二期圍堰生產(chǎn)性試驗研究綜述

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1、概述
    二期圍堰的主要技術(shù)關(guān)鍵在于防滲墻施工。圍堰堰基存在淤砂、砂礫石和殘積塊球體等覆蓋層，基巖以前震旦系閃云斜長花崗巖為主，局部有花崗巖脈、輝綠巖脈穿插，基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜，且上游圍堰右邊有強風(fēng)化深槽達40m，河床深槽段左側(cè)還存在傾角達75^°～83^°、高差30m左右的陡巖段，使得防滲墻施工和嵌入弱風(fēng)化巖層難度很大；圍堰堰體大部分填料為水下拋填，施工水深20～60m，密實度較低，對防滲墻造孔孔壁穩(wěn)定不利；平拋砂卵石層因水流分選作用，空隙率較大，且河床原始砂卵石層粒徑相對較粗，空隙率也較大，均具有很強的透水性；防滲墻墻體深、工程量大、工期緊、施工強度高、難度較大，深墻段埋(拔)灌漿管或鉆孔要求高。而傳統(tǒng)的沖擊鉆施工工藝落后、工效較低，兩者之間矛盾十分尖銳。
    為了穩(wěn)妥、安全、順利地完成二期圍堰的施工任務(wù)，在本.項目大規(guī)模實施前，選擇二期上游圍堰左、右岸接頭段和下游圍堰右岸接頭段分別進行了高壓旋噴灌漿、液壓銑槽機施工、“兩鉆一抓”工法、振沖加密等生產(chǎn)性試驗。
    2 、生產(chǎn)性試驗研究內(nèi)容及目的
    2.1上游圍堰左岸連接段高壓旋噴墻生產(chǎn)性試驗     高噴墻試驗段圍堰樁號為0+078.58～0+150.90m，高噴墻軸線平行置在防滲墻軸線下游側(cè)3.5m外，試驗?zāi)康氖茄芯吭跉埛e塊球體較多的部位進行高壓旋噴墻的防滲可靠性，尋求圍堰防滲系統(tǒng)缺陷處理的新途徑；驗證高壓旋噴灌漿與防滲墻，組成聯(lián)合防滲體替代兩道防滲墻的可靠性；探求高噴灌漿有關(guān)參數(shù)及施工工藝措施；模擬70^°陡坡基巖面與高噴灌漿連接的可行性。試驗中通過單樁試驗以了解不同高噴參數(shù)情況下旋噴樁直徑和形態(tài)；試驗研究在孔距0.8m、1.0m，和排距0.6m、0.8m不同組合情況下雙排旋噴灌漿成墻情況；試驗在孔距0.8m、1.0m，排距0.6m、0.8m梅花型布置條件下三排旋噴灌漿成墻情況。     2.2上游圍堰右接頭段防滲墻液壓銑槽機施工試驗     試驗段位于圍堰樁號0+998.0～l+137.95m，驗證從德國進口的新設(shè)備BC30液壓雙輪銑槽機對二期圍堰填筑料及不同地層的適應(yīng)性，生產(chǎn)效率和造孔精度；培訓(xùn)生產(chǎn)技術(shù)人員和操作人員；確定合適的槽孔參數(shù)、機械組合，優(yōu)選護壁泥漿等；進行軸線上塊球體鉆爆試驗、灌漿管預(yù)埋試驗及砂卵石強漏水層預(yù)灌漿試驗；為圍堰填筑和防滲設(shè)計與施工收集必要的資料。     2.3下游圍堰右岸連接段防滲墻“兩鉆一抓”成槽工藝試驗     試驗段位于圍堰樁號0+910.52～1+057.1m，進行“兩鉆一抓”施工工藝和優(yōu)化設(shè)備組合研究，確定合理的槽孔參數(shù)、經(jīng)濟參數(shù)，對固壁泥漿指標取得論證資料，進行灌漿管預(yù)埋(拔)試驗，通過室內(nèi)試驗推薦的基本配合比，在現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗段進行復(fù)核，確定防滲墻塑性(柔性)混凝土澆筑材料的配合比，培訓(xùn)“兩鉆一抓”施工技術(shù)人員和操作人員。     