淺析垂直鋪塑防滲技術中的開溝造槽施工工藝

摘要:目前，國內現有的防滲措施較多，如灌漿、深層攪拌樁和造槽等方法建造地下防滲墻。這些措施在一些水利工程中得以應用，但是工程投資較高。而垂直鋪塑防滲技術將塑料薄膜這一廉價的新型材料引入垂直防滲水利工程中，以期達到降低工程造價、滿足防滲要求的目的。本文簡單介紹了垂直防滲技術并對開溝造槽施工工藝進行了分析。

關鍵詞: 防滲；垂直鋪塑；施工工藝；開溝造槽

0引言

垂直鋪塑是20世紀80年代初開始研制發展起來的一項新的防滲技術，經十余年的發展和革新，該技術已日趨成熟并廣泛應用于水庫大壩和江河、湖泊大堤的防滲加固工程。

1開溝造槽機具的構造

垂直鋪塑防滲技術的關鍵是能否開出規則且連續的溝槽，為此對開溝造槽機械運轉方式進行了分析，每種開溝造槽機械主要由三部分組成:一是車體部分，二是反循環系統，三是破土開溝部分。這三種不同機型，僅在破土開溝部分有所不同，車體和反循環系統均相同。

1.1 車體部分

為開出連續溝槽，要求機械必須能夠連續行進，另考慮到水利工程施工現場情況不盡相同和運輸方便，將機械設計成為車型。車體的前后各設兩組車輪子，前輪與轉向盤連接，可自由轉向;由于車體較長，后輪做成活動的，可前后移動，當機械工作時，后輪放在車體尾部，以利運輸穩定。

車體框架由工字鋼焊接而成，破土開溝部分全部放在車體上，其前后兩端分別用鉸和一根鋼絲繩(提升繩)與車體聯接，當機械工作時，緩緩.放松提升繩，開溝裝置即可繞鉸向下轉動并開溝，當開溝深度達到設計要求時，由慢速卷揚機牽引整車前進，這樣就可開出連續規則的溝槽，達到造槽目的；當工作結束或轉移時，由提升繩將破土開溝裝置提出地面，即可用牽引車拖走。

1.2 反循環系統

破土裝置工作時，土體被切割破壞，土顆粒沿傾斜的工作面滑入槽底，為保證成槽，我們利用反循環系統將土粒吸出地面。反循環系統一般由吸口、吸管、砂礫泵(射流泵)、出碴管、注水(漿)泵等組成。

1.3 破土開溝部分

在組成開溝造槽機的三部分中，破土開溝部分是核心。由于三種機型工作方式不同。

2 刮板式開溝機

刮板式開溝機是專門為解決在砂礫石地層開溝造槽而提出的。砂礫石地層的特點是砂粒分散、無粘性、沉淀快、不能攪拌成漿、不易成槽。根據這些特點，設計制造了刮板式開溝機。

2.1 破土開溝裝置的結構

破土開溝裝置主要由鏈架、鏈條、刮刀、主動輪、從動輪及吸砂裝置等組成鏈架全長13.2米，鏈條采用鍋爐除碴鏈條或錨鏈，由主動輪驅動沿鏈架上的軌道轉動;鏈架末端設有從動輪，刮刀安裝在鏈條上，隨鏈條一起運動，吸砂裝置放在鏈架腔中，用來吸取槽底砂粒。

2.2開溝原理及工作程序

在砂礫石地層中開溝造槽必須設法將砂粒及礫石從溝槽中排出，本機排碴采用了兩種方式:一是利用刮刀將較大顆粒(如碎石)帶出地面；二是利用吸砂裝置將砂粒從溝槽中吸出，這兩種方法同時進行。工作程序是首先開動調速電機，由調速器控制鏈條由慢到快沿鏈架轉動，然后，再由提升卷揚機控制降落鏈架，通過刮刀的作用，將砂土刮出地面。當溝槽開至約1米深且不低于地下水位后，向槽中注入泥漿(泥漿由攪拌機攪成，由泥漿泵送入槽中，起固壁作用)。繼續下放鏈架，并保持漿面高度不變，開動吸砂裝置，直到設計深度。這時固定鏈架使其保持角度不變，由慢速卷揚機牽引，即可使開溝機開出連續溝槽。

3往復式機型

3.1破土開溝裝置的結構

破土開溝裝置主要由刀架、刀桿、傳動桿、刮刀、噴嘴等組成。

刀架由兩根中136毫米厚壁鋼管焊接而成，用來吊負刀桿。刀桿是一根直徑為136毫米厚壁鋼管，為加大其剛度，加焊一根槽鋼，它的后端用一個或兩個\"擺\"與刀架相連，前端經托架與傳動桿相連。刮刀和噴嘴安裝在刀桿下側，工作時刮刀用來切割土體，噴嘴用來噴射高壓水。整個開溝裝置的前端以鉸的形式與車體連接，后端用鋼絲繩與提升卷揚機連接，提升卷揚機控制刀架升降。

