導流明渠截流成功后,先施工上、下游土石圍堰,2003年1月~2003年6月,在其保護下澆筑三期碾壓混凝土圍堰至堰頂高程140 m; 2002年6月~2007年7月,由三期碾壓混凝土圍堰和下游土石圍堰共同承擔保護三期基坑和圍堰發電期的擋水任務。
上游土石圍堰呈直線布置,軸線全長427 m,防滲設計采用單排高噴墻上接土工合成材料心墻形式,下設帷幕灌漿。防滲墻頂高程72.0 m,墻厚0.8 m,最大墻深24.5 m,運行期4個月,至2003年4月底結束使命;
下游土石圍堰呈折線布置,軸線全長448 m,防滲設計采用雙排高噴墻上接土工合成材料心墻形式,下設帷幕灌漿。防滲墻頂高程69.0 m,墻厚1 m,最大墻深29.5 m。
圍堰防滲軸線10 m范圍采用風化砂回填,其左接頭為混凝土縱向圍堰,右接頭為混凝土護坡;河床為原中堡島右側淺灘開挖而成,按高程的不同分左右兩塊,左為低渠,右為高渠,防滲軸線上除上游高渠段部分為混凝土護底外,其余大部分地段呈基巖裸露。
按合同要求,三峽工程實現導流明渠截流后25天內須同時完成水下填筑約80萬m3、防滲墻20 357m2,墻下帷幕3 000 m,實現圍堰閉氣,基坑具備抽水條件。因此,圍堰防滲施工成為截流后土石圍堰施工的重點和難點,防滲墻施工具有如下工程特性:
(1)工程量大、工期緊,強度高。防滲墻施工強度2萬m2/月,及墻下接帷幕灌漿0.3萬m/月,施工強度罕見,國內外尚無先例;
(2)孔斜精度要求高。造孔深度普遍大于20 m,最大孔深達30m,孔斜要求控制在1.0%以內,孔斜精度控制難度大;
(3)防滲進度受制于圍堰填筑進展。防滲施工平臺只能跟隨圍堰填筑進程,由右至左逐步提供,防滲墻施工進度受圍堰填筑推進速度制約;
(4)新填筑風化砂中成孔困難。高噴墻施工緊隨圍堰填筑施工,回填風化砂層未完全沉降固結,存在沉陷、易塌孔、成孔困難等問題;
(5)左、右接頭及高底渠變化等斜坡部位,成孔困難、難以保證孔斜精度;
(6)左接頭部位布置多排防滲墻,由于提供部位時間較晚且場地狹小,施工異常緊張。
2 防滲施工方案的確定
2.1 防滲試驗及施工方案
鑒于以上工程特性,在高噴墻大規模施工前,開展了以振孔高噴為主,常規高噴為輔,自凝灰漿和鉆噴一體化為技術儲備的防滲試驗,對鉆孔、噴漿的有關參數、材料、設備性能及施工工藝措施進行了驗證性試驗。試驗歷時33 d,試驗成果經專家評審認為,4種工藝各有所長均可采用,合理配置可以滿足快速施工的需要。經過多次的方案優化及論證,確定了三期土石圍堰工程防滲施工方案。即:上游圍堰采用常規高噴和自凝灰漿的組合方案,下游采用振孔高噴和常規高噴的組合方案。
2.2 4種防滲技術及其應用參數
(1)自凝灰漿
自凝灰漿是由水泥、膨潤土為主要原料并加入緩凝劑、分散劑配制而成,在抓斗、反鏟等設備抽挖槽孔過程中,將灰漿注入槽中,一方面起固壁作用,同時與地層中的砂土不斷混合,自行凝結成防滲墻體的新工藝材料。其主要優點:墻體連續,施工簡便、速度快、成本低;不足之處:強度較低,入巖困難。
①施工控制參數
墻體厚度0.8 m,成槽孔斜率≤0.6%;
墻底嵌入強或弱風化基巖0.5 m,或嵌入全風化巖>2 m。
②墻體技術質量指標
抗壓強度:R28≥0.5 MPa;
滲透系數:K≤i×10-6cm/s;
允許滲透比降:J>40;
初始切線模量:E0=120~240 MPa。
(2)振孔高噴
