CN105297702B - 一种真空预压深层侧向密封施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空预压深层侧向密封施工方法，其采用同步开槽铺塑一体机进行施工操作，可以实现成槽和铺塑的同步性。本发明密封体系的截水、截气性能良好，对解决深厚(覆)砂层、回填土以及吹填土的侧向密封性，构建立体密封体系起到积极作用。本发明可广泛应用于水运、公路和建筑工程等软地基处理中的真空预压深层侧向密封施工，与泥浆搅拌桩密封墙相比具有节省成本、施工速度快，无需后续二次处理密封墙位置等特点。

Description

一种真空预压深层侧向密封施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于防止水、气在水平方向渗透的深层侧向密封施工工法。

背景技术

近年来，随着沿海产业带的蓬勃兴起，建设用地短缺的问题日益突出。利用丰富的海滩资源进行围海造陆，已成为沿海地区解决土地资源紧缺矛盾、拓展生存生产空间的重要途径。目前，围海造陆工程普遍采用“围堰(埝)→吹填淤泥(砂)→真空(或联合堆载)预压”形成模式。真空预压排水固结法作为一种经济、有效的软基处理方法，在围海造陆工程中得到广泛应用。

密封系统是真空预压排水固结法的重要组成，即采用某种工艺对预压加固区域表面和四周形成封闭，使之不透气(水)，以防止真空度损失，保证加压系统产生的荷载能持久稳定地作用于加固区，是真空预压加固取得加固效果的关键措施。相对于较为成熟的表面密封技术(铺设密封膜)，真空预压深层侧向密封技术受地质条件影响较大，仍需技术提升。常规深层侧向密封技术主要有开挖密封沟、泥浆搅拌墙、垂直侧向插塑、注浆法、钢板桩法、高压旋喷桩法等，其中最常用的是泥浆搅拌墙。其密封机理：泥浆搅拌墙的土性为淤泥混砂，通过淤泥和砂的按比例拌合，颗粒进行重新组合，黏粒充填到砂之间的空隙，形成颗粒较不均匀、级配良好的土，大大降低了砂层的渗透系数，切断了加固区内外的透水(气)层的联系，使墙体满足真空预压侧向密封性的需要。

大量的实践使泥浆搅拌墙在真空预压深层侧向密封技术的开发和应用取得了长足的进步，但是在应用中也发现存在一些问题，主要涉及搅拌墙本身密封性以及人工踩膜深度方面的限制等。再者对于相邻区块抽真空时，共用的搅拌墙尚未完全固结，承受来自两侧的真空吸力作用，高含水量的墙体失水，细颗粒被抽至附近土层或砂层，搅拌墙表层将沉陷，并形成较深的空洞，共用密封墙处的密封膜易拉裂，特别是当采取联合堆载前需及早处理。

由于泥浆搅拌墙存在踩膜深度不足的缺点，传统开槽设备同样存在机械设备大、成本高以及开槽铺塑同步进行不协调等问题，因此，为解决面大、量广、低成本的真空预压深层测向密封的渗漏问题，需要研究一种新的施工工艺，来进行真空预压深层侧向密封施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现真空预压深层侧向密封要求的连续成槽铺塑施工工艺方法。对于处理深厚(覆)砂层、回填土以及吹填土软地基真空预压侧向密封施工均可适用。

本发明通过以下技术手段实现上述发明目的：一种真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于采用同步开槽铺塑一体机进行施工操作，

所述同步开槽铺塑一体机包括行走履带、为同步开槽铺塑一体机提供动力的液压系统、开槽机构及铺塑机构，

所述开槽机构包括一钻杆，及

一液压臂，所述液压臂一端铰接于钻杆另一端铰接于液压系统，所述液压臂控制钻杆的升降高度及俯仰角度，及

注浆系统，所述注浆系统包括设置于钻杆头部的注浆口、输浆泵和连接于注浆口与注浆泵之间的输浆管，及

排砂系统，所述排砂系统包括抽浆泵及抽砂管；

所述铺塑结构包括铺塑卷筒、双齿轮传动装置、卷筒升降电机及铺塑电机，所述双齿轮传动装置左右对称地设置于铺塑卷筒两侧，铺塑卷筒固定连接于一定位架且铺塑卷筒装设有土工防渗膜卷，定位架的两端分别固定连接于两侧齿轮传动装置的齿条，所述卷筒升降电机驱动左右两侧的双齿轮传动装置中的主动轮相向转动，从而驱使铺塑卷筒竖直地上升或下降；所述铺塑电机驱动铺塑卷筒旋转从而使土工土工防渗膜从铺塑卷筒外表面舒展开来；

