一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置及制备方法.pdf

本发明公开了一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，包括第一电机马达、第二电机马达、第一轴承、第二轴承、搅拌箱、第一搅拌叶片连接部件、第二搅拌叶片连接部件、第一搅拌叶片和第二搅拌叶片，搅拌箱的侧面设有带有喷射口的浆液喷射管；第一电机马达的动力输出轴和第一轴承的一端连接，第一轴承的另一端和第一搅拌叶片连接部件固定连接，第一搅拌叶片固定连接在第一搅拌叶片连接部件上；第二电机马达的动力输出轴和第二轴承的一端连接，第二轴承的另一端和第二搅拌叶片连接部件固定连接，第二搅拌叶片固定连接在第二搅拌叶片连接部件上。该制备装置及方法有效解决土-膨润土系竖向隔离工程屏障材料原位、高效、均匀制备问题。

1.  一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，该装置包括第一电机马达(11)、第二电机马达(12)、第一轴承(21)、第二轴承(22)、搅拌箱(3)，以及位于搅拌箱(3)内的第一搅拌叶片连接部件(91)、第二搅拌叶片连接部件(92)、第一搅拌叶片(101)和第二搅拌叶片(102)，其中，
所述的搅拌箱(3)的顶面设有原材料入口密封盖(41)，搅拌箱(3)的底面设有出口密封盖(42)，搅拌箱(3)的侧面设有带有喷射口的浆液喷射管；
第一电机马达(11)的动力输出轴和第一轴承(21)的一端连接，第一轴承(21)的另一端和第一搅拌叶片连接部件(91)固定连接，第一搅拌叶片(101)固定连接在第一搅拌叶片连接部件(91)上；第一搅拌叶片(101)由第一电机马达(11)驱动旋转；
第二电机马达(12)的动力输出轴和第二轴承(22)的一端连接，第二轴承(22)的另一端和第二搅拌叶片连接部件(92)固定连接，第二搅拌叶片(102)固定连接在第二搅拌叶片连接部件(92)上；第二搅拌叶片(102)由第二电机马达(12)驱动旋转。

2.  按照权利要求1所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，还包括分别固定连接在搅拌箱(3)上的第一密封管(81)和第二密封管(82)，第一密封管(81)套装在第一轴承(21)上，第一轴承(21)可沿第一密封管(81)轴向移动；第二密封管(82)套装在第二轴承(22)上，第二轴承(22)可沿第二密封管(82)轴 向移动。

3.  按照权利要求1所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，所述的浆液喷射管包括带有第一浆液喷射口(121)的第一浆液喷射管(111)、带有第二浆液喷射口(122)的第二浆液喷射管(112)、带有第三浆液喷射口(123)的第三浆液喷射管(113)、带有第四浆液喷射口(124)的第四浆液喷射管(114)、带有第五浆液喷射口(125)的第五浆液喷射管(115)、带有第六浆液喷射口(126)的第六浆液喷射管(116)，第一浆液喷射管(111)和第四浆液喷射管(114)同轴布设，第一浆液喷射口(121)和第四浆液喷射口(124)相对；第二浆液喷射管(112)和第五浆液喷射管(115)同轴布设，第二浆液喷射口(122)和第五浆液喷射口(125)相对；第三浆液喷射管(113)和第六浆液喷射管(116)同轴布设，第三浆液喷射口(123)和第六浆液喷射口(126)相对。

4.  按照权利要求3所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，还包括分别固定连接在搅拌箱(3)上的第一密封环(51)、第二密封环(52)、第三密封环(53)、第四密封环(54)、第五密封环(55)和第六密封环(56)，第一密封环(51)套装在第一浆液喷射管(111)上，第二密封环(52)套装在第二浆液喷射管(112)上，第三密封环(53)套装在第三浆液喷射管(113)上，第四密封环(54)套装在第四浆液喷射管(114)上，第五密封环(55)套装在第五浆液喷射管(115)上，第六密封环(56)套装在第六浆液喷射管(116)上。