2.4下游圍堰右接頭段和上游圍堰接頭段振沖加密工程     分別選取右下接頭段圍堰樁號l+056.5～0+910.5m，左上接頭段圍堰樁號0+098.0～0+155.9m，右上接頭段圍堰樁號0+998.0～1+137.95m，進行振沖加密方案的試驗研究，以提高水下拋填風(fēng)化砂的密度，增加防滲墻造孔施工槽壁穩(wěn)定性。試驗的主要內(nèi)容為振沖加密效果及設(shè)備選型；確定振沖加密的各項技術(shù)指標，優(yōu)化施工參數(shù)。     3、生產(chǎn)性試驗實施情況     3.1高壓旋噴灌漿     采用二管法和新三管兩種高噴新工藝。新三管法是以水氣漿為介質(zhì)的噴射方法，系在老三管法的基礎(chǔ)上，改低壓注漿為高壓射漿，形成高能介質(zhì)高壓噴射的新工藝(又稱RJP工法)。其工藝特點是首先用高壓水切割沖擊原始地層，然后再用高壓漿對地層進行二次切割。水、漿射流間距0.5～0.8m，由于水的粘滯性很小，易于進入較小空隙中產(chǎn)生水楔破碎效應(yīng)，對于沖切置換細顆粒有較好的作用。高壓射漿對地層的二次噴射切割不僅增大了噴射半徑，使?jié){液強制均勻進入被噴射地層，同時由于漿、水嘴間距較大，水對漿的稀釋作用減小，提高了凝結(jié)體的結(jié)石率及強度。     二管法是在二重管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，不同之處是漿液具有超高壓和大流量。其工藝特點是直接用漿、氣噴射原始地層，使?jié){液有足夠的射流強度和比能對地層進行切割、攪拌。由于漿液粘度較大，對地層中小顆粒的升揚置換、壓密作用明顯，不需要采用高壓水來切割地層，噴出的漿液不易被稀釋，所形成的噴射凝結(jié)體的水泥含量大、強度高。     3.2“兩鉆一抓”法成槽     “兩鉆一抓”是先用沖擊反循環(huán)鉆機(或沖擊鉆機)打槽孔兩端的主孔到終孔深度，再用液壓抓斗(或鋼絲繩抓斗)直接抓挖副孔成槽的方法。在一期圍堰和左岸引航道工程隔流堤防滲墻施工中用過，被列為二期圍堰防滲墻造孔的主要施工方案之一。在此基礎(chǔ)上又進一步發(fā)展到“三抓法”，即用抓斗先抓兩邊單元后抓中間單元，三抓成槽到硬巖，下面采用鉆鑿法成槽(上抓下鑿法)。通過比較，在三峽地區(qū)“兩鉆一抓”造孔成槽精度好、工效高，優(yōu)于“三抓法”。     3.3雙輪銑成槽法     采用反鏟或抓斗在導(dǎo)向槽內(nèi)開挖孔至3m深度后，使用從德國進口的BC30液壓銑挖掘設(shè)備作業(yè)。其工作原理為：以銑輪上的切齒松弛巖土體(回填層，覆蓋層，全強風(fēng)化層)，巖土被破碎為75mm以下的碎塊，在槽中和循環(huán)液(泥漿)混合，然后由BC30液壓銑槽機內(nèi)置的離心泵將這些碎塊連同循環(huán)液一起抽出。BC30液壓銑槽機內(nèi)置的離心泵位于切刃輪的上方，以連續(xù)運轉(zhuǎn)方式排出切齒中的土石渣塊，混合物通過BE500泥漿凈化器，把土石渣子從中分離出來，凈化后的循環(huán)液送回槽內(nèi)再次利用。I序槽采用三銑成槽即先銑削兩邊單元到終孔深度再銑削中間單元，Ⅱ序槽采用單銑成槽(BC30液壓銑挖掘設(shè)備銑削作業(yè)原理如圖1)。     3.4振沖加密     采用BJ-75kw振沖器施工，施工最大深度為30m，吊車起吊振沖器對準孔位，開啟主水管清水泵，水壓達到0.5～0.7Mpa，啟動振沖器開始造孔，并保持振沖器垂直狀態(tài)徐徐下沉，直到設(shè)計孔深后，上提振沖器一定高度，使孔壁隨造孔塌落的塊石沉到孔底，保證孔內(nèi)暢通。