振孔高噴防滲墻由振孔機具施工而成,其機具由振孔樁架、振動錘和高噴管等組成,具有振動和旋轉功能,配合振管快速振入,實現高壓旋噴成墻的工藝。主要特點:軟基中成孔速度快,噴灌不分序,成墻連續性好;但嵌巖困難,孔深受振管長度限制,目前,一般不大于25 m。
①施工控制參數
孔距0.6 m,排距0.8 m,不分序依,連續施工;
嵌入強風化或弱風化基巖≥0.2 m;
孔位偏差≤5 cm;孔斜率<1%;
單排旋噴成墻厚度不小于0.8 cm,雙排旋噴成墻厚度不小于1.0 m;
振孔旋噴灌漿施工參數。
②墻體技術質量指標
抗壓強度:R28≥3 MPa;
抗折強度:T28≥0.8 MPa;
滲透系數:K20≤i×10-5cm/s;
允許滲透坡降:J≥50;
初始切線模量:Eo=500~800 MPa; [NextPage]
(3)常規高噴 常規高噴將鉆、灌工序分開,先用巖心鉆機造孔、泥漿護壁,成孔后在孔內下入高噴管,在壓縮空氣的護送下向土體高壓噴射水泥漿,隨著噴管的旋轉和提升,高壓水泥漿射流沖切破壞土體,壓縮氣起到升揚置換的作用,噴射的水泥漿液固結后形成樁體的成墻工藝。三峽工程采用新二管法,其主要特點:技術成熟,地層適應性強,樁徑達0.9~1.1 m。但鉆、噴工序獨立,設備投入較多,作業面需求較大。
①施工控制參數
上游圍堰:單排孔距0.6 m;下游圍堰:雙排孔距0.8~0.9 m,排距0.6~0.8 m;
孔位偏差≤5 cm,孔斜率<1%;
嵌入基巖強風化或弱風化巖≥0.5 m;
常規高壓旋噴施工參數。
②墻體質量技術指標
同振孔高噴墻體要求。
(4)鉆噴一體化
顧名思義,它是常規高噴技術的發展和延伸,是將鉆孔和高噴結合一次完成鉆灌的施工技術。主要特點:鉆噴一次完成,施工簡單,但該技術的設備革新尚不夠完善,存在移動速度慢、故障較多等缺點。
其施工參數與墻體技術質量指標,均同常規高噴。
3 圍堰防滲施工中的難點及其對策
圍堰防滲工藝及施工參數確定后,如何在實際施工中正確運用,則成為防滲墻施工的重頭戲。其施工的難點和對策如下:
3.1 不同成墻工藝的搭接問題
上、下游圍堰均采用兩種以上的防滲工藝,如何解決不同工藝成墻之間的連接質量是組合方案成功的關鍵。針對不同的成墻工藝及特點,我們采取了相應的措施:對于自凝灰漿與常規高噴接頭,采取了自凝灰漿上下游兩側各外包1道常規高噴墻的搭接方式,搭接長度2.0 m(兩個高噴孔),并規定自凝灰漿7 d齡期后施工高噴墻;而對于振孔高噴與常規高噴接頭,雖其成孔工藝不同,但噴灌參數及墻體性能均相近,常規相接即可;鉆噴一體化與其它工藝的連接方法,同常規高噴。
3.2 圍堰端頭的防滲問題
防滲墻右接頭與1∶0.75混凝土斜護坡相接,左接頭與1∶0.35(上游為垂直)的混凝土縱向圍堰邊坡相接,由于是兩種不同性能的材料相接且處于難以施工的斜坡部位,端頭部位歷來就是防滲施工的難點。為此,選取最為可靠的常規高噴手段,并采取了加厚墻體的處理措施:上游左右端頭5 m、14.8 m范圍由單排改為三排,下游左右端頭13.4 m、18 m范圍由雙排改為4排,加厚高噴墻排距0.6 m,孔距0.8 m,梅花形布孔,嵌入混凝土0.5 m。鉆孔穿過風化砂層接觸到混凝土斜坡面時,減少給進壓力,慢慢在斜坡面上形成小臺階之后,再正常鉆進,確保孔斜精度和嵌巖深度。
3.3 孔斜的控制問題