5.  按照权利要求3或4所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，所述的第一浆液喷射口(121)、第二浆液喷射口(122)、第三浆液喷射口(123)、第四浆液喷射口(124)、第五浆液喷射口(125)、第六浆液喷射口(126)喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。

6.  按照权利要求1所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，所述的第一搅拌叶片(101)和第二搅拌叶片(102)转速分别大于100转/分钟；第一搅拌叶片(101)的边缘和第二搅拌叶片(102)的边缘分别呈光滑倾斜面；第一搅拌叶片(101)的长度和第二搅拌叶片(102)的长度分别大于搅拌箱(3)内径的二分之一，小于搅拌箱(3)内径。

7.  按照权利要求1所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，其特征在于，所述的第一搅拌叶片(101)的旋转方向和第二搅拌叶片(102)的旋转方向相反。

8.  一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
第一步：移动第一浆液喷射管(111)、第二浆液喷射管(112)、第三浆液喷射管(113)、第四浆液喷射管(114)、第五浆液喷射管(115)和第六浆液喷射管(116)，分别将第一浆液喷射口(121)、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125和第六浆液喷射口126移动至搅拌箱3的侧部；
第二步：关闭出口密封盖(42)，打开原材料入口密封盖(41)，将用于制备竖向隔离工程屏障材料的原始混合料置入搅拌箱(3)中，随后关闭原材料入口密封盖(41)；
第三步：移动第一电机马达(11)和第一轴承(21)，将第一搅拌叶片(101)移动至位于第一浆液喷射管(111)和第二浆液喷射管(112)之间，以及位于第四浆液喷射管(114)和第五浆液喷射管(115)之间；移动第二电机马达(12)和第二轴承(22)，将第二搅拌叶片(102)移动至位于第二浆液喷射管(112)和第三浆液喷射管(113)之间，以及位于第五浆液喷射管(115)和第六浆液喷射管(116)之间；
第四步：移动第一浆液喷射管(111)、第二浆液喷射管(112)、第三浆液喷射管(113)、第四浆液喷射管(114)、第五浆液喷射管(115)和第六浆液喷射管(116)，分别将第一浆液喷射口(121)、第二浆液喷射口(122)、第三浆液喷射口(123)、第四浆液喷射口(124)、第五浆液喷射口(125)、第六浆液喷射口(126)置于搅拌箱(3)中部，且呈水平，使得膨润土浆液沿水平方向喷射；
第五步：启动第一电机马达(11)和第二电机马达(12)，第一 搅拌叶片(101)和第二搅拌叶片(102)旋转，对原始混合料进行搅拌，同时通过压力泵泵送膨润土浆液至第一浆液喷射管(111)、第二浆液喷射管(112)、第三浆液喷射管(113)、第四浆液喷射管(114)、第五浆液喷射管(115)和第六浆液喷射管(116)中，通过第一浆液喷射口(121)、第二浆液喷射口(122)、第三浆液喷射口(123)、第四浆液喷射口(124)、第五浆液喷射口(125)和第六浆液喷射口(126)将膨润土浆液喷向原始混合料中；
第六步：搅拌结束后，关闭第一电机马达(11)和第二电机马达(12)；将第一浆液喷射管(111)、第二浆液喷射管(112)、第三浆液喷射管(113)、第四浆液喷射管(114)、第五浆液喷射管(115)、第六浆液喷射管(116)移置于搅拌箱(3)两侧；移动第一电机马达(11)、第二电机马达(12)、第一轴承(21)和第二轴承(22)，分别将第一搅拌叶片(101)和第二搅拌叶片102移动至搅拌箱(3)两侧；打开出口密封盖(42)，将搅拌后的竖向隔离工程屏障材料运送至施工区。

