基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法

技术领域

本发明涉及连墙施工技术领域，具体为基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法。

背景技术

防渗(柔性)地连墙是利用钻冲孔机械(或配合抓斗)在松散透水地基或坝(堰)体中以泥浆护壁连锁桩柱孔，在槽(孔)内浇筑防渗材料或其他水泥和膨润土复合防渗材料筑成的具有防渗功能的地下连续墙。其具体原理如下：防渗工法是采用冲击钻(抓斗)为主要成孔及成槽机械并配合泥浆护壁以主孔和副孔交叉施工后批小墙形成连续槽体结构的施工工艺。

在华能烟台八角电厂“上大压小”新建取水泵房柔性地连墙及高压帷幕工程施工过程中，经过团队主要人员多轮分析比较，确定了目前影响施工成本和效率的主要问题：一是防渗地连墙主体材料成本较高，且传统防渗墙不好破拆；二是成槽设备交叉作业，移位频繁、施工设备间互相协调作业性能差。因此，发明基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法。

发明内容

鉴于上述和/或现有基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法，能够解决上述提出现有的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法，其包括具体步骤如下：

步骤一，施工准备；

步骤二，开挖沟槽；

步骤三，浇注导墙：现浇钢筋混凝土导墙，在导墙达到规定强度拆模后，应沿其纵向加设上下两道支撑以防导墙受压变形；

步骤四，回填导墙两侧：导墙施工完成后进行回填；

步骤五，轨道行走系统：导墙凝固后，在导墙的顶部设置轨道行走系统，设置后，使钻机驶进轨道行走系统上，以便钻机在钻孔时进行移动；

步骤六，槽孔建造：根据施工要求划分槽段，划分后，通过钻机进行钻孔，在钻孔的同时直接向槽孔内添加粘土，由冲击钻冲击孔内造浆，消除槽段成槽过程中因造浆、补浆造成的时间浪费，提高成槽效率；

步骤七，清孔换浆及验槽：成槽后进行验槽，检测合格后，使用循环泥浆对槽孔内泥浆进行置换、过滤，直至符合施工要求，过后，在每幅槽段内设置最少两根注浆管，然后，将钢筋笼置于槽内，其钢筋笼应与注浆管进行有效固定，且注浆管底应临时封闭，以防止地下连续墙防渗材料浇筑后注浆管发生堵塞，其中，可通过接头刷对注浆管内壁进行洗刷；

步骤八，防渗材料配置系统：利用防渗材料配置系统制备防渗材料；

步骤九，现浇柔性墙：将所制备的防渗材料浇筑在槽内，其中，为了防止地下连续墙的沉降，在防渗材料达到设计强度后方可采用提高压力进行墙底注浆；

步骤十，施工完毕。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述轨道行走系统包括：

两组相对的柔性刚；

钢块，两组所述柔性钢之间固定安装若干等距的钢块；

第一滑槽，每组所述钢块的内壁均开设第一滑槽；

第二滑槽，一组所述柔性钢的内壁开设第二滑槽。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述接头刷包括：

盒体；

混凝土，所述混凝土设在盒体的内腔；

钢丝，所述盒体的外表面设有若干钢丝；

U形杆，所述盒体的顶部固定安装U形杆。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述步骤八中防渗材料的制备原料包括：水泥、粉煤灰、膨润土、黏土、砂、水、矿渣粉、减水剂、碎石、小石。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述防渗材料配置系统包括：

称料组件，用于对防渗材料的制备原料进行称重；

第一输送带，用于对称重后的原料进行水平输送；

提升输送机，用于对称重后的原料进行水平输送；

上料组件，用于对输送的原料进行粉碎；

第一机架；

拌和组件，用于对原料进行搅拌；

第二输送带；

集料斗；

所述称料组件的下方设有第一输送带，所述第一输送带的一侧设有提升输送机，所述提升输送机上设有上料组件，所述第一机架的顶部设有拌和组件，且提升输送机的一侧设有拌和组件，所述拌和组件的下方设有第二输送带，所述第二输送带的一侧设有集料斗。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述称料组件包括：

两组侧板；

第一进料箱，所述第一进料箱固定安装在两组侧板之间；

第二进料箱，所述第二进料箱固定安装在第一进料箱的底部上；

第一支撑杆，所述第一进料箱的两端内壁均固定安装第一支撑杆；

第二支撑块，所述第二支撑块固定安装在两组第一支撑杆之间；

环形重量传感器，所述环形重量传感器固定安装在第二支撑块的内壁上；

称料斗，所述称料斗固定安装在环形重量传感器的内壁上；

第一阀门，所述称料斗的底端设有第一阀门。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述上料组件包括：

