防渗墙的成墙机械及其发展论述cbvi.docx

防渗墙的的成墙机机械及其其发展黄均龙(上海隧隧道工程程股份有有限公司司技术中中心，上上海 20002333)摘要本文结结合我国国长江堤堤防建设设中的防防渗墙工工程，介介绍了我我国自主主开发的的几种薄薄型防渗渗墙施工工工艺与与设备及及由日本本开发的的SMW工法成成墙机械械，并提提出了我我国SMW工法成成墙机械械的发展展方向。关键词词防渗墙墙、成墙墙工艺、成成墙机械械、发展展方向一、引言言长江堤防防工程中中的防渗渗墙施工工是长江江堤防建建设中的的一个极极为重要要的地下下隐敝工工程。据据历年的的统计资资料显示示，洪水水期间长长江干堤堤所发生生的重大大险情，一一半以上上是由于于堤基渗渗水、管管涌原因因而造成成溃堤事事故。为为了适应应堤防建建设的需需要，各各种薄型型防渗墙墙造墙设设备纷纷纷研制出出来，使使防渗墙墙的厚度度从过去去的60100ccm减小小到300cm，适适应不同同土层，提提高了工工程质量量，加快快了施工进度度，使防渗渗墙的造造价由传传统方法法的每平平方米600800元/ m2降低到到现在的的170250元/ m2，取得了了良好的的社会效效益与经经济效益益。与堤防工工程防渗渗墙施工工类似的的深基坑坑支护SMW工法虽虽然在上上海、南南京二地地得到了了推广应应用，但但在深基基坑支护护施工中中，一般般都采用用了机械械性能较较好的日日本早期期开发的的三轴机机施工机机械与配配套的进进口履带带式打桩桩架，设设备投入入与使用用台班费费较高，使使得这种种深基坑坑支护工工法在一一般中小小型施工工企业中中难以采采用，影影响了SMW工法在在我国其其它软土土地区的的推广应应用；且且在成墙墙深度、施施工效率率等方面面与现在在日本壁壁式SMW工法等等先进成成墙机械械相比，还还存在着着一定的的差距。二、薄型型防渗墙墙施工工工艺与施施工设备备江河堤防防治理中中的防渗渗墙一般般要求墙墙体厚度度小、渗渗透系数数低、柔柔性强、耐耐久性好好与单位位面积造造价低。防防渗墙施施工有多多头小直直径深层层搅拌水水泥土、锯锯槽法、链链斗法、薄薄型抓斗斗、射水水法和振振动沉模模等成墙工艺艺。1、多头头小直径径深层搅搅拌水泥泥土成墙墙工艺与与施工设设备多头小直直径深层层搅拌桩桩机一次次多头钻钻进，把把水泥浆浆喷入土土体并搅搅拌，使使土体与与水泥浆浆液混合合固结成成组水泥土土桩，桩桩与桩搭搭接形成成水泥土土防渗墙墙。多头深层层搅拌桩机有三三头、四四头、五五头、六六头之分分，多头头桩机成墙效率高，搭接接施工能能保证墙墙体的连连续性和和完整性性。为了了确保成成桩垂直直度，桩桩机设有有偏斜自自动报警警系统；还配备备喷浆记记录仪，自自动记录录打印喷喷浆量，确确保水泥泥浆液按设设计要求求均匀连连续输送送。目前，六六头深层层搅拌桩机的钻头直直径为O.30.45m，成墙有有效厚度度0.222O.33m，一一般成墙最大大深度18mm，水泥泥土渗透透系数：<10-6cmm/s、抗压强强度：>>0.33MPaa。其优点点是施工工简便、无泥浆污染，造价较低，适用于粘土、砂土、淤泥和砂砾层(含砾直径小于5cm)。该成墙工艺是施工防渗墙的主要工艺，己在长江、淮河、洪湖、松花江等堤防防渗墙工程中得到推广应用。2、锯槽槽法成墙墙工艺与与施工设设备在先导孔孔中，锯锯槽机的的刀杆以以一定的的倾角一一边作上上下往复复切割运运动，一一边以00.81.55m/h的速度(根据地地层状况况)向前移移动开槽槽；被锯锯割切削削下来的的土体可可由反循循环排渣渣系统或或正循环环方式排排出槽外外，并采采用泥浆浆护壁。