9.  按照权利要求8所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备方法，其特征在于，所述的第二步中，原始混合料的体积为搅拌箱(3)体积的二分之一至三分之二之间；当搅拌土质竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于160；当搅拌含块体材料的竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于220。

10.  按照权利要求8所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备方法，其特征在于，所述的第五步中，第一浆液喷射口(121)、第二浆 液喷射口(122)、第三浆液喷射口(123)、第四浆液喷射口(124)、第五浆液喷射口(125)、第六浆液喷射口(126)喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。

一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置及制备方法
技术领域
本发明属于岩土工程中地下结构工程及环境岩土工程技术领域，具体来说，涉及一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置及制备方法。
背景技术
近年来，由于国家发展战略、经济结构调整的重大需求，大量工业企业关停、搬迁，遗留下大量工业污染场地。所遗留工业污染场地须经过处理才能进行后续二次开发。另一方面，我国固体废弃物存量急剧增大，并大量通过填埋方式存放于固体废弃物填埋场。但固体废弃物填埋场淋滤液具有入渗污染地下水的潜在风险。竖向隔离工程屏障是一种能够有效阻滞污染物在地下水中迁移的防护措施，可与其他土壤及地下水修复措施联合使用，并实现降低二次污染的风险。
土-膨润土系竖向隔离工程屏障是一种经济可行的竖向隔离工程屏障类型，具有抗渗性能优于传统的水泥土搅拌连续工程屏障、工程屏障体材料扩散系数低、工程造价低的优势。目前在土-膨润土系竖向隔离工程屏障的施工技术包括开挖-成槽式施工工艺以及基于箱型复合钢板桩的原位薄壁竖向屏障施工法。开挖-成槽式施工工艺通过开挖土层形成一定深度的沟槽，同时注入膨润土浆液进行泥浆护壁； 原位搅拌膨润土与所开挖原位土制备竖向隔离工程屏障材料，并通过膨润土浆液调节竖向隔离工程屏障材料含水率；将所制备竖向隔离工程屏障材料回填至开挖沟槽，形成工程屏障。基于箱型复合钢板桩的原位薄壁竖向隔离工程屏障施工通过预制构件，控制所施工竖向隔离工程屏障的厚度及工程屏障材料的整体均一性；竖向隔离工程屏障材料制备方法与开挖-成槽式施工工艺一致，并通过泵送或灌注方式注入预制构件，形成竖向隔离工程屏障。两种方法在施工工艺本身已实现施工流程优化和改进，在施工模具、装置及设备上实现一定程度的机械自动化。
已有施工技术依然无法有效解决土-膨润土系竖向隔离工程屏障材料原位、高效、均匀制备的施工技术缺陷。传统技术采用长臂挖掘机进行拌合，搅拌效率低下，原位土与膨润土及改良材料进行拌合的均匀程度低，含水率及膨润土掺量的质量控制难度大，造成工程屏障材料整体上均匀性大幅降低，易形成局部缺陷。此外，采用传统搅拌施工工艺时必须占用大面积施工场地，并影响周边环境；在处治场地范围有限的城市工业污染场地时为竖向隔离施工造成场地空间限制。采用水泥材料或水泥材料与土壤混合料的搅拌施工装置，用于制备竖向隔离工程屏障材料时将遇到如下问题：(1)由于装置以滚筒式搅拌，导致出现膨润土浆液沉底现象，膨润土浆液无法起到调节竖向隔离工程屏障材料含水率的作用；(2)搅拌筒或搅拌叶片按单向转动搅拌，造成搅拌不均匀；(3)滚筒式搅拌筒或其他搅拌装置无法破碎砾石和块状土，导致所制备竖向隔离工程屏障材料颗粒级配差，易形成有缺 陷的竖向隔离工程屏障；(4)竖向隔离工程屏障材料易粘附于搅拌筒筒壁，造成材料浪费。另一方面，城市工业污染场地的原位异地固化技术日趋成熟，但经固化处理的污染土存在搬运难、堆放空间有限、二次利用认可度偏低等问题。如何有效开发利用原位异地固化污染土受到环境岩土工程和土壤修复业界广泛关注，其工程二次利用有待进一步挖掘。
