二期围堰生产性试验研究综述

肖兴恒　陈先明　孙志禹　蒋养成

摘要二期围堰利用施工前的准备期选取围堰左右岸接头段进行防渗体成墙或成槽系列性试验工作，取得了大量工艺效果，为二期围堰科学决策和顺利施工奠定了基础。

关键词二期围堰防渗墙生产性试验

1、概述

二期围堰的主要技术关键在于防渗墙施工。围堰堰基存在淤砂、砂砾石和残积块球体等覆盖层，基岩以前震旦系闪云斜长花岗岩为主，局部有花岗岩脉、辉绿岩脉穿插，基础地质条件复杂，且上游围堰右边有强风化深槽达40m，河床深槽段左侧还存在倾角达75°～83°、高差30m左右的陡岩段，使得防渗墙施工和嵌入弱风化岩层难度很大；围堰堰体大部分填料为水下抛填，施工水深20～60m，密实度较低，对防渗墙造孔孔壁稳定不利；平抛砂卵石层因水流分选作用，空隙率较大，且河床原始砂卵石层粒径相对较粗，空隙率也较大，均具有很强的透水性；防渗墙墙体深、工程量大、工期紧、施工强度高、难度较大，深墙段埋(拔)灌浆管或钻孔要求高。而传统的冲击钻施工工艺落后、工效较低，两者之间矛盾十分尖锐。

为了稳妥、安全、顺利地完成二期围堰的施工任务，在本.项目大规模实施前，选择二期上游围堰左、右岸接头段和下游围堰右岸接头段分别进行了高压旋喷灌浆、液压铣槽机施工、“两钻一抓”工法、振冲加密等生产性试验。

2、生产性试验研究内容及目的

2.1上游围堰左岸连接段高压旋喷墙生产性试验

高喷墙试验段围堰桩号为0+078.58～0+150.90m，高喷墙轴线平行置在防渗墙轴线下游侧3.5m外，试验目的是研究在残积块球体较多的部位进行高压旋喷墙的防渗可靠性，寻求围堰防渗系统缺陷处理的新途径；验证高压旋喷灌浆与防渗墙，组成联合防渗体替代两道防渗墙的可靠性；探求高喷灌浆有关参数及施工工艺措施；模拟70°陡坡基岩面与高喷灌浆连接的可行性。试验中通过单桩试验以了解不同高喷参数情况下旋喷桩直径和形态；试验研究在孔距0.8m、1.0m，和排距0.6m、0.8m不同组合情况下双排旋喷灌浆成墙情况；试验在孔距0.8m、1.0m，排距0.6m、0.8m梅花型布置条件下三排旋喷灌浆成墙情况。

2.2上游围堰右接头段防渗墙液压铣槽机施工试验

试验段位于围堰桩号0+998.0～l+137.95m，验证从德国进口的新设备BC30液压双轮铣槽机对二期围堰填筑料及不同地层的适应性，生产效率和造孔精度；培训生产技术人员和操作人员；确定合适的槽孔参数、机械组合，优选护壁泥浆等；进行轴线上块球体钻爆试验、灌浆管预埋试验及砂卵石强漏水层预灌浆试验；为围堰填筑和防渗设计与施工收集必要的资料。

2.3下游围堰右岸连接段防渗墙“两钻一抓”成槽工艺试验

试验段位于围堰桩号0+910.52～1+057.1m，进行“两钻一抓”施工工艺和优化设备组合研究，确定合理的槽孔参数、经济参数，对固壁泥浆指标取得论证资料，进行灌浆管预埋(拔)试验，通过室内试验推荐的基本配合比，在现场生产性试验段进行复核，确定防渗墙塑性(柔性)混凝土浇筑材料的配合比，培训“两钻一抓”施工技术人员和操作人员。

2.4下游围堰右接头段和上游围堰接头段振冲加密工程

分别选取右下接头段围堰桩号l+056.5～0+910.5m，左上接头段围堰桩号0+098.0～0+155.9m，右上接头段围堰桩号0+998.0～1+137.95m，进行振冲加密方案的试验研究，以提高水下抛填风化砂的密度，增加防渗墙造孔施工槽壁稳定性。试验的主要内容为振冲加密效果及设备选型；确定振冲加密的各项技术指标，优化施工参数。

3、生产性试验实施情况

3.1高压旋喷灌浆

采用二管法和新三管两种高喷新工艺。新三管法是以水气浆为介质的喷射方法，系在老三管法的基础上，改低压注浆为高压射浆，形成高能介质高压喷射的新工艺(又称RJP工法)。其工艺特点是首先用高压水切割冲击原始地层，然后再用高压浆对地层进行二次切割。水、浆射流间距0.5～0.8m，由于水的粘滞性很小，易于进入较小空隙中产生水楔破碎效应，对于冲切置换细颗粒有较好的作用。高压射浆对地层的二次喷射切割不仅增大了喷射半径，使浆液强制均匀进入被喷射地层，同时由于浆、水嘴间距较大，水对浆的稀释作用减小，提高了凝结体的结石率及强度。

二管法是在二重管的基础上发展起来的，不同之处是浆液具有超高压和大流量。其工艺特点是直接用浆、气喷射原始地层，使浆液有足够的射流强度和比能对地层进行切割、搅拌。由于浆液粘度较大，对地层中小颗粒的升扬置换、压密作用明显，不需要采用高压水来切割地层，喷出的浆液不易被稀释，所形成的喷射凝结体的水泥含量大、强度高。