升降箱；

U形板，所述U形板固定安装在升降箱的顶端内壁上；

第二支撑杆，所述升降箱的顶端两侧均固定安装第二支撑杆；

第二支撑块，所述第二支撑块固定安装在两组第二支撑杆之间；

第一转轴，所述第一转轴通过轴承转动连接在第二支撑块上；

下料管，所述下料管固定安装在U形板的底端内壁上；

粉碎刀，位于所述下料管内腔的第一转轴上固定安装若干粉碎刀；

搅拌器，所述搅拌器固定安装在第一转轴的底端内壁上。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述上料组件还包括：

第一箱体，所述第一箱体固定安装在第二支撑块的顶部上；

第一伺服电机，所述第一伺服电机固定安装在第一箱体的内壁上，且第一伺服电机的输出轴与第一转轴固定连接。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述拌和组件包括：

混合箱；

第三支撑杆，所述混合箱的顶端两侧均固定安装第三支撑杆；

第三支撑块，所述第三支撑块固定安装在两组第三支撑杆之间；

第一空心管，所述第一空心管通过轴承转动连接在第三支撑块上；

进气管，所述第一空心管的底端内壁通过轴承转动连接进气管；

第二空心管，所述第一空心管的两端内壁均固定安装第二空心管；

伸缩杆，所述第二空心管的底端内壁固定安装若干伸缩杆；

弹簧，所述弹簧设在伸缩杆上；

升降板，所述升降板固定安装在伸缩杆的一端上；

出气管，所述出气管固定安装在第二空心管的一端侧壁上；

第二阀门，所述第二阀门设在出气管上。

作为本发明所述的基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法的一种优选方案，其中：所述拌和组件还包括：

第二箱体，所述第二箱体固定安装在第三支撑块的顶部上；

第二伺服电机，所述第二伺服电机固定安装在第二箱体的内壁上，且第二伺服电机的输出轴与第一空心管固定连接。

与现有技术相比：

1.本发明与传统地连墙和防渗墙最显著的区别在于柔性地连墙主体材料使用的是防渗材料，属于柔性材料，该柔性材料主体由膨润土和水泥浆构成，本发明采用的主体材料防渗材料水泥用量较低，并掺杂较多的膨润土、黏土等材料大流动性混凝土，它具有低强度、低弹模和大应变等特点，并且，由于水泥掺量少可大幅节约工程造价；

2.由于单机作业频繁使用吊车吊装钻机设备就位，设备交叉作业，移位频繁、施工设备间互相协调作业性能差，增加轨道行走系统很好的解决钻机施工时的移动、出渣及浇筑问题，同时针对海上作业工作面不足问题，通过研究进一步优化改进了一套单独适合狭窄场地的柔性地连墙成槽设备轨道行走系统，使钻机设备能适应狭窄场地要求顺利完成地连墙成槽、清孔及浇注工作，不仅质量达到设计及规范要求，安全、适用、环保方面也均有较大幅度提高，与此同时，还能够实现根据导墙的形状对轨道行走系统的形状进行对应的调节，提高了使用范围；

3.通过将正循环泥浆护壁工艺改良为非循环泥浆护壁工艺，针对新回填围堰堤身稳定性差、强透水、易塌槽、漏浆的特点，将传统的正循环泥浆护壁工艺改为非循环，撤除造浆池、泥浆循环池及循环管路，改为直接向槽孔内添加粘土，由冲击钻冲击孔内造浆，消除槽段成槽过程中因造浆、补浆造成的时间浪费，提高成槽效率；

4.通过设置拌和组件不仅能够实现对原料内部的不同位置进行搅拌的作用，还能够实现对混合箱底端的原料进行混合的作用，进而提高了混合效率，与此同时，还能够实现在原料的内部对原料进行加热，进而提高了加热效率；