发明内容
技术问题：本发明提供一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置及制备方法，可以有效解决土-膨润土系竖向隔离工程屏障材料原位、高效、均匀制备的问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，该装置包括第一电机马达、第二电机马达、第一轴承、第二轴承、搅拌箱，以及位于搅拌箱内的第一搅拌叶片连接部件、第二搅拌叶片连接部件、第一搅拌叶片和第二搅拌叶片，其中，所述的搅拌箱的顶面设有原材料入口密封盖，搅拌箱的底面设有出口密封盖，搅拌箱的侧面设有带有喷射口的浆液喷射管；第一电机马达的动力输出轴和第一轴承的一端连接，第一轴承的另一端和第一搅拌叶片连接部件固定连接，第一搅拌叶片固定连接在第一搅拌叶片连接部件上；第一搅拌叶片由第一电机马达驱动旋转；第二电机马达的动力输出轴和第二轴承的一端连接，第二轴承的另一端和第二搅拌叶片连接部件固定连接，第二搅拌叶片 固定连接在第二搅拌叶片连接部件上；第二搅拌叶片由第二电机马达驱动旋转。
作为优选例，所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，还包括分别固定连接在搅拌箱上的第一密封管和第二密封管，第一密封管套装在第一轴承上，第一轴承可沿第一密封管轴向移动；第二密封管套装在第二轴承上，第二轴承可沿第二密封管轴向移动。
作为优选例，所述的浆液喷射管包括带有第一浆液喷射口的第一浆液喷射管、带有第二浆液喷射口的第二浆液喷射管、带有第三浆液喷射口的第三浆液喷射管、带有第四浆液喷射口的第四浆液喷射管、带有第五浆液喷射口的第五浆液喷射管、带有第六浆液喷射口的第六浆液喷射管，第一浆液喷射管和第四浆液喷射管同轴布设，第一浆液喷射口和第四浆液喷射口相对；第二浆液喷射管和第五浆液喷射管同轴布设，第二浆液喷射口和第五浆液喷射口相对；第三浆液喷射管和第六浆液喷射管同轴布设，第三浆液喷射口和第六浆液喷射口相对。
作为优选例，所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，还包括分别固定连接在搅拌箱上的第一密封环、第二密封环、第三密封环、第四密封环、第五密封环和第六密封环，第一密封环套装在第一浆液喷射管上，第二密封环套装在第二浆液喷射管上，第三密封环套装在第三浆液喷射管上，第四密封环套装在第四浆液喷射管上，第五密封环套装在第五浆液喷射管上，第六密封环套装在第六浆液喷射管上。
作为优选例，所述的第一浆液喷射口、第二浆液喷射口、第三浆 液喷射口、第四浆液喷射口、第五浆液喷射口、第六浆液喷射口喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。
作为优选例，所述的第一搅拌叶片和第二搅拌叶片转速分别大于100转/分钟；第一搅拌叶片的边缘和第二搅拌叶片的边缘分别呈光滑倾斜面；第一搅拌叶片的长度和第二搅拌叶片的长度分别大于搅拌箱内径的二分之一，小于搅拌箱内径。
作为优选例，所述的第一搅拌叶片的旋转方向和第二搅拌叶片的旋转方向相反。
一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
第一步：移动第一浆液喷射管、第二浆液喷射管、第三浆液喷射管、第四浆液喷射管、第五浆液喷射管和第六浆液喷射管，分别将第一浆液喷射口、第二浆液喷射口、第三浆液喷射口、第四浆液喷射口、第五浆液喷射口和第六浆液喷射口移动至搅拌箱的侧部；
第二步：关闭出口密封盖，打开原材料入口密封盖，将用于制备竖向隔离工程屏障材料的原始混合料置入搅拌箱中，随后关闭原材料 入口密封盖；
