一种用于土壤修复的深层搅拌桩设备及其施工方法与流程

本发明属于土壤修复
技术领域：
，具体涉及一种用于土壤修复的深层搅拌桩设备及其施工方法。
背景技术：
：随着我国对于环境保护的越来越重视，尤其在“十三五”规划中土壤修复也列入至其中。现在土壤修复常用的技术措施是固化/稳定化处理的方式，其方法是指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。一般的土壤固化/稳定化处理需要将污染的土壤先挖掘出来，运输至固化/稳定化车间进行处理，不仅造价较高，而且工期较长，并且施工过程中的挖掘、填埋影响较大，需要专门的车间厂房进行土壤修复处理。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：针对一般土壤固化/稳定化工艺造价高、施工效率低、工序复杂等问题，提供一种工期短、费用低、效果好、施工机械简单、且对周边土壤影响较小的深层搅拌桩设备及其施工方法，实现土壤原位修复。本发明采用如下技术方案实现：一种用于土壤修复的深层搅拌桩设备，包括钻杆组件、给药组件和加浆组件；所述钻杆组件包括钻杆、钻杆联动电机、钻杆升降立柱和钻杆支架，所述钻杆与钻杆联动电机一同安装于钻杆升降立柱上，并通过钻杆升降立柱上的卷扬驱动升降，所述钻杆升降立柱通过钻杆支架设置于设备基座上；所述给药组件包括带有药剂计量泵的药剂收集桶以及和药剂计量泵连接的药剂输送管；所述加浆组件包括水泥浆收集池以及具备泵送功能的水泥浆输送管；所述钻杆采用空心钻杆，钻杆的内腔和药剂输送管以及水泥浆输送管并联，依次向钻进的土壤内部加入水泥浆和修复药剂。进一步的，所述钻杆支架通过移动组件设置在设备基座上；所述移动组件包括横向行程电机、传动轴、传动齿轮、行走齿条和导轨钢梁，所述横向行程电机固定在设备基座上，电机输出端通过传动轴与传动齿轮连接，所述传动齿轮与固定在导轨钢梁上的行走齿条啮合，所述导轨钢梁滑动装配在设备基座上，所述钻杆支架与导轨钢梁固定连接。进一步的，所述导轨钢梁在钻杆支架的前后两端设置两组，所述横向行程电机采用两组平行布置的双轴电机，分别通过两组传动轴、传动齿轮和行走齿条与导轨钢梁连接。进一步的，所述导轨钢梁通过若干滚轴与设备基座之间滑动装配。进一步的，所述设备基座上还设有用于定位钻杆组件的定位压板。本发明还公开了一种上述用于土壤修复的深层搅拌桩设备的施工方法，包括如下步骤：第一步、采用搅拌桩进行试搅试喷，根据试搅试喷的土壤治理情况确定水泥浆的水灰比及修复药剂参数配比；第二步、施工测量，确定搅拌点位置；第三步、搅拌桩设备就位，采用第一步中确定的水泥浆和修复药剂进行两搅两喷的钻孔搅拌，其中第一次钻孔搅拌至设定深度后，边向钻杆内喷水泥浆边提升钻杆，第二次钻孔搅拌至设定深度后，边向钻杆内喷修复药剂边提升钻杆；第四步、移动搅拌桩设备至下一搅拌点，重复第三步。具体的，所述第二步中，确定搅拌点位置时，每个搅拌点的桩位平面偏差不大于2cm，药剂扩散直径根据桩机钻杆直径大小确定，要求相邻钻孔位置的药剂扩散直径的边界保持50-100mm重叠，保障药剂充分在施工区扩散。具体的，所述第三步中，调整搅拌桩设备的钻杆垂直度偏差小于0.5％。具体的，所述第三步中，第二次钻孔至设定深度后，选用慢档提升钻杆，保证修复药剂和土壤搅拌均匀，要求钻杆每提升15mm时搅拌不超过1周，钻杆的提升速度每分钟不大于0.6m。具体的，所述第四步采用逐点移动钻孔搅拌或者奇偶交替移动钻孔搅拌的方式。本发明在土木工程中应用的水泥深层搅拌桩基础上进行创造性改进，通过在水泥深层搅拌桩的钻孔搅拌过程中按配比计量加入土壤修复的药剂，从而达到修复土壤的目的。配合科学的施工方法，使用可精确定位的深层搅拌桩的设备就地钻进切削污染土体，同时从钻杆前端将水泥浆和计量配备好的药剂依次注入污染土体，使之在搅拌过程中与污染的土体反复混合搅拌形成水泥药剂修复土体，可以实现深度达到10～20m、药剂的喷洒半径为0.5～1m的地底土壤原位修复。