二期上游圍堰防滲墻的施工技術(shù)

蔣振中

摘要三峽二期上游圍堰防滲墻是圍堰工程成敗的關(guān)鍵。在施工中大量采用了先進(jìn)的大型設(shè)備，如BC-30液壓銑石機(jī)、機(jī)械式抓斗、沖擊式反循環(huán)鉆機(jī)、高壓旋噴泵等。同時(shí)大量采用了新工藝、新材料、新技術(shù)，如用“銑砸爆”法、“銑抓鉆結(jié)合”法成槽；用“雙反弧接頭槽”法、“銑別”法連接；用于灌濃漿法處理漏失地層；用反循環(huán)泵吸法清孔換漿等。既滿足了防滲墻高效施工要求，又確保了工程質(zhì)量，為我國防滲墻施工開創(chuàng)了新局面。

關(guān)鍵詞 先進(jìn)設(shè)備新工藝新材料新技術(shù)

三峽工程二期上游圍堰防滲墻深度大，施工強(qiáng)度高，地質(zhì)條件復(fù)雜，其綜合技術(shù)難度為國內(nèi)外所罕見，是二期圍堰成敗的技術(shù)關(guān)鍵。這道防滲墻由我局承建，在大江截流前先行完成了液壓銑試驗(yàn)段和左、右預(yù)進(jìn)占段防滲墻施工，在1997年11月8日長江勝利截流后，于1997年11月15日開始了大施工，在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等各面的共同努力下，于1998年5月5日，左、右漫灘段及深槽段的上墻實(shí)現(xiàn)全線封閉，單墻開始擋水，并在基坑進(jìn)行限制性抽水的條件下，進(jìn)行深槽段的下墻和隔墻的施工，8月6日下墻勝利竣工，8月27日橫隔墻完工。這其間，圍堰的防滲墻經(jīng)受住了1998年長江11次洪峰的考驗(yàn)，安然無恙。9月11日完成限制性抽水。上游圍堰防滲墻性能良好，總滲水量僅為15 l/s，為設(shè)計(jì)要求的二十分之一。

二期圍堰是工程最重要的臨時(shí)建筑物之一，它是工程二期施工時(shí)的安全屏障，其中上游圍堰更是重中之重。其軸線全長1439.6m，最大高度82.5m，最大填筑水深達(dá)60m，最大擋水水頭達(dá)85m，防滲墻最大高度74m，在世界圍堰工程中均屬罕見。

作為圍堰成敗關(guān)鍵的防滲墻，軸線全長997.63m(在樁號0+140.82m以左為高噴防滲墻)，成墻面積約4.2萬m²，其中深槽段長度162m，采用中心距為6m的雙墻，雙墻之間設(shè)5道隔墻，深槽段兩邊均為單墻。墻體厚度除液壓銑生產(chǎn)試驗(yàn)段為0.8m外，其余均為1.0m。墻體材料為塑性混凝土和柔性材料。防滲墻上部接土工膜，下部接帷幕灌漿。

上游圍堰防滲墻施工技術(shù)復(fù)雜。風(fēng)險(xiǎn)大，其主要特點(diǎn)是：

(1)地質(zhì)條件復(fù)雜：河床原始砂卵石層和堰體水下平拋石渣層孔隙率大，易漏漿塌孔；兩岸漫灘及河床段分布有新淤粉細(xì)砂層，松軟物理力學(xué)指標(biāo)低，槽孔穩(wěn)定性差；在履蓋層及全風(fēng)化巖中，有相當(dāng)數(shù)量的塊球體，巖性堅(jiān)硬，鉆進(jìn)困難；河槽左側(cè)基巖陡坡高30m，坡度超過70°，墻體嵌巖困難。

(2)墻體深度大：大于50m的墻體面積達(dá)13700m²，這對造孔精度要求很高，槽段連接難度很大。

(3)工程量大，工期短，施工強(qiáng)度高：約6個(gè)月的施工期要求完成約3萬m²的工程量，平均月造孔強(qiáng)度在0.5萬m²左右，最高月強(qiáng)度要求達(dá)到0.65萬m²，為全國單道防滲墻之最。

