垂直插塑防渗帷幕施工中刀具改进研究

纪德林，王飞虎，邓旭

（1.江苏省淮源监理建设工程有限公司，江苏金湖211600；2.江苏鸿基岩土工程有限公司，江苏扬州225002）

·安全与管理工程·

垂直插塑防渗帷幕施工中刀具改进研究

纪德林*1，王飞虎2，邓旭2

（1.江苏省淮源监理建设工程有限公司，江苏金湖211600；2.江苏鸿基岩土工程有限公司，江苏扬州225002）

介绍了垂直插塑防渗帷幕工程概况及插塑机工作原理，详细分析了2种刀具的技术参数、工作状况及新刀具性能优势，总结了刀具性能是影响施工质量、进度及成本的关键因素之一及在施工中所起的重要作用。

垂直插塑；工作原理；刀具技术参数；性能分析

1　工程概况

分淮入沂工程是淮河下游防洪体系的一个重要组成部分，是洪泽湖洪水出路之一。

分淮入沂整治工程淮安市工程堤防防渗处理Ⅱ标工程内容：淮沭河西堤15+710～37+015段防渗处理工程，具体工程内容包括机械垂直铺膜处理工段长15376延米，铺膜深度为8.5～11.4m。

在铺膜深度8.5～11.4m范围内分布堤身堆土，除第一工程地质段为弱透水性外，其余地段均为中等—强透水性及大多具中等透水性堤基②、④1层砂性土，在高水位行洪时，可能会发生堤下渗漏，甚至背水侧堤脚附近及顺堤河会出现“砂沸”或管涌、流砂现象。所以需要对具有中等透水、强透水的堤身堆土、②层及④1层砂性土进行防渗处理。

2　插塑开槽机工作原理

垂直铺膜机械是以电动机作为动力，驱动摆线针轮减速箱带动主轴旋转，主传动轴大牙轮带动一长刀臂上安装了刀具的链条循环转动，利用链条上的刀具对原状土进行切削，将土体带出地面，随着刀臂不断下放形成满足设计宽度、深度要求的沟槽，并充灌浆液进行槽孔护壁；然后通过安装在开槽机械前部的卷扬机根据需要收紧固定在机械正前方地锚上的钢丝绳牵引机体不断连续前进，形成一段连续且满足设计要求的沟槽；在沟槽达到一定长度后，利用铺膜装置在沟槽内铺设聚乙烯土塑膜，再用碎土回填沟槽并捣实，形成以塑膜为主的连续防渗帷幕，以达到工程截渗的目的。

3　本次铺膜施工中两种刀具的工作情况

3.1改进前刀具参数及工作状况分析

（1）刀具简介及参数。本次防渗帷幕施工刀具采用45#钢板弯曲加工而成，两条边夹角为60°，两条边由半径35cm、角度为120°的圆弧连接。在刀口部位加焊一片长250mm、宽30mm、厚10mm的弹簧钢钢板，以改善刀口在切土过程中的耐磨性能；刀口方向向外开。同时在刀具安装部位两侧分别加焊一根长10～13cm、直径12mm的圆钢，以增加刀具在切土过程的抗弯性能。容土槽截面积0.73m3，刀具展开长度24.8cm。详细尺寸见图1。

（2）刀具在制作加工时后角比较大，达到26°。刀口后角太大，这样导致刀具刀口与土体接触面积变小，使刀口在不断的刮土过程中磨损速度太快。在本次施工的土层大多是砂性土，24h不间断施工，土层中砂粒对刀具刀口磨损更快、更严重。其使用寿命在切土过程大大缩短，基本上每一周就要更换一批新的刀具，更换一批需90只刀，这样刀具成本大幅度增加。

（3）刀具前角相对较小一些，使得刀具刀口在切土过程因磨损很快变钝。刀具在长时间不间断切土过程中，由于刀口的不断磨损，使得刀尖角突然变大，这样刀口变钝了以后，严重影响切土效率，出土量也减小了，最终工效大大减低。

（4）刀口两端受到2个土面的磨损，磨损损坏程度较刀口任何部位都严重。此时刀口磨损成圆弧形，此时槽孔已没有260mm的宽度。刀具在影响施工工效的同时，槽孔已不容易放下刚刚卷好50m长、膜卷直径在20～25cm之间的防渗膜，如果防渗膜卷的有些松时都不容易竖直下放至槽孔中。

