[發明專利]用于土遺址原位滴滲加固裝置及滴滲加固方法

有效

• 申請號: 202110965870.2
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113565085B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 汪娟麗;李玉虎;曹靜;買冰潔
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: E02D3/12
• 分類號: E02D3/12
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種用于土遺址原位滴滲加固裝置及滴滲加固方法，多根剛性導管相互平行的排布在該柔性支撐架內，并使各剛性導管的兩端分別與柔性支撐架連通。通過各支撐桿支撐該柔性支撐架并安放在工作面上。在各剛性導管下表面分別安裝有多個伸縮滴液管，在各伸縮滴液管的下端分別安裝有滴液頭。導液主管與柔性支撐架連通，通過加液泵將加固劑泵入各剛性導管內，通過各滴液頭使液體滴滲到地面。本發明能夠在遺址表面實現加固試劑全面有效均勻滴滲，使加固材料在遺址表面均勻分布，與土體充分作用，滴滲均勻可控、自動化設置節省人工，克服了現有技術中存在的不足。

技術領域

本發明涉及文物保護領域，具體是一種用于西北地區土遺址原位滴滲加固裝置及滴滲加固方法。

背景技術

土遺址是以土為主要建筑材料的古遺址，是歷史遺存下來的人類生活、生產、文化和宗教等活動的場地或場所；屬于不可移動的文物，具有極其重要的歷史、文化和科學價值。我國土遺址數量眾多，分布廣泛。特別是西北地區，約占全國土遺址總數的25％；遺址規模、級別和時間跨度從新石器時代到唐，均為我國具有代表性國寶級遺址。由于西北地區干旱少雨的氣候特征，土遺址長期受風沙、集中式強降雨、快速蒸發及巨大的晝夜溫差等氣候影響，西北干旱地區土遺址出現土體掏蝕、酥堿、風蝕，剝離等表面風化病害，且病害發育呈逐年嚴重趨勢，如不盡快治理將會出現不可挽回的毀滅性破壞。由此可見，風化問題是我國西北干旱環境下土遺址保護研究和攻關難題。

防風化加固一直是西北地區土遺址保護的核心問題。現有技術中最常見且有效的土遺址防風化保護方法多采用化學加固法，具體是將無機、有機、有機-無機復合材料通過滴滲和表面噴灑的施工工藝對遺址土體進行化學加固，提高遺址土體抗風化的能力。土遺址表面的強風化層厚度可達到5～10cm，因此，遺址土體的加固需要根據遺址加固區域土體性能選擇合適的原位滴滲和土體潤濕噴灑施工工藝。

現有技術通常采用滴滲和表面噴灑對遺址土體進行化學加固，根本無法實現對遺址土體足夠深度范圍的有效加固處理。原因包括以下兩個方面：一方面，防風化加固材料在土遺址保護中都有不同程度的應用，但各有缺點和局限性：無機加固材料具有耐老化性強、壽命長和兼容性好的優點，但在實際實施中由于無機材料多選擇水做為溶劑，水性溶劑在遺址土體表面常壓滴滲或表面噴灑，容易在遺址表面產生板結層，出現表面大片剝離、脫離現象；同時，無機加固劑其有效物質是以離子的形式存在于水溶液中，滲透能力差。常使用的微量無機鹽溶解度比較低，為了提高其加固效果往往做成懸濁液，降低了加固材料的滲透性，生成局部硬殼，還會造成表面顏色的明顯變化。而采用有機高分子加固材料，雖然總體性能優良，具有較強的粘接能力、耐水性、耐酸耐堿能力和良好的滲透性。但是，此類加固劑以有機試劑作為溶劑，易揮發，在土體內有一定的滲透性，但是較快的揮發作用使得其與土體作用交聯時間不夠充分，雖然其短期加固效果要比傳統材料要好，但是滲透深度有一定的局限性，在長期環境溫濕度的交替變化下由于加固層和本體層之間較大的應力差異會使土遺址產生開裂、剝蝕、變形甚至坍塌等二次病害，這并不利于土遺址的長久保護。另一方面，在加固劑的使用過程中，施工工藝對遺址本體的加固效果影響比較大。傳統的人工噴壺噴灑不均勻、噴灑不連續、噴灑覆蓋面積小，滲透深度小；而常壓滴滲是將加固劑溶液使用小號針頭或細膠管緩慢滴入土體，滴滲量和滴滲速率均為人工經驗判斷，易造成實施過程的不可控和加固區域處理不均勻的問題；在具體的實施工藝中也有研究報道通過使用電鉆等工具在遺址土體表面加工出滴滲孔，將滴滲膠管置于滴滲孔內增加其滲透深度。但是該方法一方面對遺址土體擾動大，原則上該方法不可逆，對遺址中土體結構安全性影響較大，鉆孔位置不合適會造成遺址的坍塌，從而造成不可挽回的損失。

更重要的是，西北地區的遺址土體主要是選用粉質粘土或粉質沙土進行夯筑，或直接利用生土挖造及利用土坯砌筑、板筑泥建造，而粉土或生土容易遇水崩解。基于所述西北地區土遺址土體材料共性特點以及現有技術多采用有機溶劑作為提高加固材料滲透性的助溶劑，有機溶劑揮發速度較快導致滲透深度不足，此外，現有技術中多采用的噴淋或滴滲方式存在噴淋不均勻或滴滲面積小的缺陷，噴淋或滴滲方式多為人工操作，不可避免產生操作時差形成的噴淋或滴滲分布不均、噴淋或滴滲深度差異，以及疊加滲透造成的區域性加固不均的問題，從而難以實現土遺址整體均勻加固。