当当成槽长长度达611m时，使使用土工工布隔离离体将槽槽隔离为为开槽段段与混凝凝土浇筑筑段，然然后进行行清孔、浇浇筑塑性性混凝土土，形成成槽宽为为0.20.33m的防渗墙墙体。锯槽机由由行走底底盘、动动力及传传动系统统、刀杆杆及支架架加压系系统、排排渣系统统、起重重设施及及电气控控制系统统组成；传动方方式有机机械式与与液压式式两种锯锯糟机。以以不同规规格的刀刀杆进行行组合，开开槽宽度度达到0.20.55m、深度度达到440m。锯槽法的的优点是是连续成成槽、工工效高、成墙连续、质量好，并且成墙深，适应于粘土、砂土和卵石粒径小于100mm的砂砾石地层；还可以采用自凝灰浆、固化灰浆形成不同强度和抗渗指标的防渗墙。3、链斗斗法成墙墙工艺与与施工设设备由链斗式式开槽机机排柱上上的旋转转链斗取取土，同同时将斜斜放的排排柱下放放到成墙墙深度，然然后开槽槽机前进进开挖沟沟槽，并并采用泥泥浆护壁壁，其浇浇筑混凝凝土方法法类似锯锯槽法成成墙。在开槽时时，也可可同步在在沟槽内内铺设塑塑料薄膜膜和回填填设计要要求的材材料。经经过填料料的湿陷陷固结，形形成以塑塑料薄膜膜为主要要墙体材材料的、厚厚度达0.33m复合薄薄壁防渗渗墙。链斗式开开槽机的的开槽宽宽度为11650ccm，深深度可达达1015mm。适应应于粘土土、砂土土和粒径径小于槽槽厚的、含含量小于于30%的砂砾砾石地层层。4、薄型型抓斗成成墙工艺艺与施工工设备  采用斗宽宽为0.3m的薄型型抓斗进进行挖土土开槽，泥泥浆护壁壁，浇筑筑塑性混混凝土或或采用自自凝灰浆浆，形成成薄壁防防渗墙，最大成墙深度可达40。适用于粘土、砂土及卵石与砂砾含量与粒径在一定范围内的土层，5、射水水法成墙墙工艺与与施工设设备 射水法成成墙机设设备主要要由造孔孔机、混混凝土搅搅拌机和和浇筑机机组成。利利用造孔孔机成型型器内喷喷嘴，射射出高速速水流来来切割土土层，成成型器上上下运动动切割修修整孔壁壁，采用用泥浆护护壁，正正循环或或反循环环出渣。槽槽孔形成成后，浇浇筑水下下混凝土土或塑性性混凝土土形成薄薄壁防渗渗墙。施工相邻邻墙体的的槽孔时时，用成成型器的的侧向喷喷嘴冲洗洗巳成墙墙体的槽槽孔侧壁壁进行连连接，墙墙体间的的接缝质质量好。造孔机一一次成槽槽长为11.52m，成成墙厚度度为0.2220.455m，深度度可达330m，成成墙垂直直精度可可达1/3000，适应应于粘土土、砂土土和粒径径小于1100mmm的砂砂砾石地地层。三、SMMW工法成成墙机械械1、发展展过程最早的水水泥土桩桩搅拌机机械是美美国在二二次大战战后研制制成功，它它是一种种带有齿齿状切土土器和搅搅拌叶片片的特殊殊螺旋钻钻，其钻钻杆是空空心的，钻钻入地层层后，随随着它不不断旋转转，其底底端能不不断喷出出水泥浆浆液，经经叶片与与周围土土体强行行搅拌而而制成水水泥土桩桩，桩径径0.30.44m，长度1012m。该技技术当时时在美国国命名为为就地搅搅拌法，简简称MIP工法。19544年日本本从美国国引入MIP工法，19667年日本本港湾技技术研究究所开始始研制石石灰搅拌拌施工机机械。随随着日本本的经济济腾飞和和大型软软土地基基加固工工程及大大量地下下防渗墙墙工程的的需要,又开发发出一种种双轴水水泥土深深层搅拌拌机（见见图1）。日本从119711年开始始用单轴轴或双轴轴水泥土土深层搅搅拌机施施工连续续搭接排排列的水水泥土搅搅拌桩防防渗墙，并并在墙中中插入钢钢管或H型钢，形形成早期期SMW工法的MIP柱列式式地下连连续墙，但但存在着着桩与桩桩的搭接接质量难难以保证证、施工工效率低低的缺点点。