2施工概況

防滲墻施工大體可劃分為三個(gè)階段：①液壓銑試驗(yàn)階段：試驗(yàn)安排在墻體軸線右端頭，對液壓銑進(jìn)行可行性和生產(chǎn)性檢驗(yàn)，為大施工提供技術(shù)保證。②預(yù)進(jìn)占施工時(shí)段：1997年大江截流前在左右預(yù)進(jìn)占段堰體內(nèi)進(jìn)行，其目的是降低施工高峰期的施工強(qiáng)度。②大施工時(shí)段：大江截流后，在形成防滲墻施工平臺并對堰體風(fēng)化砂振沖加密后進(jìn)行，這是工程攻堅(jiān)的階段，其成敗直接關(guān)系到堰體1998年安全度汛和基坑按期抽水。各時(shí)段的施工概況參見表1。

3工程采用的新技術(shù)

該工程以良好的質(zhì)量在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)完成，這除了歸功于參與工程所有單位的通力合作與拼搏奉獻(xiàn)精神外，還極大的得益于工程中大量采用了新技術(shù)(包括設(shè)備、工藝、材料)。

3.1 成槽方法

該工程中采用的主要成槽工藝有“兩鉆一抓”法、“銑砸爆”法、“銑抓鉆結(jié)合”法?！皟摄@一抓”法已為大家所熟知，毋庸贅述，主要介紹后兩種工法。

(1)“銑砸爆法”

液壓銑槽機(jī)是世界上最現(xiàn)代化的地下連續(xù)墻成槽施工設(shè)備，為了保證工程順利進(jìn)行，三峽開發(fā)總公司購進(jìn)1臺德國寶峨公司的BC-30型液壓銑槽機(jī)(雙輪銑槽機(jī))，利用該臺設(shè)備，我們先后試驗(yàn)了“純銑”法、“銑砸爆”法和“銑鉆結(jié)合”法成槽工藝，結(jié)果表明以“銑砸爆”法為優(yōu)。

該法的工藝要點(diǎn)是：對風(fēng)化砂、粉細(xì)砂、砂卵石和全風(fēng)化巖，采用液壓銑直接銑削；對地層中的塊石、塊球體和強(qiáng)、弱風(fēng)化巖采用鉆爆法爆裂或(和)6t重鑿沖擊破碎后再進(jìn)行銑削。在銑削過程中，由潛水泥漿泵不斷將銑削出來的鉆渣排出槽外，槽孔向下延伸，經(jīng)多次循環(huán)，直到槽孔終孔。

“銑砸爆”法由于充分發(fā)揮了液壓銑的優(yōu)點(diǎn)，而用其它機(jī)具來克服塊球體、硬巖等難點(diǎn)，從而提高了成槽效率，成槽平均工效達(dá)42.83m²/d，是“純銑”法的2.5倍，降低了銑齒消耗，保證了成槽質(zhì)量。

(2)“銑抓鉆結(jié)合”法

在深槽段的施工中，運(yùn)用液壓銑、機(jī)械式抓斗和沖擊式鉆機(jī)，我們又摸索出了“銑抓鉆結(jié)合”法成槽工藝。

該法的工藝要點(diǎn)是：在槽孔建造中，三種設(shè)備各司其職；上部風(fēng)化砂由液壓銑銑削；風(fēng)化砂中塊石、平拋石渣及履蓋層砂卵石由抓斗(配10t重鑿)抓??；下部基巖、混凝土接頭及部分砂卵石由沖擊反循環(huán)鉆機(jī)鉆鑿。該法由于發(fā)揮了三種機(jī)械的長處，大大加快了控制工期深槽段(含陡坡)的進(jìn)度，按各種機(jī)械總耗時(shí)計(jì)算，平均工效達(dá)到7.35m²/d，比左、右漫灘的5.43m²/d高出35.4%。上游墻最快的12#槽孔(深73m)，成槽工效達(dá)12.3m²/d，下游墻最快的8#槽孔(深72.9m)成槽效率更高達(dá)22.9m²/d。