3.2破土開溝原理

機械在工作時，刀桿作往復運動，帶動刮刀不斷刮切土層;同時，由高壓水泵提供的高壓水經高壓水管和刀桿空腔從噴嘴射出，也在不斷的沖切土體。土體在刮刀和高壓水共同沖刮攪拌下，極細的粘粒經攪拌形成泥漿，起固壁作用:較粗顆粒及其他雜物沿工作斜面滑至槽底，經由反循環系統吸出。這樣就可形成一個槽壁規整光滑的溝槽。

3.3整機開溝程序

首先將機械就位于開溝軸線上，檢查各部件，環節是否正常。同時在機械后面人工開挖一深30-50厘米溝槽以排水。

開動高壓水泵向機內送水、緩緩下落刀架，使刮刀接觸工作面。起動主電機，帶動刀桿作往復運動。在高壓水和刮刀的共同作用下，隨著刀架的不斷下落，開溝深度逐漸加深。當溝內水深淹沒砂礫泵吸口后，啟動砂礫泵，直至溝深達到設計要求。這時開動慢速卷揚機牽引整車前進，一個連續規則的溝槽即被開出。

3.4施工中的問題分析

前輪鐵鞋的問題。將整機作簡化并分析受力如下，整機所受外力有三個:即自重G、支持力N和土體對刮刀的反力F。由于刀桿連續不斷作往復運動，所以土體對刮刀反力F的方向，有時向上，有時向下。

不難看出，由于車體安有輪子，阻力很小，當F方向向上時，其水平分力將使車體向前運動；當F方向向下時，車體將向后運動。結果導致刮刀插入土體中，無法切割土體，而只是車體做前后運動。為解決這一問題，必須將車輪子固定，即將車體固定，使其不能前后運動，這樣才能使刮刀產生往復運動切割土體。

固定輪子的措施是給前車輪穿上一雙\"鐵鞋\"。\"鐵鞋\"結構如圖所示，它分上下兩個蓋，下蓋與一8毫米厚鐵板連接，其前部微翹，以利于施工時前進，下蓋與鐵板之間設有加強撐，上下蓋用螺絲連接，箍住車輪。這樣，F的水平分力即可用\"鐵鞋\"與地面間磨擦力來平衡。

刮刀的制作與安裝問題。刮刀是本機的易損件，要求裝卸方便。本機刮刀行程為28厘米，每間隔28厘米在刀桿上固定一刮刀座，用螺絲將刮刀安裝在刮刀座上。為使刮刀鋒利、耐磨，我們將刮刀的一頭做一刀刃并經熱處理。刮刀座安裝時要求精確對直，以保證刮刀在同一直線上，這樣開出的溝槽槽壁才能光滑垂直。刮刀的寬度按照所開溝槽的寬度來確定，當用于鋪塑時，刮刀寬16-18厘米，即可滿足要求。當溝槽用于其它用途(如澆鹼防滲墻)時，溝槽要求寬，刮刀寬度可相應增加。我們在澆筑地下硅連續防滲(防沖)墻時，刮刀寬度為35厘米。

4旋轉式機型

4.1開溝原理

本機型的開溝原理不同于前兩種機型，它是利用平行于刀架的旋轉軸旋轉帶動刮刀刮土，被刮下的土體一部分被攪拌成泥漿，大部分由吸砂裝置服出地面以成構槽。

4.2破土開溝裝置結構

這種開溝裝置由刀架、旋轉軸、刮刀、支承座、吸砂裝置等組成，其總體旋轉軸由四根厚壁地質管制成，它的剛度大、撓度小。旋轉軸通過支承座與刀架聯接，以減小旋轉軸撓度，增加旋轉時的穩定性，經計算我們將支承座間距設計為1.5米，支承座與刀架用螺絲聯接，以利裝卸方便。

4.3工作程序

當機械全部就位后，由人工在刀架下落處開一深1米左右的溝槽，慢慢下放刀架，起動電機，這時旋轉軸即可在動力帶動下旋轉，并由刮刀開始刮土。

為使槽壁穩定，向槽中注入一定比重泥漿以起到固壁作用(泥漿由攪拌機攪拌，由泥漿泵注入槽中)。再起動吸砂裝置，將刮刀刮下的砂土吸出地面，同時補充槽內漿液，使液面保持略低于地面。當塑膜隨機鋪好后，為節約漿液，將出砂管置于機后10米處槽中。這樣不但能使漿液重新回流至槽中，而且能使被吸出的砂土回填溝槽，一舉兩得。當刀架下降至設計深度后，由慢速卷揚機牽引整車前進，這樣即可達到開溝鋪塑的目的。

參考文獻

[1] 王金生，垂直防滲墻新技術在長江重要堤防隱蔽工程中的應用，中國水利，2000

[2] 陳鴻飛，垂直鋪塑及其在堤防防滲處理中的應用.水利水電科技進展，2000