5.通过设置上料组件，具有能够实现对原料进行初步混合，进而能够实现在拌和组件的基础上，在对原料进行混合，从而会进一步提高混合效率，节约时间。

附图说明

图1为本发明施工工艺流程图；

图2为本发明轨道行走系统正视示意图；

图3为本发明轨道行走系统结构示意图；

图4为本发明防渗材料配置系统整体结构示意图；

图5为本发明称料组件正视示意图；

图6为本发明上料组件正视示意图；

图7为本发明拌和组件正视示意图；

图8为本发明图7中A处结构放大示意图；

图9为本发明接头刷结构正视示意图；

图10为本发明接头刷俯视示意图；

图11为本发明防渗工法施工导墙及平台布置设计示意图；

图12为本发明地连墙槽孔初步划分图；

图13为本发明施工现场布置示意图。

图中：柔性钢11、钢块12、第一滑槽13、第二滑槽14、称料组件21、侧板211、第一进料箱212、第二进料箱213、第一支撑杆214、第二支撑块215、环形重量传感器216、称料斗217、第一阀门218、第一输送带22、上料组件23、升降箱231、U形板232、第二支撑杆233、第二支撑块234、第一转轴235、下料管236、粉碎刀237、搅拌器238、第一箱体239、第一伺服电机2391、提升输送机24、第一机架25、拌和组件26、混合箱261、第三支撑块262、第二箱体2621、第二伺服电机2622、第三支撑杆263、第一空心管264、进气管2641、第二空心管265、伸缩杆266、弹簧267、升降板268、出气管269、第二阀门2691、第二输送带27、集料斗28、盒体31、混凝土32、钢丝33、U形杆34。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供基于柔性材料防渗工法辅助轨道行走系统地连墙施工方法，请参阅图1-图13，包括具体步骤如下：

步骤一，施工准备；

步骤二，开挖沟槽；

具体为：用反铲挖掘机开挖，开挖后，进行人工修整，根据本工程实际情况采用冲击钻成槽，需在导墙上铺轨道满足冲击成槽工艺的要求，根据以往施工经验，导墙通常采用“倒梯形”、“倒L形”、“H形”等，导墙的形式根据柔性地连墙施工工艺而定，一般采用“倒L形”，由于工艺需要设置导浆沟、满足设备站位等施工平台，施工平台具体尺寸布置如图11所示；

步骤三，浇注导墙：现浇钢筋混凝土导墙，在导墙达到规定强度拆模后，应沿其纵向加设上下两道支撑以防导墙受压变形；

步骤四，回填导墙两侧：导墙施工完成后进行回填；

步骤五，轨道行走系统：导墙凝固后，在导墙的顶部设置轨道行走系统，设置后，使钻机驶进轨道行走系统上，以便钻机在钻孔时进行移动；

步骤六，槽孔建造：根据施工要求划分槽段，划分后，通过钻机进行钻孔，在钻孔的同时直接向槽孔内添加粘土，由冲击钻冲击孔内造浆，消除槽段成槽过程中因造浆、补浆造成的时间浪费，提高成槽效率；

具体为：

槽段划分：

防渗施工一般按两期划分施工：Ⅰ期槽、Ⅱ期槽段，具体长度宜根据现场实际特点确定，先施工Ⅰ期槽、后施工Ⅱ期槽；

I期槽和二期槽段成阶梯型落差为约1m，槽段长度在实际施工可根据具体情况予以调整，其原则是只要不塌孔，槽孔尽量长一些，这样有利于减少槽段接缝，保证施工质量的同时，也加快施工进度；

槽段长度一般为6.8m(以800mm后墙为例，三个主孔宽度为0.8m，两个副孔宽度为1.2m)，每个单元槽设5个孔，其中三个主孔，二个副孔如图12所示，槽孔分两期施工，柔性地连墙拐角处，应单独划分出一个槽段，并且至少有一边导墙向外延伸0.2～0.3m，单号单元槽为一期孔，双号单元槽为二期孔，一、二期槽孔连接用钻凿法套接，采用套打一钻的工艺，即在接头位置将一期孔钻凿一部分(约20cm)，然后重新浇注柔性防渗材料的方法，如图13所示，该方法经过类似工程得实践检验证明接缝处满足设计抗渗要求，是为最简单、最有效的槽段连接方式；

为满足现场施工要求，墙轴线中心两侧距离满足8m，为施工设备吊车及钻机卸渣用、换钻头施工，临时道路，罐车及材料运输等使用；

钻孔：

钻孔过程如下：

过程一，造孔前准备：钻机就位前，对所有设备电器、传动部分及其他零部件进行检修，并进行试运行，确保设备正常使用；

过程二，钻机就位：吊装钻机就位，检查孔位的正确性，做到就位准确，偏差符合规范要求，误差不大于20mm；

过程三，造孔：开孔时应采用轻锤、慢击，同时，调整复合钻机稳定性和稳固性，做到钻架周正、稳固，垂直度符合规定要求，待钻机稳定后，再连续锤击，并加大锤击能量，即要求开孔时慢进尺，进尺3m以后，正常锤击进尺，钻进过程中，时刻控制进尺速度，确保垂直度，并根据地层情况调整进尺速度；