图1 双轴深层搅拌机19766年日本本成幸工工业株式式会社与与日本竹竹中土木木株式会会社分别别研制出出3轴与4轴水泥泥土深层层搅拌机机（见图图2），成成桩直径径一般在在0.4450.665m，并用用于SMW工法，提提高了 SMMW工法的的一次成成墙面积积、施工工效率、墙墙身垂直直度与止止水性，使SMW工法在日本得到了迅速、广泛的普及与应用，还开发出56轴的SMW工法成墙施工机械（见图3、图4）。图2 3轴与4轴深层搅拌机图4 6轴深层搅拌机图3 5轴深层搅拌机19922年北辰辰工业株株式会社社研制试试验成功功链锯式式成墙机机械（称称TRD工法），于1993年由大成建设公司用于SMW工法施工（见图5）。图5 链锯式成墙机械试验机型在19993年，研研制成功功低重心心SMW工法三三轴式成成墙施工工机械，借借助先行行单轴成成孔，使使SMW工法的的成墙深深度达到到65m。当年年还研制制成功伸伸缩式钻钻杆的低低高度SMW工法（STS）三轴轴式成墙墙施工机机械，成成墙深度度达到29.9m。从19994年开始始，开发发应用了了两种三三轴式矩矩形断面面成墙施施工机械械（称TMW工法与RMW工法）。在20000年,又开发发应用成成功低高高度、矩矩形断面面、能连连续成墙墙的横行行回转式式成墙机机械（称称PTR工法），由由利根公公司用于于SMW工法施施工（见见图6）。据有关资资料显示示，日本本SMW工法的的成墙机机械正向向着低高高度、大大深度或或连续成成墙施工工方向发发展。图6 横行回转式成墙机械2、各成成墙机械械的特点点（1）多多轴式SMW工法成成墙机械械钻杆驱动动动力在在钻杆的的上方，整整机的重重心比较较高；采采用电机机驱动、特特殊小尺尺寸大扭扭矩的行行星齿轮轮减速器器与一个个特殊齿齿轮传动动箱减速速；采用用钻杆输输浆，进进浆回转转接头在在特殊齿齿轮传动动箱的钻钻杆上方方；钻杆杆与钻杆杆、钻杆杆与钻头头的连接接采用六六角柱接接头加上上横向剪剪力销，前前者传递递工作转转矩，后后者传递递拉力，具具有承载载力大、拆拆装较快快的优点点，接头头间设密密封垫以以保证密密封；在在钻头或或钻杆上上安装连连接系板板以保证证钻头或或钻杆间间的距离离，防止止钻杆歪歪斜造成成搅拌叶叶相互干干涉而影影响正常常施工；多轴式式SMW工法成成墙机械械由36轴水泥泥土深层层搅拌机机悬挂在在三支点点履带式式打桩架架上，才才能进行行成墙施施工。日本3轴轴SMW工法深深层搅拌拌机的动动力装置置可分为为二类：一类是是3个动力力装置各各自驱动动一根搅搅拌轴，然然而组合合成36轴SMW工法成成墙机械械；另一一类是二二个动力力装置通通过分动动减速箱箱同时驱驱动三根根搅拌轴轴。前一一类搅拌拌机可根根据施工工现场供供电情况况及施工工单位配配套桩架架的能力力灵活组组合，轴轴间距也也可变化化，施工工适应性性广，而而且每根根搅拌头头的转速速与工作作转矩都都相同，可可使各轴轴的水泥泥土桩搅搅拌均匀匀。后一一类搅拌拌机三根根搅拌头头的转速速与工作作转矩有有三种关关系：一一种是三三根轴的的转速与与工作转转矩都相相同；另另一种是是左右二二根轴的的转速相相同但小小于中间间轴的转转速，而而它们的的工作转转矩大于于中间轴轴的转矩矩；再一一种是左左右二根根轴的转转速相同同但大于于中间轴轴的转速速，而它它们的工工作转矩矩却小于于中间轴轴的工作作转矩。钻头与钻钻杆的结结构形式式根据土土质不同同而有区区别，一一般粘性性土施工工时，钻钻头或钻钻杆上有有三层或或三层以以上搅拌拌叶与少少量螺旋旋叶片；在砂性性土施工工时，钻钻头或钻钻杆上的的螺旋叶叶片数量量大于搅搅拌叶片片。（2）链链锯式SMW工法成成墙机械械链锯式成成墙机械械一般由由履带式式移动底底盘、链链锯式切切削主机机与主机机横向移移动工作作门架三三部分组组成（见见图7）。