第三步：移动第一电机马达和第一轴承，将第一搅拌叶片移动至位于第一浆液喷射管和第二浆液喷射管之间，以及位于第四浆液喷射管和第五浆液喷射管之间；移动第二电机马达和第二轴承，将第二搅拌叶片移动至位于第二浆液喷射管和第三浆液喷射管之间，以及位于第五浆液喷射管和第六浆液喷射管之间；
第四步：移动第一浆液喷射管、第二浆液喷射管、第三浆液喷射管、第四浆液喷射管、第五浆液喷射管和第六浆液喷射管，分别将第一浆液喷射口、第二浆液喷射口、第三浆液喷射口、第四浆液喷射口、第五浆液喷射口、第六浆液喷射口置于搅拌箱中部，且呈水平，使得膨润土浆液沿水平方向喷射；
第五步：启动第一电机马达和第二电机马达，第一搅拌叶片和第二搅拌叶片旋转，对原始混合料进行搅拌，同时通过压力泵泵送膨润土浆液至第一浆液喷射管、第二浆液喷射管、第三浆液喷射管、第四浆液喷射管、第五浆液喷射管和第六浆液喷射管中，通过第一浆液喷射口、第二浆液喷射口、第三浆液喷射口、第四浆液喷射口、第五浆液喷射口和第六浆液喷射口将膨润土浆液喷向原始混合料中；
第六步：搅拌结束后，关闭第一电机马达和第二电机马达；将第一浆液喷射管、第二浆液喷射管、第三浆液喷射管、第四浆液喷射管、第五浆液喷射管、第六浆液喷射管移置于搅拌箱两侧；移动第一电机马达、第二电机马达、第一轴承和第二轴承，分别将第一搅拌叶片和第二搅拌叶片移动至搅拌箱两侧；打开出口密封盖，将搅拌后的竖向 隔离工程屏障材料运送至施工区。
作为优选例，所述的第二步中，原始混合料的体积为搅拌箱体积的二分之一至三分之二之间；当搅拌土质竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于160；当搅拌含块体材料的竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于220。
作为优选例，所述的第五步中，第一浆液喷射口、第二浆液喷射口、第三浆液喷射口、第四浆液喷射口、第五浆液喷射口、第六浆液喷射口喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.与传统搅拌施工技术相比，该装置实现了对原位未污染土、原位污染土、固化污染土进行破碎、改良、搅拌，从而制备成满足竖向隔离工程屏障工程性质要求的施工材料。本发明结合活动喷浆和共轴双向搅拌组合，实现了搅拌与喷浆同步进行，竖向隔离工程屏障材料高效、均匀搅拌。通过喷浆流量控制，实现了膨润土浆液定量掺拌，避免了传统搅拌施工技术中浆液质量难以控制，导致竖向隔离工程屏障材料含水率分布均匀性差的缺陷。
2.为原位异地固化污染土的工程二次利用提供一种可行的途径，通过具有一定硬度的搅拌叶片对固化污染土的连续竖向切割实现整体破碎，并通过搅拌过程中浆液在箱体内的沿水平向的均匀喷洒实现了膨润土和改良材料的均匀搅拌，能够使其满足用于施工竖向隔离工程屏障的各项工程性质指标。本发明提升了原位固化与竖向隔离技术联合修复工程效果，而传统搅拌施工技术无法实现固化污染土的破碎-搅拌工艺。
3.与传统搅拌施工技术相比，搅拌装置机械自动化程度高，操作简便装置操作简单易行，施工周期较传统搅拌施工技术缩短五分之一以上。通过原材料质量及浆液喷射流量控制，并结合施工过程中竖向隔离墙材料的实际回填/回灌进度，本发明能够根据实际竖向隔离施工技术及进度实时定量控制竖向隔离工程屏障材料制备量，可大幅降低工程造价。另外，搅拌占用空间大幅降低。综合用途广泛，特别适用于各类污染场地竖向隔离措施。
附图说明
图1是本发明实施例的制备装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的制备装置中搅拌箱内部结构俯视图；
图3是本发明实施例的制备方法第一步的结构示意图；
图4是本发明实施例的制备方法第二步的结构示意图；
图5是本发明实施例的制备方法第三步的结构示意图；
图6是本发明实施例的制备方法第四步的结构示意图；
图7是本发明实施例的制备方法第六步的结构俯视图。
图8是本发明实施例的制备方法第六步的结构侧视图。