由上所述，本发明可通过现有的土木工程搅拌桩进行改进，机械结构简单、造价低廉，不需要将土壤进行挖埋施工，治理工期短，费用低，并且对周边的土壤影响小。以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。附图说明图1为实施例1中的深层搅拌桩设备连接给药组件状态下的主视图。图2为实施例1中的深层搅拌桩设备连接加浆组件状态下的侧视图。图3-1为实施例2中的搅拌点移动施工顺序一。图3-2为实施例2中的搅拌点移动施工顺序二。图中标号：1-钻杆，2-钻杆联动电机，3-钻杆升降立柱，4-钻杆支架，5-药剂计量泵，6-药剂收集桶，7-药剂输送管，8-水泥浆收集池，9-水泥浆输送管，10-横向行程电机，11-传动轴，12-传动齿轮，13-行走齿条，14-导轨钢梁，15-设备基座，16-滚轴，17-定位压板。具体实施方式实施例1参见图1和图2，图示中的深层搅拌桩设备为本发明中的优选实施方式，具体包括钻杆组件、给药组件和加浆组件三大部分。其中钻杆组件包括钻杆1、钻杆联动电机2、钻杆升降立柱3、钻杆支架4，钻杆1采用空心钻杆，钻杆的头端设置绞龙用于钻孔搅拌泥土，钻杆的尾端与钻杆联动电机2连接，并一同安装在钻杆升降立柱3上，钻杆升降立柱3竖直设置在钻杆支架4上，其上设有用于提升钻杆的卷扬机构，卷扬机构放松，钻杆在钻杆联动电机2的作用下自上而下切土拌和下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高，在通过卷扬机构将钻杆连同钻杆联动电机一同提升，钻杆组件整体通过钻杆支架4设置在设备基座15上。本实施例的钻杆1采用空心钻杆，其顶部分别与加药组件和加浆组件通过管路对接。具体的，加药组件包括药剂计量泵5、药剂收集桶6和药剂输送管7，药剂计量泵5设置在药剂收集桶6内，通过药剂输送管7与钻杆对接，药剂计量泵5可控制药剂的泵送流量。加浆组件包括水泥浆收集池8和水泥浆输送管9，水泥浆输送管9两端将水泥浆收集池8和钻杆内腔连通，水泥浆输送管具备泵送功能，将水泥浆收集池内配比好的水泥浆泵送至钻杆内。水泥将输送管上设置普通的水泥浆输送泵即可，不需要对注入的水泥进行准确计量。药剂输送管7和水泥浆输送管9的出口端均固定设置在钻杆顶部，其出口与钻杆顶部内腔对接，并且随钻杆一同升降，解决钻杆和管道的旋转连接问题。本实施例中的钻杆组件通过直线移动组件设置在设备基座15上，该直线移动组件包括横向行程电机10、传动轴11、传动齿轮12、行走齿条13和导轨钢梁14，横向行程电机10固定安装在设备基座15上，电机输出端通过传动轴11与传动齿轮12连接，传动齿轮12与固定在导轨钢梁14上的行走齿条13啮合，导轨钢梁14滑动装配在设备基座15上，钻杆组件的钻杆支架4与导轨钢梁14固定连接。横向行程电机10通过传动轴11、传动齿轮12和行走齿轮13将旋转运动转换成导轨钢梁14的横向直线运动，实现钻杆组件的横向平移，用于连续移位钻孔搅拌。为了保证钻杆组件的平稳移动，在钻杆支架4的前后两端底部设置有两组导轨钢梁14，两组导轨钢梁14通过由若干滚轴16构成的滑动组件滑动装配在设备基座15上，同时采用两组双轴电机作为横向行程电机10，横向行程电机10的电机轴平行并且对称布置在钻杆升降架的两端，两组横向行程电机10分别通过两组传动轴、传动齿轮和行走齿条与两端的两组导轨钢梁连接，提高了钻杆组件的驱动平稳性。在将钻杆组件进行横向移动到位后，在设备基座15上还设有用于将定位钻杆组件压紧的定位压板17，防止钻杆组件工作时发生意外移动。实施例2本实施例说明使用实施例1中的深层搅拌桩设备进行土壤修复的施工方法。