所述施工操作步骤如下：

1)确定施工区域各边密封墙的成槽轴线控制点，将控制点延伸至密封墙以外区域；

2)泥浆配置；

3)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿密封墙轴线进行竖直方向的导孔施工，每边密封墙钻设若干导孔；

4)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿步骤3中的施工好的导孔下钻并切削成槽的方式进行连续成槽；

5)排砂注浆，采用相互独立的排砂和注浆系统，在螺旋钻机钻进的时候开启注浆泵，减少钻进过程中的阻力以及泥浆护壁，同时在施工一定长度的槽段后用排砂泵抽走槽段内残留的砂、石等残渣；

6)采用双齿轮传动装置将铺塑卷筒压入已清理完成的槽段内，同时开启牵引钢丝卷筒，将铺塑卷筒压入设计标高的位置，然后固定牵引钢丝；将塑膜放松一段，将塑膜起始端固定杆插入槽段底端固定，开动铺塑电机，然后通过铺塑电机的转动使卷绕于铺塑卷筒表面的土工防渗膜沿槽段的竖直壁面舒展铺入槽段的泥浆中；

7)重复步骤3～6连续成槽、铺塑，保证成槽铺塑的同步性；

8)已施工段密封墙补浆维护，铺设完后在槽段内灌充泥浆、沉淀，并多次循环施工；

9)在真空预压铺设密封膜后，将密封膜粘贴在槽段中的土工防渗膜上，并踩入切槽内一定深度。

当铺设土工防渗膜时，前一筒卷膜用尽需要使用后一筒卷膜时，以前一筒卷膜结束的位置为起点，将所述同步开槽铺塑一体机后退一段距离，新施工一槽段且与已铺塑成槽段缓和相交，重新下压铺塑卷筒至设计标高，在与槽内前一卷膜搭接一段长度的某一位置作为新膜起铺点，插入固定杆开始铺设后一筒卷膜。

后一卷膜与前一卷膜搭接重叠的距离为2～3米。

所述槽段的槽宽为0.3～0.5m，且成槽的最小宽度比铺塑卷筒的最大宽度至少大0.1m。

所述导孔直径为0.3～0.5m，所述步骤4是施工若干个导孔使之形成一段连续的槽段，成槽施工时微调螺旋钻杆的俯仰角度，通过上提和下搅的来回往复运动来实现螺旋钻杆对槽壁砂土体的切削。

所述泥浆配置采用新鲜优质膨润土泥浆，使用200目商品膨润土、分散剂配制泥浆，泥浆比重约为1.35～1.45，在成槽施工中，槽内泥浆液面与槽段顶面距离大致200mm，成槽施工完成时，泥浆液面不低于导墙顶面30cm，经砂泵排出的泥浆在处理后循环用于槽壁护壁。

排砂注浆：排砂和注浆为两个独立的系统，在施工过程中相互配合工作，钻孔施工的同时开启注浆泵注浆边切削砂石土体边注浆，在切削砂石土体过程中，及时开启砂石泵，排出切削过程中落入槽段内的砂石，迅速清理残渣和余浆。

本发明密封体系的截水、截气性能良好，对解决深厚(覆)砂层、回填土以及吹填土的侧向密封性，构建立体密封体系起到积极作用。本发明可广泛应用于水运、公路和建筑工程等软地基处理中的真空预压深层侧向密封施工，与泥浆搅拌桩密封墙相比具有节省成本、施工速度快，无需后续二次处理密封墙位置等特点。

附图说明

图1是本发明中同步开槽铺塑一体机的立面结构示意图；

图2是铺塑机构的结构示意图。

图3是是铺塑卷膜搭接的俯向示意图；

图4是铺塑卷膜搭接的立面示意图；

图5是密封膜与土工防渗卷膜搭接图。

图1中：1行走履带，2牵引钢丝，3卷筒升降电机，4铺塑卷筒，4.1定位架，5双齿轮传动装置，6铺塑电机，7桁架，8排砂管，9螺旋钻杆，10注浆口，11行走电机，12输浆管、13液压臂、14防渗膜卷、15已开槽铺塑段、16第二卷膜开始铺塑点、17第二卷膜固定点、18第一、二卷膜搭接点、19第一卷膜、20第二卷膜、21真空预压处理区、22槽内泥浆、23土工防渗膜、24真空预压密封膜、25密封膜与卷膜搭接。

