一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法.pdf

本发明公开了一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法，该方法将土、土壤固化剂、水、纤维混合，形成一定含水率的固化土混合料，根据固化土混合料的含水率划分为干硬性固化土和塑性固化土，对于干硬性固化土采用夯实设备将其压实，形成致密的加固土防渗层；而对于塑性固化土采用水泥砂浆喷射枪技术将呈泥浆状的固化土喷射到渠基，形成一层加固土防渗层，并在加固土防渗层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。能有效防止防渗渠道在北方寒冷地区的冻胀破坏。该方法可以解决现有土壤固化剂修建防渗渠道技术的缺点，提高土壤固化剂修建防渗渠道的施工速度，降低施工造价，延长渠道使用寿命。本发明对于发展节水灌溉，建立节约型社会具有重要的意义。

1、  一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法，其特征在于，该方法将土、土壤固化剂、水、纤维混合，形成一定含水率的固化土混合料，根据固化土混合料的含水率划分为干硬性固化土和塑性固化土，对于干硬性固化土采用夯实设备将其压实，形成致密的加固土防渗层；而对于塑性固化土采用水泥砂浆喷射枪技术将呈泥浆状的固化土喷射到渠基，形成一层加固土防渗层，并在加固土防渗层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的干硬性固化土的渠道施工方法包括下列步骤：
步骤一，将施工现场整平，清除草皮、树根，按设计图纸要求，进行现场测量放样，确定渠道轴线，在距渠道一侧10m～15m处，每隔50m设一个水准点，以确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求；
步骤二，采用挖掘机或人工进行挖掘出渠基，并处理平整，人工补平后用打夯机压实，压实后的渠道基的槽底面误差不得超过30mm；
步骤三，将土、土壤固化剂、水、纤维按照设计要求采用搅拌机或人工进行拌和均匀，形成固化土混合物料，该固化土混合物料的含水率为W_op±2％；
步骤四，采用先渠坡后渠底的顺序施工，将固化土混合料摊铺在渠道基槽面上并初压，摊铺厚度为12cm～15cm；
步骤五，人工找平渠面，平整误差不超过20mm，修整成设计渠道断面；
步骤六，采用碾压设备将固化土混合料碾压3～5遍，固化土混合料的铺料、压实过程在8h内完成，形成加固土防渗层；
步骤七，加固土防渗层压实后，用草席或稻草覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6小时内开始进行养护，养护时间为7天；
步骤八，养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M10～M15水泥砂浆，并收光，养护方法同加固土防渗层，以增强其耐久性，并沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。

3、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的塑性固化土的渠道施工方法包括下列步骤：
步骤一，将施工现场整平，清除草皮、树根，按设计图纸要求，进行现场测量放样，确定渠道轴线，在距渠道一侧10m～15m处，每隔50m设一个水准点，确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求；
步骤二，采用挖掘机或人工进行挖掘，并将渠基处理平整，人工补平后用打夯机压实，压实后的渠道基槽面误差不得超过30mm；
步骤三，将土、土壤固化剂、水、纤维按照设计要求采用搅拌机或人工进行拌和，使之形成均匀的固化土泥浆，固化土泥浆的含水率为W_L±4％；
步骤四，按照施工面积支护好模板后，采用水泥砂浆喷射枪或人工将固化土泥浆摊铺在渠道基槽面上，使之达到设计厚度的一半，然后铺设一层网格布，再在网格布上摊铺固化土泥浆；
步骤五，采用加压密实棍或振捣泵使固化土泥浆密实，制成加固土防渗层，厚度为12～15cm，人工找平渠面，平整误差不超过20mm，将渠道修整成设计渠道断面；
步骤六，加固土防渗层压实后用，草席或稻草等物覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6小时内进行养护，养护时间为7天；
步骤七，养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M10～M15水泥砂浆，并收光，养护方法同加固土防渗层，以增强其耐久性，沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。

4.  如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的土壤固化剂是MBER土壤固化剂或常规的高性能的土壤固化材料。