图中有：第一电机马达11、第二电机马达12、第一轴承21、第二轴承22、搅拌箱3、原材料入口密封盖41、出口密封盖42、第一密封环51、第二密封环52、第三密封环53、第四密封环54、第五密封环55、第六密封环56、第一电机马达支架61、第二电机马达支架62、搅拌箱支架63、基座7、第一密封管81、第二密封管82、第一搅拌叶片连接部件91、第二搅拌叶片连接部件92、第一搅拌叶片101、第二搅拌叶片102、第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115、第六浆液喷射管116、第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125、第六浆液喷射口126。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明中提及的竖向隔离工程屏障材料可以是原位未污染土-膨润土混合料、原位污染土-膨润土混合料、固化污染土-膨润土-改良材料混合料。上述竖向隔离工程屏障材料中可以根据实际需求调整膨润土掺量、添加颗粒状和粉末状改性材料。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，包括第一电机马达11、第二电机马达12、第一轴承21、第二轴承22、搅拌箱3，以及位于搅拌箱3内的第 一搅拌叶片连接部件91、第二搅拌叶片连接部件92、第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102。搅拌箱3的顶面设有原材料入口密封盖41，搅拌箱3的底面设有出口密封盖42，搅拌箱3的侧面设有带有喷射口的浆液喷射管。第一电机马达11的动力输出轴和第一轴承21的一端连接，第一轴承21的另一端和第一搅拌叶片连接部件91固定连接，第一搅拌叶片101固定连接在第一搅拌叶片连接部件91上。第一搅拌叶片101由第一电机马达11驱动旋转。第二电机马达12的动力输出轴和第二轴承22的一端连接，第二轴承22的另一端和第二搅拌叶片连接部件92固定连接，第二搅拌叶片102固定连接在第二搅拌叶片连接部件92上。第二搅拌叶片102由第二电机马达12驱动旋转。
上述结构的制备装置，利用第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102对位于搅拌箱3内的材料进行搅拌，同时，利用浆液喷射管向材料喷射膨润土浆液，使得射膨润土浆液和材料充分混合，从而制备符合工程要求的原位竖向隔离工程屏障材料。第一电机马达11可置于第一电机马达支架61上，第二电机马达12可置于第二电机马达支架62上，搅拌箱3可置于搅拌箱支架63上，搅拌箱支架63固定连接在基座7上。作为优选方案，搅拌箱3为圆柱体，直径和高度均为3米。在工作过程中，搅拌箱3保持固定和密封状态。作为优选方案，第一轴承21和第二轴承22尺寸相同，长140厘米、直径6厘米。
上述装置实现了对原位未污染土、原位污染土、固化污染土进行破碎、改良、搅拌，从而制备成满足竖向隔离工程屏障的工程性质要 求的施工材料。本实施例结合活动喷浆和共轴双向搅拌组合，实现搅拌与喷浆同步进行，竖向隔离工程屏障材料高效、均匀搅拌；装置操作简单易行，机械自动化程度高，大幅缩短施工周期。同时，本实施例能够通过原料质量及浆液喷射流量控制，并结合施工过程中竖向隔离墙材料实际回填/回灌进度，实时控制竖向隔离工程屏障材料制备量，可大幅降低工程造价。本实施例的装置综合用途广泛，特别适用于各类污染场地竖向隔离措施。
进一步，所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，还包括分别固定连接在搅拌箱3上的第一密封管81和第二密封管82，第一密封管81套装在第一轴承21上，第一轴承21可沿第一密封管81轴向移动；第二密封管82套装在第二轴承22上，第二轴承22可沿第二密封管82轴向移动。设置第一密封管81和第二密封管82，可以防止位于搅拌箱3内的材料从第一轴承21和第二轴承22与搅拌箱3的连接部位渗出，起到密封作用。同时，设置第一密封管81和第二密封管82，第一轴承21和第二轴承22可沿轴向移动。
