[发明专利]用于土遗址原位滴渗加固装置及滴渗加固方法

说明书

一种用于土遗址原位滴渗加固装置及滴渗加固方法，多根刚性导管相互平行的排布在该柔性支撑架内，并使各刚性导管的两端分别与柔性支撑架连通。通过各支撑杆支撑该柔性支撑架并安放在工作面上。在各刚性导管下表面分别安装有多个伸缩滴液管，在各伸缩滴液管的下端分别安装有滴液头。导液主管与柔性支撑架连通，通过加液泵将加固剂泵入各刚性导管内，通过各滴液头使液体滴渗到地面。本发明能够在遗址表面实现加固试剂全面有效均匀滴渗，使加固材料在遗址表面均匀分布，与土体充分作用，滴渗均匀可控、自动化设置节省人工，克服了现有技术中存在的不足。

技术领域

本发明涉及文物保护领域，具体是一种用于西北地区土遗址原位滴渗加固装置及滴渗加固方法。

背景技术

土遗址是以土为主要建筑材料的古遗址，是历史遗存下来的人类生活、生产、文化和宗教等活动的场地或场所；属于不可移动的文物，具有极其重要的历史、文化和科学价值。我国土遗址数量众多，分布广泛。特别是西北地区，约占全国土遗址总数的25％；遗址规模、级别和时间跨度从新石器时代到唐，均为我国具有代表性国宝级遗址。由于西北地区干旱少雨的气候特征，土遗址长期受风沙、集中式强降雨、快速蒸发及巨大的昼夜温差等气候影响，西北干旱地区土遗址出现土体掏蚀、酥碱、风蚀，剥离等表面风化病害，且病害发育呈逐年严重趋势，如不尽快治理将会出现不可挽回的毁灭性破坏。由此可见，风化问题是我国西北干旱环境下土遗址保护研究和攻关难题。

防风化加固一直是西北地区土遗址保护的核心问题。现有技术中最常见且有效的土遗址防风化保护方法多采用化学加固法，具体是将无机、有机、有机-无机复合材料通过滴渗和表面喷洒的施工工艺对遗址土体进行化学加固，提高遗址土体抗风化的能力。土遗址表面的强风化层厚度可达到5～10cm，因此，遗址土体的加固需要根据遗址加固区域土体性能选择合适的原位滴渗和土体润湿喷洒施工工艺。

现有技术通常采用滴渗和表面喷洒对遗址土体进行化学加固，根本无法实现对遗址土体足够深度范围的有效加固处理。原因包括以下两个方面：一方面，防风化加固材料在土遗址保护中都有不同程度的应用，但各有缺点和局限性：无机加固材料具有耐老化性强、寿命长和兼容性好的优点，但在实际实施中由于无机材料多选择水做为溶剂，水性溶剂在遗址土体表面常压滴渗或表面喷洒，容易在遗址表面产生板结层，出现表面大片剥离、脱离现象；同时，无机加固剂其有效物质是以离子的形式存在于水溶液中，渗透能力差。常使用的微量无机盐溶解度比较低，为了提高其加固效果往往做成悬浊液，降低了加固材料的渗透性，生成局部硬壳，还会造成表面颜色的明显变化。而采用有机高分子加固材料，虽然总体性能优良，具有较强的粘接能力、耐水性、耐酸耐碱能力和良好的渗透性。但是，此类加固剂以有机试剂作为溶剂，易挥发，在土体内有一定的渗透性，但是较快的挥发作用使得其与土体作用交联时间不够充分，虽然其短期加固效果要比传统材料要好，但是渗透深度有一定的局限性，在长期环境温湿度的交替变化下由于加固层和本体层之间较大的应力差异会使土遗址产生开裂、剥蚀、变形甚至坍塌等二次病害，这并不利于土遗址的长久保护。另一方面，在加固剂的使用过程中，施工工艺对遗址本体的加固效果影响比较大。传统的人工喷壶喷洒不均匀、喷洒不连续、喷洒覆盖面积小，渗透深度小；而常压滴渗是将加固剂溶液使用小号针头或细胶管缓慢滴入土体，滴渗量和滴渗速率均为人工经验判断，易造成实施过程的不可控和加固区域处理不均匀的问题；在具体的实施工艺中也有研究报道通过使用电钻等工具在遗址土体表面加工出滴渗孔，将滴渗胶管置于滴渗孔内增加其渗透深度。但是该方法一方面对遗址土体扰动大，原则上该方法不可逆，对遗址中土体结构安全性影响较大，钻孔位置不合适会造成遗址的坍塌，从而造成不可挽回的损失。

更重要的是，西北地区的遗址土体主要是选用粉质粘土或粉质沙土进行夯筑，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。基于所述西北地区土遗址土体材料共性特点以及现有技术多采用有机溶剂作为提高加固材料渗透性的助溶剂，有机溶剂挥发速度较快导致渗透深度不足，此外，现有技术中多采用的喷淋或滴渗方式存在喷淋不均匀或滴渗面积小的缺陷，喷淋或滴渗方式多为人工操作，不可避免产生操作时差形成的喷淋或滴渗分布不均、喷淋或滴渗深度差异，以及叠加渗透造成的区域性加固不均的问题，从而难以实现土遗址整体均匀加固。