5.  如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的纤维是耐碱玻璃丝纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或天然植物纤维。

6.  如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的网格布是以各种纤维织物制成的网格布。

一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，涉及修建防渗渠道的材料、施工工艺与结构处理，特别是一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的方法，该方法适用于干渠、支渠、斗渠和农渠等各类防渗渠道工程。
背景技术
目前，我国干、支渠渠道防渗长度达55.11万km，仅占全国渠道总长的18％，80％以上的渠道未采取防渗措施，导致渠系水利用系数平均值不到0.5，50％以上的灌溉水在渠道输水过程中损失，每年由灌溉渠道损失的水量高达1700亿m³，灌溉用水浪费十分严重。采用渠道防渗工程技术，可以减少渗漏损失70％～90％，渠道防渗技术有着极大的节水潜力。
目前，渠道防渗多采用混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘土等各种不同材料衬砌渠床。混凝土衬砌是一种较普遍的渠道防渗形式，防渗防冲效果好，并且使用寿命长，但投资较大。塑料薄膜防渗效果好，造价也较低，但保护层用的粘土量较多，占地多，允许流速小。砌石防渗在沿山渠道和石料丰富的地区可就地取材，抗冲击流速大，抗冻性能强，但不宜采用机械化施工，施工质量较难控制，砌筑工作量大，材料使用多，对砌筑技术的要求较高。砖砌防渗造价低，取材方便，施工技术简单，防渗效果较好，但抗冻性差，在北方地区不宜采用。沥青材料防渗具有防渗、耐久、抗碱、造价低、施工简便等优点，但因沥青料源不足，施工工艺要求严格，使其推广应用受到限制。三合土、水泥土等防渗材料可就地取材，造价较低，但早期强度低、易开裂、抗冻性差，阻碍了它的大范围推广。这些材料本身的缺点、施工工艺复杂性及其使用性能极大地限制了渠道防渗技术的发展与利用。
土壤固化剂是一种新型的建筑材料，它以自然界广泛存在的土体作为加固对象，能够增强土体的强度，降低土体的渗透性，提高土体的抗冻性，可显著地改善土体的工程性能。因此，土壤固化剂在修建防渗渠道方面具有独特的优势，已经在工程实践中开始应用。但是，土壤固化剂的抗冻性较差，而且，固化土的干硬性施工技术较为复杂，使其推广应用尤其在北方寒冷地区的应用受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法，该方法中包含的原材料有土、土壤固化剂、水、纤维、水泥、砂、石子、网格布等，其施工特点是将土、土壤固化剂、水、纤维等混合，形成一定含水率的固化土混合料。根据含水率的多少将其划分为干硬性固化土和塑性固化土，混合料含水率在最优含水率附近的为干硬性固化土，在液限附近的为塑性固化土。干硬性固化土采用夯实设备将其压实，形成致密的固化土防渗层；塑性固化土采用水泥砂浆喷射枪技术将呈泥浆状的固化土喷射到渠基，形成一层固化土防渗层，达到渠道防渗的目的。土体中添加纤维可以防止固化土产生裂缝，并可以提高固化土的强度和耐久性。为了有效防止防渗渠道在北方地区的冻胀破坏，在固化土防渗层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。该方法可以解决现有土壤固化剂修建防渗渠道技术的缺点，提高土壤固化剂修建防渗渠道的施工速度和延长渠道的使用寿命。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法，其特征在于，该方法将土、土壤固化剂、水、纤维混合，形成一定含水率的固化土混合料，根据固化土混合料的含水率划分为干硬性固化土和塑性固化土，对于干硬性固化土采用夯实设备将其压实，形成致密的加固土防渗层；而对于塑性固化土采用水泥砂浆喷射枪技术将呈泥浆状的固化土喷射到渠基，形成一层加固土防渗层，并在加固土防渗层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。