进一步，所述的浆液喷射管包括带有第一浆液喷射口121的第一浆液喷射管111、带有第二浆液喷射口122的第二浆液喷射管112、带有第三浆液喷射口123的第三浆液喷射管113、带有第四浆液喷射口124的第四浆液喷射管114、带有第五浆液喷射口125的第五浆液喷射管115、带有第六浆液喷射口126的第六浆液喷射管116，第一浆液喷射管111和第四浆液喷射管114同轴布设，第一浆液喷射口121和第四浆液喷射口124相对；第二浆液喷射管112和第五浆液喷射管 115同轴布设，第二浆液喷射口122和第五浆液喷射口125相对；第三浆液喷射管113和第六浆液喷射管116同轴布设，第三浆液喷射口123和第六浆液喷射口126相对。作为优选方案，第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116尺寸相同，采用内径8毫米外径12毫米、长120厘米的不锈钢钢管制成。浆液喷射口内径为4毫米。浆液喷射口可安装孔径为0.075毫米的滤网，防止土颗粒堵塞浆液喷射口。设置六个浆液喷射管，且两两同轴相对布设，有利于提高浆液喷射管喷射的膨润土浆液和位于搅拌箱3内的原料均匀混合。同时，由于浆液沿水平向喷射，并且原料始终处于翻滚状态，因此较大程度地避免了传统竖向喷浆及滚筒式搅拌装置中的浆液沉底现象。
进一步，所述的原位竖向隔离工程屏障材料的制备装置，还包括分别固定连接在搅拌箱3上的第一密封环51、第二密封环52、第三密封环53、第四密封环54、第五密封环55和第六密封环56，第一密封环51套装在第一浆液喷射管111上，第二密封环52套装在第二浆液喷射管112上，第三密封环53套装在第三浆液喷射管113上，第四密封环54套装在第四浆液喷射管114上，第五密封环55套装在第五浆液喷射管115上，第六密封环56套装在第六浆液喷射管116上。设置第一密封环51、第二密封环52、第三密封环53、第四密封环54、第五密封环55和第六密封环56，可以防止位于搅拌箱3内的材料从第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管 116与搅拌箱3的连接部位渗出。同时，设置第一密封环51、第二密封环52、第三密封环53、第四密封环54、第五密封环55和第六密封环56，第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116可沿轴向自由滑动。作为优选方案，第一密封环51、第二密封环52、第三密封环53、第四密封环54、第五密封环55和第六密封环56尺寸相同，内径12毫米，外径20毫米，通过螺纹口合橡胶O型环实现固定和密封效果。第一密封环51、第三密封环53、第五密封环55和第二密封环52、第四密封环54、第六密封环56对称布置。作为优选，一侧相邻密封环之间的中心间距为80厘米。
进一步，所述的第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125、第六浆液喷射口126喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。通过式(1)流量控制能够同时控制施工过程中竖向隔离墙材料的含水率及膨润土掺量，避免了采用传统搅拌施工过程中竖向隔离墙材料中含水率及膨润土掺量难控制、均匀性差的缺陷。
进一步，所述的第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102转速分别 大于100转/分钟；第一搅拌叶片101的边缘和第二搅拌叶片102的边缘分别呈光滑倾斜面；第一搅拌叶片101的长度和第二搅拌叶片102的长度分别大于搅拌箱3内径的二分之一，小于搅拌箱3内径。作为优选方案，第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102转速均为125转/分钟。采用电子控制器可以实现搅拌转速自30转/分钟至240转/分钟的调节。
进一步，所述的第一搅拌叶片101的旋转方向和第二搅拌叶片102的旋转方向相反。搅拌叶片呈双向的搅拌方式能够提升搅拌效率，以及提高破碎砾石和块状土能力。