該法的關(guān)鍵設(shè)備是BC-30液壓銑和利勃海爾機(jī)械式抓斗。在深槽段施工中，這兩臺套設(shè)備完成的造孔工程量分別為8250.7m²和5264.8m²，總計(jì)13515.6m²，占造孔工程量20434m²的66%(其余由20臺沖擊反循環(huán)鉆機(jī)承擔(dān))，從而確保了工程進(jìn)度。此外機(jī)械式抓斗還承擔(dān)了左右漫灘段的“兩鉆一抓”法的部分施工任務(wù)，共造孔8908.7m²，位于單臺設(shè)備之首，抓挖深度也高達(dá)72m。

3.2 墻段連接

墻段連接的好壞是防滲墻成敗的關(guān)鍵之一，該工程除了采用傳統(tǒng)的“鉆鑿”法套接外，還大量采用了“銑削”法和“雙反弧接頭槽”法”

(1)“銑削”法

“銑削”法用于液壓銑成槽工藝，其工藝流程見圖l，該法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡便、精度高，工程中共17次采用該法，形成銑削接縫34個(gè)。在深槽段原計(jì)劃使用該方法，后因液壓銑不太適用在砂卵石漏失層中作業(yè)，加之銑削接縫鋸齒狀波紋較淺，為工程安全計(jì)，最后改為“鉆鑿”法施工。

(2)“雙反弧接頭槽”法

我局在研制沖擊反循環(huán)鉆機(jī)的同時(shí)，研制成功了液壓雙反弧鉆具，并開發(fā)出了“雙反弧接頭槽”法施工工藝(見圖2)。這種方法在本工程中得以較大規(guī)模的應(yīng)用，共建造了31個(gè)雙反弧接頭槽。這種方法節(jié)省混凝土，墻段連接質(zhì)量明顯優(yōu)于“鉆鑿”法。從目前應(yīng)用情況看，剛性雙反弧鉆具還有待改進(jìn)，以適應(yīng)嵌入硬巖深度較大的工程。

3.3 陡坡、塊球體及硬巖處理

工程最大的難題就是花崗巖硬巖、塊球體以及左側(cè)超過70°陡坡的鉆鑿。工程主要采用高強(qiáng)度耐磨合金刃焊在重鑿(5～10t)和沖擊鉆頭(1.5～3.0t)進(jìn)行沖擊破碎，再輔以爆破。爆破方法除了傳統(tǒng)的槽內(nèi)聚能爆破外，我們還大量采用鉆孔預(yù)爆和槽內(nèi)鉆孔爆破。

爆破鉆孔使用了進(jìn)口的全液壓工程鉆機(jī)和TUBEX偏心擴(kuò)孔跟管鉆具。這種先進(jìn)的機(jī)具可大大提高鉆孔的效率，鉆孔爆破的效果也明顯優(yōu)于槽內(nèi)聚能爆破。據(jù)試驗(yàn)資料，通過鉆爆后，液壓銑在花崗巖硬巖的銑削工效可提高2～3倍，沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)工效可提高1～2倍。

對于陡坡，我們專門設(shè)計(jì)了一套槽內(nèi)定位鉆孔爆破工藝(見圖3)實(shí)踐證明，這套定向聚能爆破工藝是成功的，從而保證了沖擊鉆在陡坡硬巖中鉆鑿成槽，上游墻陡坡段的五個(gè)槽孔和下游墻陡坡段的四個(gè)槽孔嵌巖深度滿足了設(shè)計(jì)要求。成槽質(zhì)量良好。

3.4 漏失地層處理

上游圍堰地質(zhì)條件復(fù)雜，工程另一難題是漂石架空層、預(yù)進(jìn)占段石渣體中以及平拋墊底石渣層中，漏漿十分嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大施工中漏失漿量就高達(dá)11164m³，對漏失地層的處理，除了傳統(tǒng)的向孔內(nèi)拋投堵漏材料，及沖擊鉆沖砸的措施外，還采用了兩種新的技術(shù)措施。