上述干硬性固化土的渠道施工方法包括下列步骤：
步骤一，将施工现场整平，清除草皮、树根，按设计图纸要求，进行现场测量放样，确定渠道轴线，在距渠道一侧10m～15m处，每隔50m设一个水准点，以确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求；
步骤二，采用挖掘机或人工进行挖掘出渠基，并处理平整，人工补平后用打夯机压实，压实后的渠道基的槽底面误差不得超过30mm；
步骤三，将土、土壤固化剂、水、纤维按照设计要求采用搅拌机或人工进行拌和均匀，形成固化土混合物料，该固化土混合物料的含水率为W_op±2％；
步骤四，采用先渠坡后渠底的顺序施工，将固化土混合料摊铺在渠道基槽面上并初压，摊铺厚度为12cm～15cm；
步骤五，人工找平渠面，平整误差不超过20mm，修整成设计渠道断面；
步骤六，采用碾压设备将固化土混合料碾压3～5遍，固化土混合料的铺料、压实过程在8h内完成，形成加固土防渗层；
步骤七，加固土防渗层压实后，用草席或稻草覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6小时内开始进行养护，养护时间为7天；
步骤八，养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M10～M15水泥砂浆，并收光，养护方法同加固土防渗层，以增强其耐久性，并沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。
上述塑性固化土的渠道施工方法包括下列步骤：
步骤一，将施工现场整平，清除草皮、树根，按设计图纸要求，进行现场测量放样，确定渠道轴线，在距渠道一侧10m～15m处，每隔50m设一个水准点，确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求；
步骤二，采用挖掘机或人工进行挖掘，并将渠基处理平整，人工补平后用打夯机压实，压实后的渠道基槽面误差不得超过30mm；
步骤三，将土、土壤固化剂、水、纤维按照设计要求采用搅拌机或人工进行拌和，使之形成均匀的固化土泥浆，固化土泥浆的含水率为W_L±4％；
步骤四，按照施工面积支护好模板后，采用水泥砂浆喷射枪或人工将固化土泥浆摊铺在渠道基槽面上，使之达到设计厚度的一半，然后铺设一层网格布，再在网格布上摊铺固化土泥浆；
步骤五，采用加压密实棍或振捣泵使固化土泥浆密实，制成加固土防渗层，厚度为12～15cm，人工找平渠面，平整误差不超过20mm，将渠道修整成设计渠道断面；
步骤六，加固土防渗层压实后用，草席或稻草等物覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6小时内进行养护，养护时间为7天；
步骤七，养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M10～M15水泥砂浆，并收光，养护方法同加固土防渗层，以增强其耐久性，沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。
采用本发明方法修建的防渗渠道，具有较高的强度和防渗性能，其抗冻胀性显著增强，能够满足北方地区的防渗渠道对防渗和抗冻的需求；施工较为简便，降低了施工造价。本发明可降低渠道渗透量、提高渠系水利用系数，对于发展节水灌溉，建立节约型社会具有重要地意义。
附图说明
图1是干硬性固化土渠道结构示意图；
图2是塑性固化土渠道结构示意图；
图1、2中的标号分别表示：1、渠基；2、干硬性固化土；3、水泥砂浆；4、塑性固化土；5、网格布；
图3是固化土渠道施工流程图。其中(a)为干硬性固化土施工流程图，(b)为塑性固化土渠道施工流程图。
以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明的利用土壤固化剂修建防渗渠道的施工方法，其施工的原材料包括土、土壤固化剂、水、纤维、水泥、砂、石子、网格布等，主要设备为挖掘机、搅拌机、小型压路机、打夯机、振捣泵、水泥砂浆喷射机、加压密实棍、模板。