以某镉污染场地为例，将镉污染场地在不同的污染位置划分污染区段，分别取10个样品其污染土壤毒性浸出检测结果如下表。表1-1.施工前土壤毒性浸出检测结果编号12345678910浸出鉴定标准镉mg/L2.6131.7389.633.59.5299.61固化稳定化处理虽然可以异位处理达到处理的标准要求，但是需要修建固化稳定化车间和新建填埋场，其工程造价太高和造成工程的工期过长，而采用实施例1中的深层搅拌桩设备进行原位深层治理，造价低廉且能够大大缩短工程的工期，其具体的施工步骤如下：第一步、采用搅拌桩进行试搅试喷，根据试搅试喷的土壤治理情况确定水泥浆的水灰比及修复药剂参数配比。1.1.架设试验桩进行试搅试喷，确定水灰比和施工参数。1.2.配置重金属稳定药剂，采用有机硫化物、聚合硫酸铁、水泥、过硫酸钠配置重金属治理稳定剂(几种药剂中的一种或几种组合视污染种类及含量不同来确定)。1.3.根据试验桩得出的各试验施工参数要求进行配制修复药剂溶液，药液配制后通过药剂计量泵泵送到各施工机械的药剂收集桶中，以保证施工正常进行。第二步、施工测量，确定搅拌点位置。2.1.按照设计要求确定搅拌桩设备的搅拌点，由测量施工人员提前施放完毕，在施工区域外设置参照点保障施工精度，每个搅拌点位置的桩位平面偏差不大于2cm。本实施例采用单轴搅拌桩进行两搅两喷工艺，将用于测量搅拌桩放样的定位型钢之间的间距设定为500mm，将测量好的搅拌点位置用红色油漆做好标记，保证搅拌桩设备每次钻孔搅拌时的准确定位。采用单轴搅拌桩机，桩间搭接20mm，如图3-1和图3-2所示，药剂扩散直径根据采用的钻孔直径大小确定，药剂扩散的边界设置50-100mm重叠，保障药剂充分在施工区扩散。第三步、搅拌桩设备就位，采用第一步中确定的水泥浆和修复药剂进行两搅两喷的钻孔搅拌，其中第一次钻孔搅拌至设定深度后，边向钻杆内喷水泥浆边提升钻杆，第二次钻孔搅拌至设定深度后，边向钻杆内喷修复药剂边提升钻杆，具体操作注意事项如下：3.1.搅拌桩就位，当施工场地土面过软时，采取铺设路基箱的措施防止搅拌桩施工机械失稳并调整桩架垂直度偏差小于0.5％。3.2.启动搅拌桩，根据土质情况设计钻孔速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉，直到钻杆头部下沉钻进至桩底标高。3.2.当第一次钻至设计深度后，将钻杆反转提升，同时通过加浆组件向钻杆内喷水泥浆，边喷水泥浆边提升钻杆，利用钻杆头部反转时产生向下的压力，把水泥浆充分喷出到土壤中。3.3.控制钻杆进行第二次下钻，下钻到设计深度后，钻杆反转提升的同时通过给药组件向钻杆内部喷药剂，边喷药剂边提升钻杆，利用钻杆头部反转时产生向下的压力，把药剂充分喷出到土壤中。在提升喷药剂搅拌时不能使用快档，不论设计喷药剂量的大小，均宜选用慢档提升钻杆，保证搅拌均匀，具体要求钻杆每提升15mm搅拌不超过1周，钻杆的提升速度每分钟不大于0.6m，施工时，喷药剂时司机与送药剂操作人员应集中注意力，相互配合，确保掺入比准确无误，送药剂应注意药剂计量泵的显示，随时调整药剂泵送流量阀门，保证送药剂量的准确性、均匀性。第四步、移动搅拌桩设备至下一搅拌点，重复第三步。4.1.本搅拌点施工完成后，经确认达到要求后，通过搅拌桩设备上的移动组件控制钻杆组件移至下一个桩点进行施工，施工顺序可按照图3-1中的a-b-c-d-e-f-g-h-i的顺序逐点移动钻孔搅拌，也可按照图3-2中的a-c-b-d-f-e-g-i-h的顺序进行奇偶交替移动钻孔搅拌。在某镉污染场地采用上述深层搅拌桩的施工方法修复后，经过毒性浸出的检测其相关的检测报告如下表。表1-2.施工后毒性浸出检测报告经过检测其修复后的检测结果均能够符合浸出毒性鉴定标准值。以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 2 3