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［关键词］ 防渗墙 振动成孔 振孔高喷 振动沉模 振动沉板 振动切槽 振动切喷

 

1 前言

 

机械振动是一种频繁的、幅度不大的机械波动。它是材料加工和工程施工中使用的一系列高效方法的基础。

 

在建筑工程中利用振动，可使被振动的材料获得新的性质。例如：在工程施工中，振动作用将大大减弱材料颗粒之间，或土体、其他材料与其插入物之间的摩擦力，可降低到最小值；振动沉拔桩机利用振动将预制桩轻松振入土层；振动压路机使各类回填土变得很密实；在混凝土工程中，振动棒使混凝土变得密实，不出现空洞等。振动可以成倍、甚至十几倍提高工作效率，大大减轻劳动强度，具有巨大的经济效果。

 

近些年来，冲抓成墙仍是水利水电防渗墙施工中的主要方法。但同时也有很多新方法、新工艺飞速发展，特别是薄防渗墙技术，在设计可能情况下大有替代厚防渗墙的趋势。降低施工成本方面，利用振动原理施工防渗墙最具代表性。

 

2 振动方法施工防渗墙的原理

 

2.1 振动的效能

 

桩打入土中，须要克服桩端阻力和桩侧摩阻力，其中桩侧摩阻力为主要因素，且随打入深度增加而明显增大。例如：冲击式打桩机在振动沉桩法施工时，振动锤将振动传给桩，震动作用大大减小了桩侧与土体间的摩擦，仅桩端阻力起作用。这种情况下，仅需增加桩与振动锤自重之和的几分之一甚至十几分之一的外力，就能将桩沉入。

 

2.2 振动参数

 

振动靠激动力产生振幅，完成振动所要作的功。当激动力无法带动大质量桩管，振幅微弱时，桩便很难沉入土中。

 

振动分强迫振动与自由振动，任何物体自身都有自由振动。自由振动就是物体要保持自身平衡的一种力量。如果自由振动频率与强迫振动频率大致相同，便会引发共振，振幅变大。

 

当振动沉拔桩机的强迫振动频率（fr）与各类土层的自由振动频率（f0）的比值：fr/f0=1～1.5时，就会形成共振，共振时土颗粒间的结合水析出，土层液化，颗粒间粘结力急剧降低，桩表面与土体之间的摩擦力等于“0”，仅靠桩自重就可很快沉入。所以，振动沉拔桩机的振动频率应力求与土体的自由振动频率接近。有关部门已研究出部分土的自由振动频率，选用转速1450r/min的耐振电机，一般都能接近土体的共振频率。

 

振动产生的振幅，可由下式求得；

 

a=m0k1/Σq

 

m0—偏心力矩；

 

Σq—振动器与桩管重量之和；

 

k1—被振动的土的影响系数。粘性土k1=0.7～0.85，粉土k1=0.85，细粉砂k1= 0.9～0.95。

 

振幅可以克服桩侧面的摩擦力和粘结力，其大小根据振动频率、桩的类型和土体的性质而定，一般在2～20mm范围内。

 

振动可以减少很多工序，且效果显著。但也带来一些损害，它会使紧固件松脱，机器构件强度降低等。

 

3 振动法施工防渗墙的方法与工艺

 

3.1 振孔高喷防渗墙

 

振孔高喷是在普通高压旋喷的基础上发展起来的一种新方法。普通高压旋喷由钻机成孔后，将钻机搬迁，由旋喷机重新安装定位，下喷浆管进行喷射灌浆。即成孔与喷灌为两个各自独立的工艺过程。

 

振孔高喷将成孔与喷射灌浆整合为一道工序，振动钻杆即是旋喷浆管。振孔方法：顶驱式振动器与液压动力头结合，以振动回转方法成孔，成孔到设计深度后，振动器即停止运转，振管同时转换为喷浆管，提升振管而形成旋喷灌浆（如图1、 图2、图3）。

振动成孔时，管壁摩擦力非常小，只孔底存在阻力，若遇有卵石或大块石，可发挥球齿合金钻头的作用，同时配合激振力的冲击功将卵石击碎穿过。岩碴由冲洗液（空气包裹着的浆液）冲出，其压力为2～3mpa，流量50～60l/min。

 

振动成孔到达设计深度后，通过一种特殊装置将底孔堵塞，使浆液从侧向喷嘴喷出。停止振动，提高泵压与泵量，旋转提升，即构成旋喷（也可构成定喷或摆喷）。

 

振孔高喷施工是一种新二管法工艺，形式上是二重管旋喷，施工参数却高出普通高喷很多，空气压力由0.7mpa提高到1mpa，空气量由1m3/min提高到2～3m3/min。浆液喷射压力由20mpa提高到35mpa。水泥浆作为能量载体直接喷向土层，保证了射流能量所作用到的范围内，水泥成份扩散均匀。三峡三期围堰防渗墙与电源电站防渗墙采用此方法施工，单排墙，孔距0.6m，墙厚达1.2m，后将孔距改为0.8m。各项指标完全达到了设计要求。在工期紧迫的情况下，提前完成了施工。

 

振孔高喷新二管法施工的特点是成孔效率高、钻灌一体化、大浆压、大浆量、大风压、大风量、不分序、孔距密、快速提、质量高、效率高。三峡业主对这种工艺给与了很高的评价。

 

振孔高喷的质量可达到以下指标;

 

墙体强度： r28≥3mpa

 

抗折强度： t28≥0.8mpa

 

渗透系数： ≤1×10～7cm/sec

 

弹模： 500～800mpa

 

墙的最大深度为 28m。

 

振孔高喷防渗墙施工工艺已于上世纪90年代获得国家科技进步二等奖，并