以下实施例中的土壤固化剂采用MBER土壤固化剂(中国专利，专利号：ZL 200410073273.5)，19mm聚丙烯网格状纤维，耐碱玻璃纤维网格布，社会牌P.O 32.5普通硅酸盐水泥，5mm～10mm石子，渭河中砂。
实施例1：干硬性固化土渠道施工：
参见图1、图3(a)，具体包括下列步骤：
1)将施工现场整平，清除草皮、树根等。按设计图纸要求，进行现场测量放样，渠底宽1.0m，渠顶宽6.0m，渠深1.5m，确定渠道轴线。在距渠道一侧10m处，每隔50m设一个水准点，确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求。
2)采用挖掘机将渠基挖出，并处理平整，人工补平后用打夯机压实。压实后的渠道基槽面误差不得超过30mm。
3)将挖掘出的土料进行粉碎，使其粒径小于10mm，掺水或晾晒使其含水率达到20％左右。
4)将土壤固化剂、纤维分别按照9％、1kg/m³的设计剂量掺入土体中，采用搅拌机进行拌和，使之均匀，混合料的含水率为约为19％(最优含水率)。
5)采用先渠坡后渠底的顺序施工，将固化土混合料摊铺在渠道基槽面上并初压，摊铺厚度为15cm。人工找平渠面，平整误差不超过20mm，修整成设计渠道断面。
6)采用打夯机、小型压路机等碾压设备将固化土混合料碾压3～5遍。铺料、压实应在8h内完成。
7)加固土防渗层压实后用草席或稻草等物覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6h内进行养护，一般养护7d。
8)养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M15水泥砂浆，并收光，养护方法同加固土防渗层，以增强其耐久性。沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。
实施例2：塑性固化土渠道施工：
参见图2、图3(b)，具体包括下列步骤：
1)将施工现场整平，清除草皮、树根等。按设计图纸要求，进行现场测量放样，渠底宽1.0m，渠顶宽6.0m，渠深1.5m，确定渠道轴线。在距渠道一侧10m处，每隔50m设一个水准点，确保各段渠底、渠顶高程符合设计要求。
2)采用挖掘机将渠基挖出，并处理平整，人工补平后用打夯机压实。压实后的渠道基槽面误差不得超过30mm。
3)取体积一定的开挖土壤，过10mm土壤筛。按照水：土＝(0.5～0.8)：1的比例将水加入过筛土壤，形成泥浆，放置至少24h；
4)将泥浆输入搅拌设备，进行搅拌，使其混匀，呈均匀浆状；
5)分别按照1kg/m³、200kg/m³的剂量添加入纤维和土壤固化剂，将其放入搅拌设备中，与泥浆混合并搅拌，使其形成均匀的“水—土—固化剂—纤维”的混合浆液；
6)采用水泥砂浆喷射枪或人工将混合浆液喷至渠基表面，并用加压密实棍碾压或振捣泵振捣，使其密实，形成厚度为5～6cm的纤维固化土层；
7)将网格布固定在纤维固化土层中，网格布结茬处相互交叉2cm左右。
8)再重复步骤6)，进行二次固化和压实处理，形成12cm厚的固化土层。人工找平渠面，平整误差不超过20mm，将渠道修整成设计渠道断面。制固化土泥浆、压实应在8h内完成。
9)用草席或稻草等物覆盖，避免曝晒、雨淋，3～6h内进行养护，一般养护7d。
9)养护结束后，将表层清扫干净，铺设20mm厚M15水泥砂浆，并收光，养护方法同固化土层，以增强其耐久性。沿渠道纵向每5m设伸缩缝一道，伸缩缝用沥青水泥砂浆填实。
当然，纤维还可以是聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或其它天然植物纤维，土壤固化剂还可以选择其它各种土壤固化材料，网格布可以采用以各种纤维织物制成的网格布，均能够达到本发明的目的。
申请人对上述实施例修建的防渗渠道进行了力学指标和抗渗系数的测试，干硬性固化土剂量为9％龄期为28天的无侧限抗压强度为3.40Mpa，渗透系数为4.30×10^-7cm/s；塑性固化土剂量为200kg/m³龄期为28天的无侧限抗压强度为2.10Mpa，渗透系数为3.60×10^-6cm/s，属于相对不透水层；干性固化土和塑性固化土的抗冻循环次数均大于15次，满足渠道防渗材料的性能指标要求。经过测算，土壤固化剂防渗渠道比混凝土渠道节省造价30％以上，具有显著的价格优势。