具体实施方式

本发明的真空预压深层侧向密封施工方法，采用如下的同步开槽铺塑一体机，如图1～2所示，为本发明的用于深层侧向密封施工的开槽铺塑一体机，主要包括机架、行走履带1、液压系统、开槽机构及铺塑机构。

机架用于固定及支承各部件，机架上还设置有桁架7。

所述液压系统为同步开槽铺塑一体机提供液压动力，例如为开槽机构的升降及改变角度提供动力、为铺塑机构的升降及铺塑操作提供动力，还可以为整机的行走提供动力。

所述开槽机构包括螺旋钻杆9，液压臂13、注浆系统和排砂系统。液压臂13一端铰接于螺旋钻杆9另一端铰接于液压系统的活塞杆，通过活塞杆的伸缩，改变液压臂13的俯仰角度从而改变螺旋钻杆9的升降高度及俯仰角度。螺旋钻杆9的两侧配有圆形或方形滑道作为动力头，动力头可沿滑道上下滑动且可拆卸。动力头下采用螺口与螺旋钻杆连接。通过动力头可实现螺旋钻杆的竖向行进，整机的行走带动螺旋钻杆的水平向运动。注浆系统包括设置于螺旋钻杆头部的注浆口10、输浆泵和连接于注浆口10与注浆泵之间的输浆管12。排砂系统包括抽浆泵(图中未示出)及抽砂管8。抽砂管8固定于一横杆，该横杆固定连接于桁架7。

所述铺塑结构包括铺塑卷筒4、双齿轮传动装置5、卷筒升降电机3及铺塑电机6。双齿轮传动装置5固定于桁架7两侧，其由两组链传动装置构成，每组链传动装置包括主动轮、被动轮和传动齿条。两组链传动装置左右对称地设置于铺塑卷筒4的两侧。铺塑卷筒4固定连接于一定位架4.1，定位架4.1的两端分别固定连接于两侧齿轮传动装置的齿条。卷筒升降电机3驱动两组链传动装置中的主动轮向双反方向同步转动，从而驱使铺塑卷筒平稳竖直地上升或下降。所述铺塑卷筒为中空圆筒，土工防渗膜卷绕收纳于圆筒内腔，圆筒筒壁开设有供土工防渗膜从圆筒内腔向外舒展出来的狭槽，土工防渗膜的起始端设置有一膜起始端固定杆。当膜起始端固定杆固定插于土体中后，行走履带一边行走，铺塑电机6一边驱动铺塑卷筒内轴转动，从而使铺塑卷筒旋转，土工防渗膜从铺塑卷筒外表面舒展开来。

卷筒升降马达3为液压驱动马达，固定于桁架7的底部。卷筒升降马达3的主油管和回油管分别与液压系统油缸的进出油管相连。

利用上述同步开槽铺塑一体机进行真空预压软地基处理技术的深层侧向密封施工工法，其施工工艺流程如下：

1)采用全站仪、水准仪或GPS等测量设备，根据设计分区边界角点，确定各边密封墙的轴线控制点，组成轴线控制网，将控制点延伸至成槽施工影响范围以外的区域上；首先进行施工前的工作，准备好设计交底、技术交底、设备、人员、材料、施工用水、电等。

2)泥浆配置，本法使用的泥浆宜采用新鲜优质膨润土泥浆，如使用200目商品膨润土、分散剂等配制泥浆，可根据实际情况和设计要求进行配制或调整，泥浆比重不小于1.35，确保泥浆性能指标均应符合国家规范、地方规范和设计的规定，并需经采样试验，达到合格标准的方可投入使用，用泥浆进行护壁，保证槽壁稳定。泥浆的储备量不得低于单元槽段体积的1.2～2倍。同时在成槽作业工程中，槽内泥浆液面保持在不致外溢的最高液面，暂停施工时，浆面不应低于导墙顶面30cm。经砂泵排出的泥浆在处理后可循环用于槽壁护壁。