成墻鉆孔深度普遍大于20 m,最深的達30 m之多,因此,對鉆孔的孔斜精度嚴加控制。自凝灰漿采用搭接槽孔的方式成孔,從工藝上保證了墻體的連續性;常規高噴采用鉆噴兩道獨立的工序,鉆前、鉆進過程中可通過機具控制,灌前還可通過重錘法檢測孔斜;而振孔高噴和鉆噴一體化均將成孔和噴灌結合一次性完成,不能直接測量孔斜,因此,采用了機身控制和熟練工操作、遇硬巖慢速施工、成墻后在搭接部位重點抽查等綜合控制方法,從而保證了防滲墻連續性。
3.4 防滲墻嵌巖問題
為了確保防滲效果,防滲墻嵌巖應達到一定深度。對于常規高噴(含鉆噴一體化)采用地質鉆成孔,嵌巖深度可以保證,但對自凝灰漿和振孔高噴工藝,由于其工藝及設備的特點,防滲墻嵌巖深度有其局限性。①自凝灰漿采用重錘沖砸與抓斗配合入巖,遇塊球體或堅硬基巖時,入巖較慢,為此,首先是應用范圍有針對性地選擇了運行時段短且基巖相對軟弱的上游圍堰強風化巖河床段,其次,優化入巖深度,將嵌入強風化深度由不小于2.5 m調整為不小于2 m。②振孔高噴設備雖在風化砂地層中入巖速度很快(3~5 m/min),但其振管接觸硬巖后,整套設備產生劇烈振動,易于損壞,鑒此,為保持設備的性能同時確保防滲效果,將入巖深度優化到5~20 cm,現場按振管接觸基巖后產生強烈反彈起算,持續下振2 min結束控制。
3.5 自凝灰漿墻下帷幕灌漿問題
三期土石圍堰自凝灰漿28 d平均抗壓強度為0.5 MPa左右,如何保證接觸段防滲質量是自凝灰漿墻下帷幕灌漿的關鍵問題。針對自凝灰漿強度較低的特點,采取了以下措施:①在自凝灰漿槽孔中預埋帷幕灌漿插管;②自凝灰漿待凝10d齡期后進行墻下帷幕灌漿;③帷幕灌漿第一段(接觸段)由2 m縮減到1 m,并取消常規的灌前壓水工序;④采用濃漿低壓開灌。第一段開灌水灰比由2∶1改為1∶1;灌漿壓力按0.3~0.5 MPa控制。
4 經驗教訓
4.1 高噴墻布孔問題
上游圍堰單排常規高噴段孔距0.6 m,分Ⅲ序施工;下游圍堰雙排常規高噴段孔距0.9 m,排距0.6 m,兩排先后施工,每排同樣分Ⅲ序施工。在上游Ⅲ序孔、下游第二排鉆孔時,發現樁孔已進行入先期施工的樁徑中。為此,對已施工的樁徑進行了檢測,一般為0.9~1.1 m,據此將上游圍堰單排常規高噴的后續孔向上游調整0.3 m,呈梅花型布置,同時將下游雙排常規高噴段的孔距調整為1.0 m,保證了后續孔的噴灌效果,從而保證了墻體的厚度和連續性。振孔高噴第二排也發現同樣問題,盡管不分序連續施工,也將其第二排孔距由0.6 m改為了0.8 m。加快了進度,節省了投資。建議:①拚棄單排布孔的成墻方法,采取梅花型布孔形式,對保證墻體厚度和連續性更有保證;②高噴墻的孔排距應適應地層特點,其疏密程度應根據生產性試驗確定。疏者影響墻體的連續性,密者卻又影響后續孔噴灌效果,弊多利無。
4.2 防滲軸線折點處裂縫問題
下游圍堰呈折線布置,其軸線上有兩個反向的折點,在上接土工膜施工開挖防滲墻頂過程中,發現凹向下游(迎水側)的折點處防滲墻被拉開約5~10 mm。經分析有兩方面的原因,首先折點處系受拉狀態且應力集中,其次抽水過快致使風化砂堰體加速排水固結,堰體與防滲墻自上而下逐漸分離,防滲墻體受力條件變差。采取了預埋管灌漿措施,經檢測裂縫未發展,且隨堰體固結,裂縫自然愈合。建議:圍堰布置應避免出現凹向迎水側的折點;或采取加固措施,改善應力狀態。
4.3 圍堰抽水的條件問題
三峽二、三期圍堰均采用了第一排單墻封閉、嵌巖較淺的防滲墻第一段(接觸段)帷幕必須完成,基坑水位下降速度控制不大于0.5 m/d,及加強安全監測、加密坍塌巡查,并重點視察堰腳有無濁水滲出等綜合措施,實施基坑提前試抽水,實踐證明是成功的,值得借鑒。