3.2刀具改进后技术参数及工况分析

（1）改进后刀具简介及参数。改进后的施工刀具仍采用45#钢板弯曲加工而成，刀具下部弯曲段由2段圆弧连接组成，一条是中线半径35cm、角度为90°的圆弧；一条是中线半径80cm、角度为74°的圆弧。圆弧最下面焊接一片长230mm、宽30mm、厚10mm的弹簧钢钢板，另外在弹簧钢两端分别镶嵌一块宽和后均为10cm的硬质合金，以改善刀口在切土过程中的耐磨性能及较长时间保持槽孔宽度的尺寸；刀口方向向里开。同时在刀具安装部位两侧分别加焊一根长15～18cm、直径12mm的圆钢，以增加刀具在切土过程的抗弯性能。容土槽截面积0.88m3，刀具展开长度27.8cm。详细尺寸见图2。

（2）刀具在制作加工时后角减小，仅有9°。刀口后角减小了，这样刀具刀口与土体接触面积变大了，土中砂粒对刀具刀口磨损减慢了，其使用寿命在切土过程大大延长了。更换这种刀具以后，换刀频率大大减慢了，1～2个月根据刀具刀口的磨损情况才更换一批新刀具，这样刀具成本大幅度降低了。

（3）刀具前角相对变大了一些，使得刀具刀口在切土过程因磨损到一定程度后基本上就恒定不变了。刀尖角也基本上恒定不变，这样在长时间切土过程中，出土量也基本上不受影响，最终工效也没有大的变化。从而保证了施工正常进行。

（4）弹簧钢刀口两端分别镶嵌2块硬质合金以后，槽孔宽度尺寸长时间的基本上保持不变。大大延缓了刀具更换的时间，施工净时间也增加了，提高了防渗帷幕施工效率。

（5）新刀具刀口方向的改变，增加了刀具切土的效率，减小了砂粒对刀口的磨损。

4　新刀具工作性能分析

（1）新刀具在耐磨性方面大大改善。刀具刀口后角的变小与前角的变大、刀具刀口方向的改变、刀口两侧镶嵌的硬质合金，这些措施都使刀具在切土过程中磨损减小了，使用寿命增强了。相比较来说，整个施工中刀具成本减低了，切土效率也提高了，工期也大大加快了。

（2）刀具容土槽截面积较旧刀具也增加了0.15m2，这样每张刀具在生产过程中就要多增加0.039m3的土，一条刀臂有100张刀，刀臂上链条每走一圈就多出3.9m3的土。所以刀具上的出土量较之以前也增加了，出土量越大，工效就越高。以前锯槽机每天前进30～40m，情况好的也就每天前进40来米，现在换上新刀具以后，每天前进个60m一点都不成问题。

（3）成槽质量也得到了提高。以往刀具不均匀磨损以后，刀具两端距离刀臂中心不一样长，这样会导致刀具在切土过程中相对于刀臂来说一边切土多一边切土少，从而引起刀臂在槽孔中跑偏，锯槽机越走越偏，最后形成刀臂斜睡于槽孔内终致无法继续开槽。最终不得不上提刀臂重新下刀臂开槽，这样形成防渗帷幕质量事故性中断，导致防渗帷幕难工段的出现，增加了本先不必要的处理成本。

5　结语

在大堤防渗帷幕垂直插塑施工过程中，刀具的性能优劣是影响施工质量、进度及成本的关键因素之一，在切土过程中起着非常关键的作用，俗话说“磨刀不误砍柴工”，就是这个道理。把施工中切土用的刀具调整好了，可以达到事半功倍的效果。在以后垂直插塑施工中，还要继续深入研究刀具在各种地层中的工作情况，力争制造出适合各种地层的刀具，让刀具物尽其用地发挥功效，为提高垂直插塑的施工水平而不懈努力。

［1］董建国，等.土力学与地基基础［M］.上海：同济大学出版社，2005.

［2］陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具［M］.北京：机械工业出版社，2011.

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1004-5716（2016）10-0184-03

2015-11-02

2015-11-09

纪德林（1979-），男（汉族），江苏金湖人，监理工程师，现从事水利建设工程监理工作和施工技术研究工作。