利用上述原位竖向隔离工程屏障材料制备装置，制备原位竖向隔离工程屏障材料的方法，包括以下步骤：
第一步：如图3所示，移动第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116，分别将第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125和第六浆液喷射口126移动至搅拌箱3的侧部。
第二步：如图4所示，关闭出口密封盖42，打开原材料入口密封盖41，将用于制备竖向隔离工程屏障材料的原始混合料置入搅拌箱3中，随后关闭原材料入口密封盖41；
第三步：如图5所示，移动第一电机马达11和第一轴承21，将第一搅拌叶片101移动至位于第一浆液喷射管111和第二浆液喷射管112之间，以及位于第四浆液喷射管114和第五浆液喷射管115之间； 移动第二电机马达12和第二轴承22，将第二搅拌叶片102移动至位于第二浆液喷射管112和第三浆液喷射管113之间，以及位于第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116之间；
第四步：如图6所示，移动第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116，分别将第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125、第六浆液喷射口126置于搅拌箱3中部，且呈水平，使得膨润土浆液沿水平方向喷射；
第五步：启动第一电机马达11和第二电机马达12，第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102旋转，对原始混合料进行搅拌，同时通过压力泵泵送膨润土浆液至第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115和第六浆液喷射管116中，通过第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125和第六浆液喷射口126将膨润土浆液喷向原始混合料中；
第六步：如图7和图8所示，搅拌结束后，关闭第一电机马达11和第二电机马达12；将第一浆液喷射管111、第二浆液喷射管112、第三浆液喷射管113、第四浆液喷射管114、第五浆液喷射管115、第六浆液喷射管116移置于搅拌箱3两侧；移动第一电机马达11、第二电机马达12、第一轴承21和第二轴承22，分别将第一搅拌叶片101和第二搅拌叶片102移动至搅拌箱3两侧；打开出口密封盖42， 通过传送带或铲车将搅拌后的竖向隔离工程屏障材料运送至施工区。
进一步，所述的第二步中，原始混合料的体积为搅拌箱3体积的二分之一至三分之二之间；当搅拌土质竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于160；当搅拌含块体材料的竖向隔离工程屏障材料时，材料布氏硬度大于220。
所述的第五步中，第一浆液喷射口121、第二浆液喷射口122、第三浆液喷射口123、第四浆液喷射口124、第五浆液喷射口125、第六浆液喷射口126喷射浆液的流量Q分别通过式(1)确定：
Q=w×ms-mw6t×[1-BC×(1+w)]]]>式(1)
式(1)中，w为竖向隔离工程屏障材料满足施工要求的含水率设计值；m_s为竖向隔离工程屏障材料中固体质量；m_w为竖向隔离工程屏障材料中孔隙水质量；t为搅拌时间；BC为喷射浆液中膨润土掺量。
在上述装置工作前，仔细检查并擦去第一轴承和第二轴承表面机油，避免将机油搅拌入竖向隔离工程屏障材料。
针对原位异地固化污染土，搅拌叶片采用桨式叶片长80厘米，最大厚度为4厘米，材质为铸铁，布氏硬度达到220，叶片边缘呈光滑倾斜面。齿片式、涡轮式和螺带式搅拌叶片适用于原位未污染土-膨润土混合料、原位污染土-膨润土混合料。当搅拌土方量较大时，应当采用间歇搅拌方式，避免电机马达过热造成损坏。