(1)預(yù)灌濃漿法

對于依據(jù)先導(dǎo)孔確定的強(qiáng)漏失地層，在槽孔開挖以前采用全液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，按1～2m的孔距鉆預(yù)灌孔，然后分段提升套管，自下而上灌注由水泥、膨潤土、砂配制而成的濃漿。這種方法適用于液壓銑、液壓抓斗挖槽作業(yè)，可確保槽孔和機(jī)械的安全，提高銑抓效率。本工程共灌注預(yù)灌漿孔86孔，鉆孔進(jìn)尺158m，灌注漿量392m³效果十分明顯，凡預(yù)灌過的地層，大的漏失通道均已封堵，液壓銑、抓斗均能順利作業(yè)。

(2)重鑿沖砸法

在抓斗作業(yè)過程中，在遇到漏失地層時(shí)，可將抓斗提出孔外，在補(bǔ)充泥漿的同時(shí)，向孔內(nèi)投入砂、碎石和粘土，用吊車提升重鑿進(jìn)行沖砸，然后用抓斗抓取。沖、抓反復(fù)進(jìn)行，每個(gè)循環(huán)l～2m，直至穿透漏失層。這種方法較適用于機(jī)械式抓斗挖槽作業(yè)，因?yàn)槠渲鳈C(jī)可一機(jī)兩作(抓取、沖砸)。

3.5 固壁泥漿

在地質(zhì)條件非常復(fù)雜的情況下，采用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)、抓斗和液壓銑等新設(shè)備建造槽孔時(shí)對固壁泥漿性能要求很高，加之三峽地區(qū)缺乏優(yōu)質(zhì)粘土，為此，我們對以膨潤土為主材的低固相固壁泥漿的配比、性能、制輸與凈化等多方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并大規(guī)模應(yīng)于二期圍堰防滲墻施工中，已基本取代了傳統(tǒng)粘土漿。

我們曾先后使用過山東高陽、湖南澧縣的鈣膨潤土和山東濰坊的人工鈉土，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，二期圍堰防滲墻大施工主要選用湖南澧縣的膨潤土，其典型配比和主要性能見表2。

上述配比的膨潤土泥漿固壁效果好，密度小，凈化的效率高，適用于液壓銑等新設(shè)備建造槽孔。與當(dāng)?shù)卣惩聊酀{比較，具有單耗低，制漿效果高，臨建工程量小等優(yōu)點(diǎn)，從而可降低制漿成本。

3.6 清孔換漿法

由于在工程中使用了液壓銑和大批量的沖擊反循環(huán)鉆機(jī)，清孔換漿也一改傳統(tǒng)的抽筒方法，大部分槽孔采用反循環(huán)泵吸法。抽吸出來的泥漿通過德國寶峨公司的BE-500或我國自行研制的JHB-200型泥漿凈化機(jī)凈化后循環(huán)使用，該法的優(yōu)點(diǎn)是清孔換漿效率高、質(zhì)量好、槽內(nèi)淤積少，泥漿含砂量低，比重低，有利于提高澆筑質(zhì)量，深槽段所有槽孔均采用此方法，其質(zhì)量驗(yàn)收成果見表3。

深槽段因槽深，埋設(shè)灌漿管及儀器下設(shè)混凝土導(dǎo)管費(fèi)時(shí)較多，從清孔換漿完畢到開始澆筑混凝土，間隔時(shí)間多數(shù)都超過規(guī)范的要求，有的甚至高達(dá)16小時(shí)以上，但在混凝土開澆前復(fù)測孔底淤積度仍小于設(shè)計(jì)要求，這充分說明了反循環(huán)泵吸法的優(yōu)點(diǎn)。

3.7 槽孔精度檢測工藝

在液壓銑試驗(yàn)階段，我們對槽孔精度檢測進(jìn)行了試驗(yàn)，采用重錘法、超聲波檢測法和液壓銑測斜儀法進(jìn)行了對比研究，其中超聲波檢測法使用國產(chǎn)CDJ-1型和日本KODEN牌DM-682型兩種超聲波測井儀。試驗(yàn)的結(jié)果是：重錘法可較準(zhǔn)確的測量孔斜情況；超聲波測井儀可精確反映孔形、孔徑和孔斜諸多參數(shù)；BC-30液壓銑測斜儀雖然操作簡單，成果直觀，但其精度尚需論證。