其中，每一个槽孔一般是先施工主孔，后施工副孔，主、副孔相连成为一个槽孔，槽孔浇筑混凝土后成为一个单元墙段，主孔是一个个独立的钻孔，其直径等于墙厚，副孔就是两个主孔之间留下的位置，其宽度等于墙厚，其长度与地层性质有关，一般地层副孔长度L＝(1.0～1.25)d(d为主孔直径)，砂卵石地层L＝(1.2～1.5)d；

造孔过程中，时刻注意槽孔内的泥浆浆面应保持一定高度，一旦发生漏浆、塌孔、卡埋钻头等事故，要及时按照特殊情况处理措施进行处理；

造孔过程中，要经常检查孔斜情况，出现孔斜及时纠偏；

造孔过程中，根据不同的地层采取不同的施工措施，以提高工效；

造孔时，循环排出的泥浆，将其中的石渣清理出来，并观察石屑的特征，判断岩质，从而确定钻孔深度；

步骤七，清孔换浆及验槽：成槽后进行验槽，检测合格后，使用循环泥浆对槽孔内泥浆进行置换、过滤，直至符合施工要求，过后，在每幅槽段内设置最少两根注浆管，然后，将钢筋笼置于槽内，其钢筋笼应与注浆管进行有效固定，且注浆管底应临时封闭，以防止地下连续墙防渗材料浇筑后注浆管发生堵塞，其中，可通过接头刷对注浆管内壁进行洗刷；

步骤八，防渗材料配置系统：利用防渗材料配置系统制备防渗材料；

步骤九，现浇柔性墙：将所制备的防渗材料浇筑在槽内，其中，为了防止地下连续墙的沉降，在防渗材料达到设计强度后方可采用提高压力进行墙底注浆；

步骤十，施工完毕。

轨道行走系统包括：两组相对的柔性刚11、钢块12、第一滑槽13、第二滑槽14；

两组柔性刚11之间固定安装若干等距的钢块12，每组钢块12的内壁均开设第一滑槽13，一组柔性刚11的内壁开设第二滑槽14；

工作原理：在导墙为直线时，使轨道行走系统如图2、图3所示进行安装即可，在导墙为L形时，在导墙的拐角处使柔性刚11进行弯曲，直至柔性刚11的形状与导墙的形状相匹配，此时，将柔性刚11和钢块12固定在导墙上，进而能够实现能够根据导墙的形状对轨道行走系统的形状进行对应的调节。

接头刷包括：盒体31、混凝土32、钢丝33、U形杆34；

混凝土32设在盒体31的内腔，盒体31的外表面设有若干钢丝33，盒体31的顶部固定安装U形杆34；

工作原理：在需要对注浆管进行刷洗时，通过U形杆34使盒体31带动钢丝33进行旋转即可。

步骤八中防渗材料的制备原料包括：水泥、粉煤灰、膨润土、黏土、砂、水、矿渣粉、减水剂、碎石、小石；

其中，膨润土采用钠基或者钙基膨润土；

根据防渗要求，经过反复试验和验证，整理出以下三种防渗材料配合比，实践结果证明均符合设计及规范要求，根据工程所在地取材特点，可挑选使用；

防渗材料配合比1(无粗骨料)

防渗材料配合比2(有粗骨料只含大石)

防渗材料配合比3(有粗骨料大小石都含)

传统地连墙和防渗(柔性)地连墙对比表

通过上述用料对比，本发明采用的主体防渗材料水泥用量较低，并掺杂较多的膨润土、黏土等材料形成的大流动性复合防渗(柔性)材料，它具有低强度、低弹模和大应变等特点，由于水泥掺量少可大幅节约工程造价，配合比大量使用膨润土和黏土，符合国家“节能减排、绿色建筑”低碳的经济理念。

防渗材料配置系统包括：称料组件21，用于对防渗材料的制备原料进行称重、第一输送带22，用于对称重后的原料进行水平输送、提升输送机24，用于对称重后的原料进行水平输送、上料组件23，用于对输送的原料进行粉碎、第一机架25、拌和组件26，用于对原料进行搅拌、第二输送带27、集料斗28；

称料组件21的下方设有第一输送带22，第一输送带22的一侧设有提升输送机24，提升输送机24上设有上料组件23，第一机架25的顶部设有拌和组件26，且提升输送机24的一侧设有拌和组件26，拌和组件26的下方设有第二输送带27，第二输送带27的一侧设有集料斗28。

