1、振动沉模建造薄壁防渗墙技术研究摘要：目前防渗墙已被许多大、中型水库应用，取得良好的防渗效果，且在已建的中、小型水库，江河堤防的防渗处理，得到很好应用。振动沉模建造防渗墙是利用强力振动原理将空腹模板沉入土中，向空腹内注满浆液，边振动边拔模，浆液留于槽孔中形成单块板墙，将单板连接起来形成连续防渗板墙。 关键词：振动沉模；薄壁；模板；导向；振动 中图分类号：TU592 文献标识码：A 1.振动机械的原理 振动沉模防渗板墙技术的动力设备是振动锤，振动体系具有很高的质量和速度，产生强大的冲击动量，将空腹模板迅速沉入地层。模板的沉入速度与振锤的功率大小、振动体系的质量和土层的性质有关。 2.振动沉模原理
2、振动体系的竖向往复振动，将模板沉入地层。激振力大于作用在施工机具刃面的法向力之竖向分力、刃面的摩擦力下之竖向分力以及在模板周边的摩阻力三者的合力时，则模板即能沉入地层；激振力等于或小于三者之合力时，则模板停止下沉。 下沉速度的快慢，一方面取决于激振力的功率增强，另一方面则视土体连接牢固性而定，其中摩阻力是关键，摩阻力越大则下沉越慢，反之亦然。由于模板在振动力作用下使土体受到强迫震动产生局部剪切破坏或液化破坏，土体内摩擦力急剧降低阻力减小，提高了模板的沉入速度。同时在振动沉模过程中挤压、振密模板周边一定范围的土层，挤压、振密范围与模板的厚度及地层的性质有关。 3.成墙机理 3.1 模板作用。振动
3、锤以强大的垂直激振力，将空腹模板沉入土层，随即向空腹内注满浆液，当振动模板提升时，浆液在重力作用下从模板下端注入槽孔内，模板和浆液起到了护壁作用。该技术采用挤压土体成曹工艺，不但不释放土体应力，而且在振动沉模过程中，将其两侧各30cm 左右土体挤压密实，提高了抗渗能力。由于振动沉模板墙技术造墙是在原土体被模板挤压作用下完成的，且在提拔模板过程中，边拔模边注浆，浆液从模板底部注入槽内，加之浆柱压力大于土体侧压力，因此，不会出现缩壁和塌壁现象，从而成为造槽、护壁、灌注一次连续成墙的新工艺。同时，在注浆过程中，堤身、堤基内与槽孔相连通的孔穴（如植物洞穴、墓穴、废管涵等） 、透水层以及集中漏水通道等，
4、都可得到浆液填充，有效地提高了其抗渗能力。 3.2 导向作用。为了保证防渗墙连续可靠，无纵横向开叉，振动沉模技术采用了两块模板联合施工工艺，先已沉入土层的模板成为后沉入模板的导向板，两块模板呈现板板相扣的作用，保证了各单板体在一个平面内紧密结合成墙。 3.3 振捣作用。模板在振动沉入和振动提拔过程中，对已注入模板和槽孔的浆液有连续振捣作用，使墙体浆液充分振动密实。同时，又使浆液向两侧挤压、渗透，增大了板墙防渗的有效厚度。 3.4 板墙连接机理。振动沉模的模板作用、导向作用、振捣作用都有效地保证了板墙的连续性。同时，由于每块单板体施工从振动沉模到灌注完成，时间很短，一般仅为 10min 左右，在
5、灌注到槽内的浆液初凝之前，可连续完成多个单板墙的施工。因此，几个相邻单板墙体浆液经反复振动，在初凝之前即互相混合，使单板体接头处的浆液掺融为一体，不仅不存在单板墙间的接缝问题，而且使接缝处得到加厚，从而保证了整体板墙的连续性和完整性。 4.桩机 桩机是沉模、建造防渗墙的主要设备，由桩架、振锤、夹头、模板、水泵、动力机等组成。 4.1 桩架。按照行走机构的不同，振动沉模防渗墙技术的桩架可分为步履式桩架、履带式桩架、滚管式桩架和道轨式桩架 4 中类型。其中，施工常用的是步履式桩架和履带式桩架。 4.2 振锤。振锤是振动体系主要设备，具有沉模和拔模两种功能。国外已广泛应用液压式振锤，目前国内主要是电