根據(jù)以上成果，在防滲墻大施工時(shí)段，左右漫灘的槽孔開挖精度檢測仍以重錘為主。而對深槽段，我們專門購置了一臺日產(chǎn)KODEN牌DM-684超聲波測井儀進(jìn)行檢測，該型儀器可同時(shí)測繪X和Y軸兩個(gè)方向孔形，快捷方便，精度高，它的使用對確保深槽段成槽質(zhì)量起到了重要的作用。至于液壓銑測斜儀，我們只用于指導(dǎo)挖槽作業(yè)。

3.8 灌漿管埋設(shè)

多年來，防滲墻內(nèi)帷幕灌漿管的埋設(shè)也一直是一道難題，尤其是對深墻，預(yù)埋管成功率較低。為此，在液壓銑試驗(yàn)段，我們就直接吊裝埋設(shè)法試驗(yàn)了三種不同方法：定位架預(yù)埋鋼管法、冷拔成孔法、預(yù)留塑料管法。其中以定位架預(yù)埋鋼管法為優(yōu)，所以在預(yù)進(jìn)占及大施工時(shí)段，均采用此法，效果也很好，預(yù)埋管成功率在90%以上，其中右漫灘為93.1%，深槽段高達(dá)99%。

4 幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

在三峽二期上游圍堰防滲墻的施工中，由于采用了較多的新設(shè)備、新工藝、新材料、不僅保證了工程進(jìn)度和質(zhì)量，也將我國防滲墻施工技術(shù)推進(jìn)了一步，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程借鑒和參考，主要有：

(1)對于地質(zhì)條件復(fù)雜的地層，應(yīng)根據(jù)設(shè)備特性(沒有一種萬能的設(shè)備)和國情(施工單位技術(shù)裝備差、工程造價(jià)低)來選用設(shè)備，往往是土洋結(jié)合，方能收到事半功倍的效果。

(2)在選用設(shè)備的同時(shí)，必須根據(jù)工程特點(diǎn)和設(shè)備特點(diǎn)設(shè)計(jì)和選用施工工藝，有條件時(shí)，最好結(jié)合工程進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，。這樣才能保證設(shè)備發(fā)揮其效能。在上游圍堰防滲墻深槽段施工中所采用的“銑抓鉆結(jié)合”法、定位鉆孔爆破、清孔換漿方法、槽孔精度檢測、灌漿管埋設(shè)等新工藝，無疑是成功的，對其它工程也有借鑒意義。

圖一用液壓銑槽機(jī)處理墻段接縫示意圖

圖二“雙反弧接頭槽”法工藝流程圖

1、沖擊反循環(huán)鉆至硬巖或陡坡最高點(diǎn)時(shí)，將鉆頭提出槽孔外

2、用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)把定位器和套管下至槽底部

3、全液壓鉆機(jī)在巖石內(nèi)鉆進(jìn)爆破孔

4、定位器和套管提離槽孔后，在小口徑鉆孔中爆破

圖三 陡坡硬巖定位爆破工藝流程圖

(3)對一些難度大、工期緊的工程,應(yīng)盡量考慮發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的作用,三峽如果不是采用了液壓銑、機(jī)械抓斗等先進(jìn)設(shè)備，上游圍堰防滲墻是不可能高質(zhì)量按期完工的。

(4)用機(jī)械式抓斗成槽應(yīng)是我國防滲墻施工今后一個(gè)主要發(fā)展方向，它具有價(jià)格相對較低，便于維修，對地層（漏失或塊石地層）適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。為推廣這一方法，應(yīng)進(jìn)一步研究各種重鑿和接頭板，研究是適應(yīng)不同工程的成槽工藝和墻段連接方法。

(5)沖擊反循環(huán)鉆機(jī)在工程中較大批量應(yīng)用，證明這一機(jī)型生命力，特別是新機(jī)型CZF-2000 型樣機(jī)試用情況良好，可望投入批量生產(chǎn)。但從施工情況看，其部分配套機(jī)具尚待進(jìn)一步改進(jìn)，如剛性雙反弧鉆頭，JHB-200型泥漿凈化機(jī)等，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和降低泥漿單耗。