其其工作原原理是插插入槽孔孔中的链链锯式切切削主机机作横向向移动时时，机内内有几个个出浆口口喷出水水泥浆，通通过驱动动装置使使切削链链条排转转动来切切削、混混合、搅搅拌土体体，形成成水泥土土，再在在搅拌好好的水泥泥土中插插入H型钢，形形成无接接缝的SMW工法壁式式地下连连续墙体体（见图图8）。图7 门型链锯式成墙机械链锯式成成墙机械械的成墙墙厚度与与深度由由不同的的机械型型号而定定，成墙墙厚度尺尺寸为450850mm，最大成成墙深度度已达47.5m，门型型式机型型的高度度只有7.555m高。链锯式成成墙机械械的特点点是：成成墙深度度大，整整机高度度低，稳稳定性好好；能横横行连续续施工成成墙，墙墙体防渗渗性好，施施工效率率高；墙墙体垂直直精度较较高，墙墙壁平整整无凹凸凸；由于于墙体成成矩形断断面，H型钢的的间距可可以自由由设置；适用于于粘性土土、砂质质土与砾砾质土。（3）低低重心三三轴式SMW工法成成墙机械械图8 链锯式成墙机械施工示意低重心SSMW工法成成墙机械械有下列列3种机型型：第一一种是三三轴深层层搅拌机机与三支支点履带带式打桩桩架组合合而成。一一般整机机高度17.921m，当采采用2节钻杆杆施工时时，其最最大成墙墙施工深深度为25.328m。施工工时，一一组3根钻杆杆与三轴轴动力头头装置和和钻头连连接，另另一组3根钻杆杆固定在在打桩架架立柱侧侧向的机机械手上上。当第第一组钻钻杆钻到到一定深深度时，先先固定钻钻杆，使使动力头头装置与与钻杆分分离，将将另一组组钻杆转转动到安安装位置置进行连连接，然然后继续续钻进施施工。特特殊的接接杆装置置与钻杆杆供给装装置使接接杆简便便、快速速。第二种是是特殊的的三轴深深层搅拌拌机与轨轨行式或或履带式式机架组组合而成成。整机机高度9.88m或5m。钻杆杆供给与与连接装装置同上上（见图图10）。第三种是是伸缩式式钻杆三三轴深层层搅拌机机与三支支点履带带式打桩桩架组合合而成。整整机高度度一般为为19.3m，采用3节伸缩缩式钻杆杆施工时时，其最最大成墙墙施工深深度达到到29.99m。钻杆杆伸缩固固定用销销定位，工工作时间间约10分钟。钻钻杆收缩缩时长14m，伸长长时长30.4m，三轴轴机动力力头装置置的驱动动总功率率90kkW（见图11）。图10 低重心轨行式SMW工法 成墙机械图11 低重心SMW工法 成墙机械图9 低重心SMW工法 成墙机械（4）三三轴式SMW工法矩矩形断面面成墙机机械三轴式SSMW工法矩矩形断面面成墙机机械有2种机型型：第一一种机型型是特殊殊的三轴轴深层搅搅拌机与与三支点点履带式式打桩架架组合而而成。其其特征是是钻头上上除了有有水平向向的搅拌拌叶外，在在钻头的的上部联联接了个侧向搅搅拌器，即即在钻杆杆轴线的的两侧（与与成墙面面平行）各各有一个个搅拌叶叶（见图图12）。这这种机型型有4500P与6000P二种种型号，成成墙厚度度尺寸为为500800mm。第二种机机型的特特征是：在钻头头上部联联接侧向向搅拌器器，其侧侧向搅拌拌叶在两两钻杆轴轴线的中中间两侧侧（与成成墙面平平行,见图13）。这这种机型型有三种种型号，成成墙厚度度尺寸为为4509000mm。这两种机机型的特特点是能能形成矩矩形断面面的水泥泥土墙体体，与原原来同样样搅拌直直径的三三轴式SMW工法成成墙机械械相比，其其施工的的墙体有有效厚度度大，H型钢能能任意设设置。