一、研究应用背景
近年来,垂直铺塑防渗技术被广泛应用,它具有经济、快捷、高效等特点,特别是垂直铺塑密封法成功应用到真空预压工程施工中,其密封深度大、质量可靠,工艺简单,造价低,效率高等优势更为明显,对提高真空预压的技术水平,扩展应用范围具有很大推动作用。聊城市黄河工程局承担的深圳港大铲湾港区集装箱码头一期工程地基处理施工首次采用垂直铺塑侧向密封真空预压技术获得成功,期间多家施工企业面对该项工程束手无策,主要原因是在新吹填的重塑土基上无法成功开槽,开槽深度达不到设计要求,我局承担该项目施工任务后,经过技术攻关,成功研制了重塑土锯槽机,应用效果良好,顺利完成了深圳港大铲湾港区集装箱码头一期工程地基处理施工任务(右图为完成垂直铺塑及真空预压后的港口地基),得到了建设方的认可和好评。
二、研发过程
(一)设备研制过程
目前,在国内垂直铺塑工程施工中,传统的锯槽机只能在原状土基上开槽,而在重塑土(如新吹填形成的沙性土基)上开槽,尚无成功的先例,主要原因是重塑土密实度低,强度小,开槽达到一定深度后槽壁易坍塌,故无法顺利成槽。
为了克服在重塑土上无法开槽的问题,我局通过机械设备组合、改造,通过对锯槽机刮板、门架、输浆系统等进行创新,成功解决了机械设备存在的技术问题,拓展了设备的适用范围,形成了新型重塑土锯槽机。改造后的锯槽机主要特点是:固定在主杆上的刮板上宽下窄,宽度差50mm,利用改装后的主杆锯出的基槽也是上宽下窄,有利于槽壁的稳定(如上图);后龙门改成轮胎后,中间形成框架结构,轮胎及框架有效地减少了对新开槽壁的震动侧压力,有效缓解了对土基的冲击力,对保护槽壁,防止坍塌有明显作用;据杆上部不设喷嘴,只在主杆下部1/3长度范围内设喷嘴(如右图),喷嘴连接高压泵,由原来喷清水变为直接喷粘土泥浆,配合开槽。泥浆在加固槽壁的同时,与槽内形成的废渣混合,在泥浆压力的推动下上翻,在距槽顶一米处装泥浆泵,把泥浆泵抽出,泥浆在槽内形成的反循环,喷嘴喷出的泥浆和泥浆泵抽出的泥浆量大致相等,槽内水面保持相对稳定。(设备情况详见结构图)
(二)重塑土锯槽机成槽及铺塑施工工艺
1、施工工序框图
2、施工方法和操作要点:
(1)沟槽轴线定位
根据设计图纸,在施工区域测放沟槽轴线。
(2)开槽深度探摸
沿加固区边线间隔50米布置一个透水层厚度探摸点,若探摸点临近施工图设计勘察报告上的布置点,则参考勘测报告中的数据。
探摸机械:100型芯铅机
探摸结束后,整理透水层厚度,底标高,绘制透水层厚度分布示意图。
(3)泥浆制作
采用搅拌机制浆。利用远期的原状淤泥或粘土制浆,浆液比重为1.2-1.3g/cm3。
3、开槽
设备就位后,启动锯槽机,对准密封墙的中心轴线,松动提开锯杆的钢丝绳,放下锯杆开槽,锯杆主杆刮板上焊有锯牙,对土层进行切割,同时通过副杆的往复运动,副杆上的刮杆的切削作用,破坏地层表面,加上锯杆的重力作用,锯杆倾斜向下挖深,同时通过喷嘴注浆护壁,通过反循环的作用,把槽内的泥沙等杂物由顶部泥浆泵抽出,此时在副杆刮板的切削作用下,使成槽速度加快,直到深度达到设计要求。开启设备后部的牵引卷扬,根据地层地质情况和开槽深度,调整牵引主机移动,设备开槽牵引过程中有专人负责检查地锚、钢丝绳、水泵、开槽深度等情况,并有专人负责清理槽内贝克、竹芭、土工布等杂物,确保开槽顺畅,开槽深度符合设计铺膜要求。开槽深度根据探摸确定的深度而定,开槽深度穿过透水层并进入不透水层顶面标高为1m,开槽宽度0.35m。
