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】
[0001] 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】
[0002] 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、搬迀， 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迀移的防护措施，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。
[0003] 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粧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。基于箱型复合钢板粧的原 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， 并通过栗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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] -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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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：
[0012]
[0013] 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;msS竖向隔 离工程屏障材料中固体质量;mw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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] -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：
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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，同时通过压力栗栗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；
[0022] 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、