防渗墙的成墙机械及其发展

防渗墙的成墙机械及其发展

黄均龙

(上海隧道工程股份有限公司技术中心，上海 200233)

[摘要]本文结合我国长江堤防建设中的防渗墙工程，介绍了我国自主开发的几种薄型防渗墙施工工艺与设备及由日本开发的SMW工法成墙机械，并提出了我国SMW工法成墙

机械的发展方向。

[关键词]防渗墙、成墙工艺、成墙机械、发展方向

一、引言

长江堤防工程中的防渗墙施工是长江堤防建设中的一个极为重要的地下隐敝工程。据历年的统计资料显示，洪水期间长江干堤所发生的重大险情，一半以上是由于堤基渗水、管涌原因而造成溃堤事故。为了适应堤防建设的需要，各种薄型防渗墙造墙设备纷纷研制出来，使防渗墙的厚度从过去的60～100cm减小到30cm，适应不同土层，提高了工程质量，加快了施工进度，使防渗墙的造价由传统方法的每平方米600～800元/ m2降低到现在的170～250元/ m2，取得了良好的社会效益与经济效益。

与堤防工程防渗墙施工类似的深基坑支护SMW工法虽然在上海、南京二地得到了推广应用，但在深基坑支护施工中，一般都采用了机械性能较好的日本早期开发的三轴机施工机械与配套的进口履带式打桩架，设备投入与使用台班费较高，使得这种深基坑支护工法在一般中小型施工企业中难以采用，影响了SMW工法在我国其它软土地区的推广应用；且在成墙深度、施工效率等方面与现在日本壁式SMW工法等先进成墙机械相比，还存在着一定的差距。

二、薄型防渗墙施工工艺与施工设备

江河堤防治理中的防渗墙一般要求墙体厚度小、渗透系数低、柔性强、耐久性好与单位面积造价低。防渗墙施工有多头小直径深层搅拌水泥土、锯槽法、链斗法、薄型抓斗、射水法和振动沉模等成墙工艺。

1、多头小直径深层搅拌水泥土成墙工艺与施工设备

多头小直径深层搅拌桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌，使土体与水泥浆液混合固结成—组水泥土桩，桩与桩搭接形成水泥土防渗墙。

多头深层搅拌桩机有三头、四头、五头、六头之分，多头桩机成墙效率高，搭接施工能保证墙体的连续性和完整性。为了确保成桩垂直度，桩机设有偏斜自动报警系统；还配备喷浆记录仪，自动记录打印喷浆量，确保水泥浆液按设计要求均匀连续输送。

目前，六头深层搅拌桩机的钻头直径为O.3～0.45m，成墙有效厚度0.22～O.3m，一般成墙最大深度18m，水泥土渗透系数：<10-6cm/s、抗压强度：>0.3MPa。其优点是施工简便、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、锯槽法成墙工艺与施工设备

在先导孔中，锯槽机的刀杆以一定的倾角一边作上下往复切割运动，一边以0.8～1.5m/h的速度(根据地层状况)向前移动开槽；被锯割切削下来的土体可由反循环排渣系统或正循环方式排出槽外，并采用泥浆护壁。当成槽长度达6～11m时，使用土工布隔离体将槽隔离为开槽段与混凝土浇筑段，然后进行清孔、浇筑塑性混凝土，形成槽宽为0.2～0.3m的防渗墙体。

锯槽机由行走底盘、动力及传动系统、刀杆及支架加压系统、排渣系统、起重设施及电气控制系统组成；传动方式有机械式与液压式两种锯糟机。以不同规格的刀杆进行组合，开槽宽度达到0.2～0.5m、深度达到40m。

锯槽法的优点是连续成槽、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、链斗法成墙工艺与施工设备

由链斗式开槽机排柱上的旋转链斗取土，同时将斜放的排柱下放到成墙深度，然后开槽机前进开挖沟槽，并采用泥浆护壁，其浇筑混凝土方法类似锯槽法成墙。

在开槽时，也可同步在沟槽内铺设塑料薄膜和回填设计要求的材料。经过填料的湿陷固结，形成以塑料薄膜为主要墙体材料的、厚度达0.3m复合薄壁防渗墙。

链斗式开槽机的开槽宽度为16～50cm，深度可达10～15m。适应于粘土、砂土和粒径小于槽厚的、含量小于30%的砂砾石地层。

4、薄型抓斗成墙工艺与施工设备

采用斗宽为0.3m的薄型抓斗进行挖土开槽，泥浆护壁，浇筑塑性混凝土或采用自凝灰浆，形成薄壁防渗墙，最大成墙深度可达40ｍ。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、射水法成墙工艺与施工设备

射水法成墙机设备主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机成型器内喷嘴，射出高速水流来切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔形成后，浇筑水下混凝土或塑性混凝土形成薄壁防渗墙。

施工相邻墙体的槽孔时，用成型器的侧向喷嘴冲洗巳成墙体的槽孔侧壁进行连接，墙体间的接缝质量好。

造孔机一次成槽长为1.5～2m，成墙厚度为0.22～0.45m，深度可达30m，成墙垂直精度可达1/300，适应于粘土、砂土和粒径小于100mm的砂砾石地层。

三、SMW 工法成墙机械

1、发展过程

最早的水泥土桩搅拌机械是美国在二次大战后研制成功，它是一种带有齿状切土器和搅拌叶片的特殊螺旋钻，其钻杆是空心的，钻入地层后，随着它不断旋转，其底端能不断喷出水泥浆液，经叶片与周围土体强行搅拌而制成水泥土桩，桩径0.3～0.4m ，长度10～12m 。该技术当时在美国命名为就地搅拌法，简称MIP 工法。

1954年日本从美国引入MIP 工法，1967年日本港湾技术研究所开始研制石灰搅拌施工机械。随着日本的经济腾飞和大型软土地基加固工程及大量地下防渗墙工程的需要,又开发出一种双轴水泥土深层搅拌机（见图1）。

日本从1971年开始用单轴或双轴水泥土深层搅拌机施工连续搭接排列的水泥土搅拌桩防渗墙，并在墙中插入钢管或H 型钢，形成早期SMW 工法的MIP 柱列式地下连续墙，但存在着桩与桩的搭接质量难以保证、施工效率低的缺点。

1976年日本成幸工业株式会社与日本竹中土木株式会社分别研制出3轴与4轴水泥土深层搅拌机（见图2），成桩直径一般在0.45～0.65m ，并用于SMW 工法，提高了 SMW 工法的一次成墙面积、施工效率、墙身垂直度与止水性，使SMW 工法在日本得到了迅速、广泛的普及与应用，还开发出5～6轴的SMW 工法成墙施工机械（见图3、图4）。

1992年北辰工业株式会社研制试验成功链锯式成墙机械（称TRD

工法）

，于

1993年由大成建设公司用于SMW 工法施工（见图5）。

在1993年，研制成功低重心SMW 工法三轴式成墙施工机械，

借助先行单轴成孔，使SMW 工法的成墙深度达到65m 。当年还研制成功伸缩式钻杆的低高度SMW 工法（STS ）三轴式成墙施工机械，成墙深度达到29.9m 。