3.2“两钻一抓”法成槽

“两钻一抓”是先用冲击反循环钻机(或冲击钻机)打槽孔两端的主孔到终孔深度，再用液压抓斗(或钢丝绳抓斗)直接抓挖副孔成槽的方法。在一期围堰和左岸引航道工程隔流堤防渗墙施工中用过，被列为二期围堰防渗墙造孔的主要施工方案之一。在此基础上又进一步发展到“三抓法”，即用抓斗先抓两边单元后抓中间单元，三抓成槽到硬岩，下面采用钻凿法成槽(上抓下凿法)。通过比较，在三峡地区“两钻一抓”造孔成槽精度好、工效高，优于“三抓法”。

3.3双轮铣成槽法

采用反铲或抓斗在导向槽内开挖孔至3m深度后，使用从德国进口的BC30液压铣挖掘设备作业。其工作原理为：以铣轮上的切齿松弛岩土体(回填层，覆盖层，全强风化层)，岩土被破碎为75mm以下的碎块，在槽中和循环液(泥浆)混合，然后由BC30液压铣槽机内置的离心泵将这些碎块连同循环液一起抽出。BC30液压铣槽机内置的离心泵位于切刃轮的上方，以连续运转方式排出切齿中的土石渣块，混合物通过BE500泥浆净化器，把土石渣子从中分离出来，净化后的循环液送回槽内再次利用。I序槽采用三铣成槽即先铣削两边单元到终孔深度再铣削中间单元，Ⅱ序槽采用单铣成槽(BC30液压铣挖掘设备铣削作业原理如图1)。

图l“铣削法”成槽工艺图

3.4振冲加密

采用BJ-75kw振冲器施工，施工最大深度为30m，吊车起吊振冲器对准孔位，开启主水管清水泵，水压达到0.5～0.7Mpa，启动振冲器开始造孔，并保持振冲器垂直状态徐徐下沉，直到设计孔深后，上提振冲器一定高度，使孔壁随造孔塌落的块石沉到孔底，保证孔内畅通。

将水压减少到0.3～0.5Mpa，开始加密，最初几米不填料或少量填料，利用风化砂中的粗颗粒砂作填料，加密到一定高度，振冲器不易达到加密电流值时开始使用装载机向孔内填料。当电气自动控制系统发出密实信号后，上提一定长度进行振冲加密。如此，直到整孔振冲加密工作完成。

3.5相关试验项目

块石、块球体和硬岩内成槽工艺试验：采用钻孔预爆、槽孔内爆破(钻孔爆破、聚能爆破、裸爆)配合重锤冲砸然后使用冲击钻、双轮铣或抓斗作业等综合措施。槽段连接采用“双反弧法”、“钻凿法”及“铣削法”等。

墙接帷幕灌浆试验：除先导孔采用自上而下分段钻孔、压水实验，自下而上分段堵塞、孔内循环灌浆法外。一般孔采用地质钻机造孔，压力水洗孔，“孔口封闭，孔内循环，不待凝，自上而下分段钻灌法”和“栓塞法，孔内循环，从上而下分段钻灌”的方法。墙体部分采用预埋管成孔，即在槽孔浇筑前，将预埋管按设计间距固定好下入槽内，较浅处可预埋塑料管，较深处预埋钢管。

强透水层预灌浆施工：使用全液压跟管钻进，终孔后提出钻具，下人灌浆设备灌浆，用浓浆，采取限流或间歇等措施，分Ⅱ—Ⅲ序钻灌。

4、生产性试验基本结论性成果

(1)振冲加密对松散、密度较小的风化砂效果明显，振冲后干密度大于1.8t/m3，标贯及动探击数可提高3～4击，且不低于15击，平均旁压模量提高30％～50％；

(2)液压双轮铣槽机在回填层、淤砂层、全强风化层中的铣削工效很高，约是冲击钻机的20倍，且成槽精度好，清淤速度快。但其对块球体、硬岩的适应性较差，需辅以爆破作业，并结合冲击钻或重锤冲砸等综合成槽工艺；抓斗抓挖在回填层、淤砂层、全风化层中的工效较高，约是冲击钻机的15.6倍，对强风化岩、块球体和硬岩不适用。通过试验还证明冲击反循环钻机比传统的冲击钻机优越，工效可提高1.33～2.74倍，而耗浆量减少到30％左右。

(3)液压双轮铣槽机和抓斗开挖地层形成槽孔与冲击钻机钻凿法形成槽孔最本质的区别是：前者直接将土石开挖清除形成槽孔，不象冲击钻那样会对周围地层产生冲击挤密作用，因此要求地层的密实度要好，特别是液压双轮铣槽机在铣削漏水量较大的地层前，需要预先对地层进行处理，以免发生埋铣头事故。

(4)高压旋喷灌浆生产性试验确定了适应三峡工程二期围堰特定地质条件下的施工参数，所形成的高压旋喷墙体渗透系数i×10—5cm/s，但高压旋喷灌浆质量、进度受钻孔精度和进度影响。参加生产性试验成果评审的专家认为：三峡工程高压旋喷灌浆试验规模大，施工设备及工法先进，试验项目及获取的成果多，在国内处于领先水平。不仅为三峡二期围堰工程防渗体采取高压旋喷成墙取得了经验，亦为我国在复杂地层中采用高压旋喷技术进行防渗处理积累了宝贵经验，使我国高压旋喷技术迈上了一个新台阶。

5、结束语

二期围堰是三峡工程关键技术问题之一，施工难度和风险极大，三峡总公司针对二期围堰防渗墙的特点，开展了一系列生产性试验，达到了预期目的，取得了系列成果，并直接应用到随后的围堰施工决策和施工过程中，为二期围堰战胜1998特大洪水、顺利封闭和基坑按计划抽干奠定了基础。