍在沟槽内无法拔出，则应迅速导入清水和压缩空气，稀释沟槽内浆液，以免埋住铣具；如铣具拔出沟槽，则导入清水清洗管路，同时在沟槽前方插管导入清水稀释水泥浆液。复工后应将受到影响的部分墙体(即离析部分)重新进行刨铣喷射处理，有必要时可将其挖除，接头处理可靠后再推进正常施工。

本发明还提供了特种长臂挖机的较佳实施例，如图2-5所示，如图1所示，一种可用防渗墙施工的长臂挖机，包括机座、长臂和铣具7，机座上安装了传统挖据所具有的动力装置、回转机构、操纵机构、传动机构、行走机构等，长臂由大臂2、大臂油缸1、小臂5、小臂油缸3构成，大臂2一端连接机座，另一端连接小臂5，小臂5前段连接铣具7，所述机座上安装大臂油缸1，大臂油缸1的推杆连接大臂2，所述大臂2上安装小臂油缸3，小臂油缸3的推杆连接小臂5后端；所述小臂5上安装铣具油缸6，铣具油缸6的推杆连接铣具7。

如图3所示，所述小臂5包括两块侧板9，两块侧板9通过圆柱形横梁8连接并锚固，大臂2的前部也由两块侧板锚固而成。这样可以在刨铣过程中，减小泥浆对臂身的阻力。

如图4和图5所示，铣具7设有铣齿10，铣齿10上方安装喷嘴11，所述喷嘴11包括浆嘴12和气嘴13，浆嘴12通过一路高压流体管路4连接水泥浆液泵，气嘴13通过另一路高压流体管路4连接空气压缩机。铣具7的内部设有水泥浆液通道和高压空气通道，水泥浆液通道连接位于铣具7上部的水泥浆液接口，高压空气通道连接位于铣具7上部的高压空气接口，高压空气接口和水泥浆液接口分别连接各自对应的高压流体管路4。所述高压流体管路4固定在长臂挖机的大臂2和小臂5上。

施工工程中，将长臂挖机驾驶到预定位置，将两路高压流体管路4分别连接水泥浆液泵和空气压缩机，操纵长臂挖机使铣具7深入沟槽中，将高压水泥浆液、压缩空气通过管路输送到位，经喷嘴11喷出，形成高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具7的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液充填、掺混其中，水泥浆液起到护壁效果，刨铣施工后，水泥浆液与地层中的物料混合形成板墙状的凝结体，从而构成防渗墙。

防渗墙是重要的水工构筑物，其工程质量涉及整个工程的安全运行，事关广大人民群众生命财产安全，且在水利水电工程和环保工程建设中所占投资比例很高。近年来，水利水电建设中，因防渗墙工程出现质量问题的教训很多，或致倒堤溃坝，或致工程不能按设计水位运行而无法发挥预期效益，或致房屋损毁、农田淹没等等。环保工程中，常因防渗墙质量问题污染地下水，引发周边群体冲突事件。究其原因，主要是因为传统的防渗墙施工技术，工艺陈旧落后、质量保证度低。而刨铣法连续式高喷防渗墙施工技术的问世，可以及时地补上水利水电行业和环保行业防渗墙工程的“短板”。由于该技术简化了工艺流程，工程质量易于控制，连续性好，防渗效果好，直观可靠，且适应大部分水利水电工程和环保工程的场地条件和地质条件，同时具有质量好、功效高、成本低、使用性强等优点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例子而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例子的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是：在特种长臂挖机的长臂上安装铣具，并在铣具上安装喷嘴，在特种长臂挖机的长臂上布设高压流体管路，高压流体管路连接喷嘴和高压泵，由高压泵所产生的高压浆、气通过管路输送至喷嘴，形成高速喷射流束对地层进行预切割，协同铣具的刨铣动作，共同冲击、破碎、铣削地层，水泥浆液在作业过程中既传递切割动能，又起护壁作用，且可与原始地层中物料掺混后自行凝结，从而形成具有良好防渗性能的连续式高喷防渗墙。

2.根据权利要求1所述的刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是：所述铣具是耙斗或松土器。

3.根据权利要求1所述的刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是：所述喷嘴包括浆嘴和气嘴。

4.根据权利要求3所述的刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，其特征是：高压泵包括高压浆泵、空压机，浆嘴通过高压流体管路连接高压浆泵，气嘴通过高压流体管路连接空压机。

5.根据权利要求1所述的刨铣法连续式高喷防渗墙施工方法，其特征和步骤如下：

(1)场地平整：沿防渗墙施工轴线方向平整出一条带状场地，清除施工轴线位置地上障碍物，场地低洼处回填粘土整平；

(2)测量放样：依据设计图标示防渗墙轴线；每隔一段距离设立一个轴线控制桩，标定桩号位置，并做好记录及维护工作；

(3)挖机就位及高压流体系统布置：沿作业方向分别布置特种长臂挖机和普通挖机；选择合适位置作为制浆平台，在特种长臂挖机上安装铣具，并在铣具上安装喷嘴，在机臂上布设高压流体管路，高压流体管路连通喷嘴和高压泵；

(4)浆液配制：配制并搅拌水泥浆液；根据配合比和搅拌桶容积推算出每一搅拌桶材料用量；制浆时每桶均先放水到计算用量，加入外加剂，稍加溶解和搅拌，然后加入水泥，每桶搅拌不少于2min；浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，须不断搅动，同时把拌制好的浆液输送到二次搅拌储浆桶。

(5)导浆槽开挖及喷射、刨铣：先采用普通挖机挖出一定长度的导浆槽，然后采用特种长臂挖机刨铣作业，同时喷射浆、气，沟槽内保持一定的浆液高度以护壁。典型的做法是：导浆槽开挖后，先将长度约6～15米轴线范围内所有地层物料挖除，此时可不进行高压喷射，改为低压注浆，挖至基岩，充填水泥浆液护壁，然后展开特种长臂挖机的长臂和铣具，自上而下进行刨铣、喷射作业，刨铣厚度可根据具体地层情况调整，直至入岩；入岩后提出耙斗或松土器，挖机履带前进预定距离，又进行自上而下的刨铣、喷射作业，如此循环，分层推进，形成连续式高喷防渗墙。

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