二期圍堰生產(chǎn)性試驗(yàn)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(zhǎng)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(qiáng)風(fēng)化深槽達(dá)40m，河床深槽段左側(cè)還存在傾角達(dá)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(shí)度較低，對(duì)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(duì)較粗，空隙率也較大，均具有很強(qiáng)的透水性；防滲墻墻體深、工程量大、工期緊、施工強(qiáng)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(xiàng)目大規(guī)模實(shí)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(jìn)行了高壓旋噴灌漿、液壓銑槽機(jī)施工、“兩鉆一抓”工法、振沖加密等生產(chǎn)性試驗(yàn)。
    2 、生產(chǎn)性試驗(yàn)研究?jī)?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(yàn)     高噴墻試驗(yàn)段圍堰樁號(hào)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(yàn)?zāi)康氖茄芯吭跉埛e塊球體較多的部位進(jìn)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(yàn)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(yàn)中通過單樁試驗(yàn)以了解不同高噴參數(shù)情況下旋噴樁直徑和形態(tài)；試驗(yàn)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(yàn)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(jī)施工試驗(yàn)     試驗(yàn)段位于圍堰樁號(hào)0+998.0～l+137.95m，驗(yàn)證從德國(guó)進(jìn)口的新設(shè)備BC30液壓雙輪銑槽機(jī)對(duì)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(jī)械組合，優(yōu)選護(hù)壁泥漿等；進(jìn)行軸線上塊球體鉆爆試驗(yàn)、灌漿管預(yù)埋試驗(yàn)及砂卵石強(qiáng)漏水層預(yù)灌漿試驗(yàn)；為圍堰填筑和防滲設(shè)計(jì)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(yàn)     試驗(yàn)段位于圍堰樁號(hào)0+910.52～1+057.1m，進(jìn)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(jì)參數(shù)，對(duì)固壁泥漿指標(biāo)取得論證資料，進(jìn)行灌漿管預(yù)埋(拔)試驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)推薦的基本配合比，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)段進(jìn)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(hào)l+056.5～0+910.5m，左上接頭段圍堰樁號(hào)0+098.0～0+155.9m，右上接頭段圍堰樁號(hào)0+998.0～1+137.95m，進(jìn)行振沖加密方案的試驗(yàn)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(yàn)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)化施工參數(shù)。     3、生產(chǎn)性試驗(yàn)實(shí)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(diǎn)是首先用高壓水切割沖擊原始地層，然后再用高壓漿對(duì)地層進(jìn)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(jìn)入較小空隙中產(chǎn)生水楔破碎效應(yīng)，對(duì)于沖切置換細(xì)顆粒有較好的作用。高壓射漿對(duì)地層的二次噴射切割不僅增大了噴射半徑，使?jié){液強(qiáng)制均勻進(jìn)入被噴射地層，同時(shí)由于漿、水嘴間距較大，水對(duì)漿的稀釋作用減小，提高了凝結(jié)體的結(jié)石率及強(qiáng)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(diǎn)是直接用漿、氣噴射原始地層，使?jié){液有足夠的射流強(qiáng)度和比能對(duì)地層進(jìn)行切割、攪拌。由于漿液粘度較大，對(duì)地層中小顆粒的升揚(yáng)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(qiáng)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(jī)(或沖擊鉆機(jī))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(jìn)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(guó)進(jìn)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(qiáng)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(jī)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(jī)內(nèi)置的離心泵位于切刃輪的上方，以連續(xù)運(yùn)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(duì)準(zhǔn)孔位，開啟主水管清水泵，水壓達(dá)到0.5～0.7Mpa，啟動(dòng)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(jì)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(dá)到加密電流值時(shí)開始使用裝載機(jī)向孔內(nèi)填料。當(dāng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出密實(shí)信號(hào)后，上提一定長(zhǎng)度進(jìn)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(yàn)項(xiàng)目     塊石、塊球體和硬巖內(nèi)成槽工藝試驗(yàn)：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(yàn)：除先導(dǎo)孔采用自上而下分段鉆孔、壓水實(shí)驗(yàn)，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(jī)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(jì)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(qiáng)透水層預(yù)灌漿施工：使用全液壓跟管鉆進(jìn)，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(yàn)基本結(jié)論性成果     (1)振沖加密對(duì)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(biāo)貫及動(dòng)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(jī)在回填層、淤砂層、全強(qiáng)風(fēng)化層中的銑削工效很高，約是沖擊鉆機(jī)的20倍，且成槽精度好，清淤速度快。但其對(duì)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(jī)的15.6倍，對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖、塊球體和硬巖不適用。通過試驗(yàn)還證明沖擊反循環(huán)鉆機(jī)比傳統(tǒng)的沖擊鉆機(jī)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(jī)和抓斗開挖地層形成槽孔與沖擊鉆機(jī)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(huì)對(duì)周圍地層產(chǎn)生沖擊擠密作用，因此要求地層的密實(shí)度要好，特別是液壓雙輪銑槽機(jī)在銑削漏水量較大的地層前，需要預(yù)先對(duì)地層進(jìn)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(yàn)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(jìn)度受鉆孔精度和進(jìn)度影響。參加生產(chǎn)性試驗(yàn)成果評(píng)審的專家認(rèn)為：三峽工程高壓旋噴灌漿試驗(yàn)規(guī)模大，施工設(shè)備及工法先進(jìn)，試驗(yàn)項(xiàng)目及獲取的成果多，在國(guó)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(yàn)，亦為我國(guó)在復(fù)雜地層中采用高壓旋噴技術(shù)進(jìn)行防滲處理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，使我國(guó)高壓旋噴技術(shù)邁上了一個(gè)新臺(tái)階。     5、結(jié)束語(yǔ)     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(xiǎn)極大，三峽總公司針對(duì)二期圍堰防滲墻的特點(diǎn)，開展了一系列生產(chǎn)性試驗(yàn)，達(dá)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(jì)劃抽干奠定了基礎(chǔ)。