3)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿密封墙轴线进行竖直方向的导孔施工，每边密封墙钻设若干导孔，为后续连续切削开槽施工调整钻杆的俯仰角度提供空间，以利后续成槽施工及铺塑卷筒的下沉；

4)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿步骤3中的施工好的导孔下钻并切削成槽的方式进行连续成槽，微调螺旋钻杆的俯仰角度，通过上提和下搅得来回往复运动来实现螺旋钻杆对槽壁砂土体的切削，以形成连续的槽段，槽的深度根据满足设计要求的密封性来确定；槽的宽度不小于0.3m，成槽的最小宽度要比铺塑卷筒的最大宽度至少大0.1m。施工过程中要始终保持泥浆液面高度，液面离槽段顶面距离约200mm。在成槽过程中，应根据成槽设备对螺旋钻杆用经纬仪测试垂直度，跟踪纠偏，使垂直度控制在<1.5/100。成槽过程中由成槽机自行扫孔，结合砂石泵排渣，以更多的清除砂石。

5)排砂注浆，采用相互独立的排砂和注浆系统，在螺旋钻机钻进的时候开启注浆泵，减少钻进过程中的阻力以及泥浆护壁，同时在施工一定长度的槽段后用排砂泵抽走槽段内残留的砂、石等残渣；排砂和注浆为两个独立的系统，在施工过程中相互配合工作。钻孔施工的同时开启注浆泵注浆边切削砂石土体边注浆，在切削砂石土体过程中，及时开启砂石泵，排出切削过程中落入槽段内的砂石，迅速清理残渣和余浆。切削砂石土体的同时进行注浆可以对土体原有结构进行扰动，减少粘结力和摩擦力，同时对钻头进行一个润滑作用，有事半功倍的作用。

6)在开槽一定长度后(约2.0～4.0m)，满足铺塑卷筒下沉的施工作业空间即可开始卷筒就位施工，采用双齿轮传动装置将铺塑卷筒压入已清理完成的槽段内，同时开启牵引钢丝卷筒，牵引钢丝由固定在设备机座上的卷筒和钢丝绳与铺塑卷筒底端柔性连接，在铺塑卷筒压入槽内到设计深度后用制动装置将钢丝绳固定，以减少铺塑装置行进过程中的挠曲变形。将铺塑卷筒压入设计标高的位置，然后固定牵引钢丝；将塑膜放松一段，将塑膜起始端固定杆插入槽段底端固定，开动铺塑电机，然后通过铺塑电机的转动使卷绕于铺塑卷筒表面的土工防渗膜沿槽段的竖直壁面舒展铺入槽段的泥浆中；如图1所示，牵引钢丝2由固定在设备机座上的卷扬机和钢丝绳与铺塑卷筒底端柔性连接，在铺塑卷筒压入槽内到设计深度后将钢丝绳固定，为其减少行进过程中的挠曲变形。

7)重复步骤3～6连续成槽、铺塑，保证成槽铺塑的同步性；

8)已施工段密封墙补浆维护，铺设完后在槽段内灌充泥浆、沉淀，并多次循环施工；

9)在真空预压铺设密封膜后，将密封膜粘贴在槽段中的土工防渗膜上，并踩入切槽内一定深度。

当铺设土工防渗膜时，前一筒卷膜用尽需要使用后一筒卷膜时，以前一筒卷膜结束的位置为起点，将所述同步开槽铺塑一体机后退一段距离，新施工一槽段且与已铺塑成槽段缓和相交，重新下压铺塑卷筒至设计标高，在与槽内前一卷膜搭接一段长度的某一位置作为新膜起铺点(例如前一卷膜与后一卷膜的搭接长度不小于2.0米)，插入固定杆开始铺设后一筒卷膜。在铺塑过程中严禁卷膜张拉过紧，尽量保持松弛状态。

按照上述步骤连续施工，保证成槽和铺塑的同步性。

Claims (7)