圖l“銑削法”成槽工藝圖     將水壓減少到0.3～0.5Mpa，開始加密，最初幾米不填料或少量填料，利用風(fēng)化砂中的粗顆粒砂作填料，加密到一定高度，振沖器不易達到加密電流值時開始使用裝載機向孔內(nèi)填料。當(dāng)電氣自動控制系統(tǒng)發(fā)出密實信號后，上提一定長度進行振沖加密。如此，直到整孔振沖加密工作完成。      3.5相關(guān)試驗項目     塊石、塊球體和硬巖內(nèi)成槽工藝試驗：采用鉆孔預(yù)爆、槽孔內(nèi)爆破(鉆孔爆破、聚能爆破、裸爆)配合重錘沖砸然后使用沖擊鉆、雙輪銑或抓斗作業(yè)等綜合措施。槽段連接采用“雙反弧法”、“鉆鑿法”及“銑削法”等。     墻接帷幕灌漿試驗：除先導(dǎo)孔采用自上而下分段鉆孔、壓水實驗，自下而上分段堵塞、孔內(nèi)循環(huán)灌漿法外。一般孔采用地質(zhì)鉆機造孔，壓力水洗孔，“孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，不待凝，自上而下分段鉆灌法”和“栓塞法，孔內(nèi)循環(huán)，從上而下分段鉆灌”的方法。墻體部分采用預(yù)埋管成孔，即在槽孔澆筑前，將預(yù)埋管按設(shè)計間距固定好下入槽內(nèi)，較淺處可預(yù)埋塑料管，較深處預(yù)埋鋼管。     強透水層預(yù)灌漿施工：使用全液壓跟管鉆進，終孔后提出鉆具，下人灌漿設(shè)備灌漿，用濃漿，采取限流或間歇等措施，分Ⅱ—Ⅲ序鉆灌。     4、生產(chǎn)性試驗基本結(jié)論性成果     (1)振沖加密對松散、密度較小的風(fēng)化砂效果明顯，振沖后干密度大于1.8t/m³，標貫及動探擊數(shù)可提高3～4擊，且不低于15擊，平均旁壓模量提高30％～50％；
    (2)液壓雙輪銑槽機在回填層、淤砂層、全強風(fēng)化層中的銑削工效很高，約是沖擊鉆機的20倍，且成槽精度好，清淤速度快。但其對塊球體、硬巖的適應(yīng)性較差，需輔以爆破作業(yè)，并結(jié)合沖擊鉆或重錘沖砸等綜合成槽工藝；抓斗抓挖在回填層、淤砂層、全風(fēng)化層中的工效較高，約是沖擊鉆機的15.6倍，對強風(fēng)化巖、塊球體和硬巖不適用。通過試驗還證明沖擊反循環(huán)鉆機比傳統(tǒng)的沖擊鉆機優(yōu)越，工效可提高1.33～2.74倍，而耗漿量減少到30％左右。
    (3)液壓雙輪銑槽機和抓斗開挖地層形成槽孔與沖擊鉆機鉆鑿法形成槽孔最本質(zhì)的區(qū)別是：前者直接將土石開挖清除形成槽孔，不象沖擊鉆那樣會對周圍地層產(chǎn)生沖擊擠密作用，因此要求地層的密實度要好，特別是液壓雙輪銑槽機在銑削漏水量較大的地層前，需要預(yù)先對地層進行處理，以免發(fā)生埋銑頭事故。
    (4)高壓旋噴灌漿生產(chǎn)性試驗確定了適應(yīng)三峽工程二期圍堰特定地質(zhì)條件下的施工參數(shù)，所形成的高壓旋噴墻體滲透系數(shù)i×10^—5cm/s，但高壓旋噴灌漿質(zhì)量、進度受鉆孔精度和進度影響。參加生產(chǎn)性試驗成果評審的專家認為：三峽工程高壓旋噴灌漿試驗規(guī)模大，施工設(shè)備及工法先進，試驗項目及獲取的成果多，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。不僅為三峽二期圍堰工程防滲體采取高壓旋噴成墻取得了經(jīng)驗，亦為我國在復(fù)雜地層中采用高壓旋噴技術(shù)進行防滲處理積累了寶貴經(jīng)驗，使我國高壓旋噴技術(shù)邁上了一個新臺階。     5、結(jié)束語     二期圍堰是三峽工程關(guān)鍵技術(shù)問題之一，施工難度和風(fēng)險極大，三峽總公司針對二期圍堰防滲墻的特點，開展了一系列生產(chǎn)性試驗，達到了預(yù)期目的，取得了系列成果，并直接應(yīng)用到隨后的圍堰施工決策和施工過程中，為二期圍堰戰(zhàn)勝1998特大洪水、順利封閉和基坑按計劃抽干奠定了基礎(chǔ)。