称料组件21包括：两组侧板211、第一进料箱212、第二进料箱213、第一支撑杆214、第二支撑块215、环形重量传感器216、称料斗217、第一阀门218；

第一进料箱212固定安装在两组侧板211之间，第二进料箱213固定安装在第一进料箱212的底部上，第一进料箱212的两端内壁均固定安装第一支撑杆214，第二支撑块215固定安装在两组第一支撑杆214之间，环形重量传感器216固定安装在第二支撑块215的内壁上，称料斗217固定安装在环形重量传感器216的内壁上，称料斗217的底端设有第一阀门218。

上料组件23包括：升降箱231、U形板232、第二支撑杆233、第二支撑块234、第一转轴235、下料管236、粉碎刀237、搅拌器238、第一箱体239、第一伺服电机2391；

U形板232固定安装在升降箱231的顶端内壁上，升降箱231的顶端两侧均固定安装第二支撑杆233，第二支撑块234固定安装在两组第二支撑杆233之间，第一转轴235通过轴承转动连接在第二支撑块234上，下料管236固定安装在U形板232的底端内壁上，位于下料管236内腔的第一转轴235上固定安装若干粉碎刀237，搅拌器238固定安装在第一转轴235的底端内壁上，第一箱体239固定安装在第二支撑块234的顶部上，第一伺服电机2391固定安装在第一箱体239的内壁上，且第一伺服电机2391的输出轴与第一转轴235固定连接。

拌和组件26包括：混合箱261、第三支撑块262、第二箱体2621、第二伺服电机2622、第三支撑杆263、第一空心管264、进气管2641、第二空心管265、伸缩杆266、弹簧267、升降板268、出气管269、第二阀门2691；

混合箱261的顶端两侧均固定安装第三支撑杆263，可根据需求在升降板268的底端内壁开设下料孔，第三支撑块262固定安装在两组第三支撑杆263之间，第一空心管264通过轴承转动连接在第三支撑块262上，第一空心管264的底端内壁通过轴承转动连接进气管2641，进气管2641具有输送热气的作用，第一空心管264的两端内壁均固定安装第二空心管265，第二空心管265的底端内壁固定安装若干伸缩杆266，弹簧267设在伸缩杆266上，升降板268固定安装在伸缩杆266的一端上，出气管269固定安装在第二空心管265的一端侧壁上，第二阀门2691设在出气管269上，第二箱体2621固定安装在第三支撑块262的顶部上，第二伺服电机2622固定安装在第二箱体2621的内壁上，且第二伺服电机2622的输出轴与第一空心管264固定连接。

工作原理：

流程一：将生产防渗材料所需的原料依次放入到称料斗217中，此时，环形重量传感器216上的数值则会发生变化，直至对应的原料重量达到所需的数值，过后，通过第一阀门218使原料经过第二进料箱213落入到第一输送带22上；

流程二：在原料落入到第一输送带22上后，则会在第一输送带22的作用下使原料落入到升降箱231中，当原料落入到升降箱231中时，其原料则会在U形板232中进行汇集并经过下料管236往下落去，此时，通过第一伺服电机2391使第一转轴235分别带动粉碎刀237和搅拌器238进行旋转，在粉碎刀237旋转时，则会对进入到下料管236中的原料进行进一步的粉碎，而在搅拌器238旋转时，则会对粉碎后的原料进行进一步的混合；

流程三：在原料落入到升降箱231中后，通过提升输送机24使升降箱231进行上升，以实现将原料输送至混合箱261中；

流程四：在原料落入到混合箱261中后，通过第二伺服电机2622使第一空心管264带动第二空心管265进行旋转，以实现能够对原料进行混合，与此同时，再通过进气管2641将热气注入到第一空心管264中，当热气注入到第一空心管264中后，其伸缩杆266则会进行伸长，此时，弹簧267处于形变状态，以实现能够对原料内部的不同位置进行搅拌，提高了混合效率，直至底部的升降板268与混合箱261的底端相接触，以实现能够对混合箱261底端的原料进行混合，进而避免出现无法对混合箱261底端的原料进行混合，在底部的升降板268与混合箱261的底端相接触后，停止注入热气，并启动第二阀门2691以使热气经过出气管269流入到原料内部中，以实现在原料的内部对其进行加热，提高加热效率，此时，则会在弹簧267的作用下使升降板268恢复至原位，如此循环，直至完成对原料的拌和；

步骤五：在对原料进行拌和后，通过第二输送带27使其流入到集料斗28中进行汇集。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。