1.一种真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于采用同步开槽铺塑一体机进行施工操作，

所述同步开槽铺塑一体机包括行走履带、为同步开槽铺塑一体机提供动力的液压系统、开槽机构及铺塑机构，

所述开槽机构包括一钻杆，及

一液压臂，所述液压臂一端铰接于钻杆另一端铰接于液压系统，所述液压臂控制钻杆的升降高度及俯仰角度，及

注浆系统，所述注浆系统包括设置于钻杆头部的注浆口、输浆泵和连接于注浆口与注浆泵之间的输浆管，及

排砂系统，所述排砂系统包括抽浆泵及抽砂管；

所述铺塑结构包括铺塑卷筒、双齿轮传动装置、卷筒升降电机及铺塑电机，所述双齿轮传动装置左右对称地设置于铺塑卷筒两侧，铺塑卷筒固定连接于一定位架且铺塑卷筒装设有土工防渗膜卷，定位架的两端分别固定连接于两侧齿轮传动装置的齿条，所述卷筒升降电机驱动左右两侧的双齿轮传动装置中的主动轮相向转动，从而驱使铺塑卷筒竖直地上升或下降；所述铺塑电机驱动铺塑卷筒旋转从而使土工土工防渗膜从铺塑卷筒外表面舒展开来；

所述施工操作步骤如下：

1)确定施工区域各边密封墙的成槽轴线控制点，将控制点延伸至密封墙以外区域；

2)泥浆配置；

3)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿密封墙轴线进行竖直方向的导孔施工，每边密封墙钻设若干导孔；

4)采用同步开槽铺塑一体机的螺旋钻杆沿步骤3中的施工好的导孔下钻并切削成槽的方式进行连续成槽；

5)排砂注浆，采用相互独立的排砂和注浆系统，在螺旋钻机钻进的时候开启注浆泵，减少钻进过程中的阻力以及泥浆护壁，同时在施工一定长度的槽段后用排砂泵抽走槽段内残留的砂、石残渣；

6)采用双齿轮传动装置将铺塑卷筒压入已清理完成的槽段内，同时开启牵引钢丝卷筒，将铺塑卷筒压入设计标高的位置，然后固定牵引钢丝；将塑膜放松一段，将塑膜起始端固定杆插入槽段底端固定，开动铺塑电机，然后通过铺塑电机的转动使卷绕于铺塑卷筒表面的土工防渗膜沿槽段的竖直壁面舒展铺入槽段的泥浆中；

7)重复步骤3～6连续成槽、铺塑，保证成槽铺塑的同步性；

8)已施工段密封墙补浆维护，铺设完后在槽段内灌充泥浆、沉淀，并多次循环施工；

9)在真空预压铺设密封膜后，将密封膜粘贴在槽段中的土工防渗膜上，并踩入切槽内一定深度。

2.根据权利要求1所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：当步骤6铺设土工防渗膜时，前一筒卷膜用尽需要使用后一筒卷膜时，以前一筒卷膜结束的位置为起点，将所述同步开槽铺塑一体机后退一段距离，新施工一槽段且与已铺塑成槽段缓和相交，重新下压铺塑卷筒至设计标高，在与槽内前一卷膜搭接一段长度的某一位置作为新膜起铺点，插入固定杆开始铺设后一筒卷膜。

3.根据权利要求2所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：后一卷膜与前一卷膜搭接重叠的距离为2～3米。

4.根据权利要求1所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：所述槽段的槽宽为0.3～0.5m，且成槽的最小宽度比铺塑卷筒的最大宽度至少大0.1m。

5.根据权利要求1所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：所述导孔直径为0.3～0.5m，所述步骤4是施工若干个导孔使之形成一段连续的槽段，成槽施工时微调螺旋钻杆的俯仰角度，通过上提和下搅的来回往复运动来实现螺旋钻杆对槽壁砂土体的切削。

6.根据权利要求1所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：所述泥浆配置采用新鲜优质膨润土泥浆，使用200目商品膨润土、分散剂配制泥浆，泥浆比重为1.35～1.45，在成槽施工中，槽内泥浆液面与槽段顶面距离大致200mm，成槽施工完成时，泥浆液面不低于导墙顶面30cm，经砂泵排出的泥浆在处理后循环用于槽壁护壁。

7.根据权利要求1所述的真空预压深层侧向密封施工方法，其特征在于：排砂注浆：排砂和注浆为两个独立的系统，在施工过程中相互配合工作，钻孔施工的同时开启注浆泵注浆边切削砂石土体边注浆，在切削砂石土体过程中，及时开启排砂泵，排出切削过程中落入槽段内的砂石，迅速清理残渣和余浆。