6、动式振锤。国产电动式振锤的振动频率为 1025Hz，属中频振锤。 振锤的功率有大小，可根据不同的工程条件选用，一般较松软的地层处理或较浅的地层可选功率小的振锤，反之应选用功率大的振锤，振模板墙施工一般可选用 40120kw 的振锤。 4.3 夹头。夹头是牢固地装在振锤下面的模板夹持器。施工时夹头将一个模板夹持拔模和沉模，然后松开夹头再夹另一个模板拔模和沉模。夹头的夹持和松开动作，由液压泵驱动液压缸来完成。液压夹头可以迅速夹住或松开模板，以提高施工效率。 4.4 模板。该工法应用双模板工艺，两个模板的结构相同。模板由振头、板体、夹板、浆管、水管、液压管组成。 振头是空心楔形体，尖刃向下沉入地层将
7、振头两侧土体挤开，使模板快速下沉。振模施工时，振头的活门自动封闭。当振动拔模时，活门自动打开，模板内的浆液排入到模板提升后腾出的槽孔内，凝结后形成板墙体。 模板体横截面为空腹“双工”字形，模板一侧装有导向槽，另一侧装有导向板，沉模施工时，先沉入的模板对后沉入的模板有垂直导向作用。 振锤、夹头、模板组成振动体系，由电动机带动振锤内偏心块旋转，使振动体系产生竖直往返振动。振动时以一定的频率和振幅对模板施加激振力，使模板克服土体阻力，快速沉入地层中。当模板振动时提拔灌浆时，振动体系的高速往复振动可降低模板与周围土体的摩擦阻力，使模板易于提拔，并大大减少模板的挂泥现象，保证工程质量。 5.振动沉模法建
8、造防渗墙施工工艺 灌拔 A 模 模板就位 沉 A 模 沉 B 模 再沉 A 模 再沉 B 模 连续沉拔灌注成墙 灌拔 B 模 振动沉模法建造防渗墙施工工艺流程图 5.1 模板就位。先将桩机调平，使机架立柱垂直，再将 A 模板对准孔位，靠振动体系的自重将板刃压入土中，检测调整模板的垂直度大都设计要求。 5.2 振动沉模。启动振锤，先将 A 模板沿施工轴线沉入地层，达到设计深度，A 模板为先导模板，有起始、定位、导向作用，故其垂直倾斜度要求小于 0.30.5；再将 B 模板沿施工轴线紧靠 A 模板前沿沉入地层中，达到设计深度，B 模板为前接模板，起到延长板墙长度的作用。 5.3 灌浆拔模。向 A
9、模板腹内灌满浆液，然后边振动、边拔升、边灌注，直至将 A 模板拔出地面，浆液留于槽孔中，形成密实的单板墙体。 5.4 浆体充盈灌注。由于槽孔的实际厚度等于模板空腹体积+模板壁体积+被浆体挤压的体积，因此，浆体要有一定充盈量（由初始试验或经验确定） 。在模板振拔过程中，模板空腹内要始终保持一定的浆体高度，保持模板空腹内有足够的浆体充盈量，确保浆体灌到防渗墙顶设计高度。5.5 再沉 A 模。当 A 模板灌浆拔模至地面后，移动步履吊机至 B 模板前沿沉模时，B 模板也起到定位、导向作用。此时 A 模板为前接模板，起到加长板墙的作用，A、B 两模板的定位、导向作用互换。 重复 1、2、3、4、5 工序，连续不断地施工，即可形成一道垂直连续的整体板墙。 6.结束语 振动沉模建造防渗墙主要适用于砂、砂性土、淤泥质土及砂砾石地层，深度可达 20m 左右，厚度 825cm。缺陷是卵石含量高的地层施工时沉入困难，不能沉入基岩和大石块中，成孔难度大。