在成槽过程中,根据施工工艺调整泥浆粘度,保证槽壁不塌,若出现塌方则采取相应的措施,如小范围可以人工清理,大范围的可以利用深层搅拌桩机进行修补。
三、项目简介
重塑土开槽机,包括底架、锯杆、安装在底架上的主电机;锯杆包括主杆、副杆,两者之间可相对移动,主杆通过传动机构连接主电机,副杆的前端连接升降卷扬机的钢丝绳,升降卷扬机设置在后龙门架上,主杆一端通过转动支点连接底架,主杆上沿轴向设有多个刮板和多个喷嘴,其特征在于:主杆上由前向后刮板的宽度依次渐宽;所述的喷嘴为泥浆喷嘴,泥浆喷嘴与设置在底架上的泥浆泵连通。
重塑土开槽机刮板宽度渐宽范围为300mm~350mm。开槽机泥浆喷嘴设置在主杆靠前端的部分上;龙门架由多个杆件组成的桁架结构,其底部安装有轮胎式行走轮。重塑土开槽机既能在原状土基上开槽又能够方便、快捷地在新吹填的重塑土基上开槽。由于主杆上的刮板宽度由前向后依次渐宽,所以开出的槽上宽下窄,不易坍塌,开槽深度及槽的形状满足设计要求;将现有开槽机的喷清水系统改为喷泥浆,开槽同时可向槽内喷粘土泥浆,利于开槽的同时进行固壁;轮胎及桁架结构能够减震,有效分散了开槽机对土基的冲击力,有利于保护槽壁,防止坍塌。总之它操作简单,实用方便,能够很好地满足工程建设的要求,尤其是重塑土上开槽的施工要求。
四、主要创新点
1、将固定在主杆上的刮板改为渐变结构,上宽下窄,使成槽后有一定边坡,有利于槽壁稳定。
2、后龙门改为轮胎形式,中间形成框架结构,减小对槽壁的振动力,保护槽壁,防止坍塌,作用明显。
3、去掉据杆上部喷嘴,只在主杆下部1/3长度范围内设喷嘴,喷嘴连接高压泵,由原来的喷清水变为喷粘土浆,以便进行泥浆护壁。
4、在距槽顶1米处,由泥浆泵将废渣抽出,形成泥浆反循环,槽内水位保持相对稳定。
五、应用情况及效益
垂直铺塑首先通过锯槽机在地层中形成宽约0.35m、深15-20m的沟槽,再用粘土回填形成密封墙,由于固壁泥浆的渗透系数小于1×10-6cm/s,具有二次密封的作用。同时表层密封模和垂直密封模直接粘结起来,形成一个闭合整体,密封的可靠性大大增强。因此垂直铺塑密封的可靠性明显高于搅拌桩粘土密封墙,密封体按要求抽气后,即超过80KPa的预压设计标准,可持稳定在85KPa,应用效果较好。
重塑土锯槽机去年在深圳大铲湾港区集装箱码头一期工程地基加固施工中成功运用,在新吹填的土基上,开槽深度达16-20米,顺利完成了地基处理工程,今年又在厦门集美大桥运用,共完成垂直铺塑面积5.2万平米,合同额303万元。与传统的搅拌桩粘土密封墙相比,开槽铺塑具有施工进度快,密封性好等特点,效率可提高一倍以上,投资可节约10%以上。据统计,完成以上两处工程可节约投资30多万元,经济效益明显。
六、主要完成单位
聊城市黄河工程局。
七、主要完成人
汤怀义 朱长河 张春元 张继荣 赵文明 杨法东 赵敏 杨胜泉 郝鲁东
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