图13 矩形断面SMW工法成墙机械2图12 矩形断面SMW工法成墙机械1（5）横横行回转转式SMW工法成墙墙机械日本最近近几年才才开发应应用的低低高度、矩矩形断面面、能连连续成墙墙的横行行回转式式SMW工法成成墙机械械，由履履带式移移动底盘盘或三支支点履带带式打桩桩架、回回转式切切削主机机与主机机横向移移动工作作门架三三部分组组成（见见图6），其其优点同同链锯式式成墙机机械。图14 横行回转式成墙机械施工现场其工作原原理是：当回转转式切削削主机作作横向移移动时，机机内有几几个出浆浆口喷出出水泥浆浆，通过过驱动装装置使主主机两侧侧的4根搅拌拌轴转动动来切削削、混合合、搅拌拌土体，形形成水泥泥土，再再在搅拌拌好的水水泥土中中插入H型钢，形形成无接接缝的SMW工法壁壁式地下下连续墙墙体（见见图14、图15）。连续成墙墙的回转转式SMW工法成成墙机械械，目前前有CX6650PPTR33O型专用用机、配配三点式式打桩架架的PD1135PPTR330型与开开发中的的PTRR40型。PTRR3O型的成成墙厚度度为550650mm，最大大成墙深深度30m，整机机的高度度分别是是7.55m与16.5m。PTRR4O型成墙墙厚度为为5500 mmm、6000 mmm、6500 mmm、7000 mmm、8000 mmm、850mmm6种规格格，最大大成墙深深度40m。图15 横行回转式成墙机械施工示意3、三轴轴深层搅搅拌机主主要技术术参数表1列出出了三轴轴深层搅搅拌机主主要技术术参数表1 三三轴式SMW工法水水泥土深深层搅拌拌机主要要技术参参数搅拌机型型号电机功率率输出轴转转速(r/minn)输出轴转转矩(ftt.m)动力头重量(tt)备注高速低速高速低速PAS-1200VARR45kWW×2399轴211.8266轴144.50.75轴1.34221.1255轴2.01777.6轴向距4450壁厚5550、600、6500PAS-1500VARR55kWW×2311.6轴466.2155.8轴233.11.1311轴0.77442.2622轴1.547710.55轴间距4450壁厚5550、600、6500PAS-2000VARR75kWW×2233.1轴355.3155.4轴233.52.11轴1.38113.1655轴2.074411.88轴向距6600壁厚7000以上PAS-2400VARR90kWW×234.99717.4481.67723.344611轴向距6600壁厚7000以上MAC-2400-330kWW×340.9920.440.7111.4226.9轴间距4450TMW-600075kWW×230151.62253.25511轴间距6600mmm壁厚6550、700、750、800、850、9000注：为左右右轴、轴为中间间轴四我国SSMW工法成成墙机械械的发展展方向目前我国国SMW工法的的成墙机机械只达达到日本本20世纪80年代的的水平，机机型单一一、整机机重心高高、成墙墙深度小小、H型钢的的间距不不能自由由设置、施施工效率率较低。为为了提高高我国SMW工法的的施工技技术，成成墙机械械应向着着“三高、三三低与三三多”方向发发展：“三高”既施工工高效率率、施工工墙体高高垂直精精度与高高止水性性；“三低”既机械械低重心心、施工工低成本本与低弃弃土量；“三多”既机械械型式多多样化、施施工工艺艺多样化化与适应应多种施施工土层层。参考文献献：1、 吕俊,黄黄书荣.多头搅搅拌水泥泥土防渗渗墙施工工工法.西部探探矿工程程,20002,(1):43345.2、 多头小直直径深层层搅拌桩桩机设备备简介.北京振振冲工程程股份有有限公司司.3、 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