防滲墻成套造孔挖槽工法技術體系分析

武奇維，韓用偉，連常成，王猛，王曉川，趙春亮

（1.中國水電基礎局有限公司,天津301700；2.中國電建集團山東電力建設有限公司,濟南250000）

1 引言

目前，隨著我國基礎建設的不斷推進，基礎建設的區域正在朝著超深與復雜地質條件的地區深入。而在這些區域中，施工難度普遍較高，作為施工過程中的重要組成部分，防滲墻槽孔施工得到了相關領域的重視。如何對現有的技術進行優化和改進，以制定綜合目標最優的方案，仍是值得研究的問題。為此，有必要對防滲墻成套造孔挖槽工法技術體系做進一步的研究。

2 研究現狀

基于我國建設市場的基礎和條件，防滲墻工程主要采用的造孔挖槽設備有沖擊式鉆機、沖擊反循環鉆機、回轉鉆機、液壓抓斗、鋼絲繩抓斗、液壓銑槽機等[1]。這些設備有著不同的適應性和技術特點，需要根據實際情況進行合理選擇。主要防滲墻造孔挖槽設備技術特性見表1。

表1 主要防滲墻造孔挖槽設備技術特性

3 防滲墻成套造孔挖槽工法技術方案的優化組合比選要點

3.1 根據設備底層適應性進行初選

首先，工作人員要對施工區域的地質資料進行全方位的收集和詳細的研究，重點是對滲透參數和物理力學指標進行確定。在此基礎上，結合實際的設計要求，對設備組合的方式進行初選。如工程涉及超深與復雜地質條件，則要以鉆機與鋼絲繩抓斗配合的方式為首選，并適當配取液壓抓斗，以鉆抓法的施工方案開展施工作業，如施工現場的面積和資源受到限制，則以改進鉆劈法為主要施工方法，并以回轉鉆機為補充。通過這種方式，通常可以選出2～3個初步的方案[2]。

3.2 根據工期要求進行方案篩選

在方案已經初步擬定后，要根據設計圖紙和設備的參數，對設備數量和每臺設備所承擔的工作量進行精確計算，進而對施工工期進行確認。在設備數量的確定上，要以均衡生產作為基本原則。在計算完成后，如初步擬定的方案中有難以滿足工期的，則要對此方案予以放棄[3]。

3.3 根據具體的條件和要求排除方案

在方案篩選完成后，要根據實際情況中的有關因素，做進一步選擇。在這一環節中，要依照以下幾個原則加以進行：一是要滿足工程安全和施工安全的要求，以確保墻體的質量；二是要滿足環境保護方面的要求，噪聲和振動等均不應超標；三是要確保設備運行不破壞施工場地；四是要考慮施工區域的氣候條件和交通條件是否會構成影響；五是要考慮材料供應和爆破條件等因素是否會制約相應施工方案的順利開展[4]。

3.4 根據經濟情況比較和確定方案

針對比選方案，進行經濟比較，最終確定防滲墻槽孔施工方案與設備資源，成本對比應采用全口徑計算綜合成本，不應單一計算造孔費用。

4 常用的防滲墻成套造孔挖槽工法技術體系研究

4.1 改進鉆劈法

改進鉆劈法的起步相對較早，早在20世紀50年代末的密云水庫防滲處理施工中就已經得到廣泛應用。如今，這種方法已經得到了較大程度的改進。對超深防滲墻槽孔穩定性差，特別是漏漿塌孔風險高的情況和孤、漂（塊）石地層鉆機施工難度大的難題，針對嚴重架空、滲透性強的地層，為防止嚴重漏漿塌孔，研究應用了“平打法”和“分段鉆劈法”，充分擠密地層，減少漏漿塌孔。針對超深防滲墻底部小墻鉆頭難于定位、施工效率低，孤、漂（塊）石地層鉆機施工效率低的難題，大幅提高了造孔效率。這種方法地層適應能力強，除城市工程噪聲要求嚴的工程外，幾乎可以應用于所有地層的工程施工。目前，仍是我國水利水電工程應用最廣泛的工法技術之一，大量應用于國內水庫大壩、圍堰工程和病險水庫防滲處理工程中。具體來看，該方法的工藝流程如下：在已建好的施工平臺基礎上，預先按照防滲墻的寬度做好導墻。“鉆劈法”施工先施工主孔，再劈打副孔，主副孔相連形成一個槽孔。主孔是一個獨立的鉆孔，鉆頭直徑等于墻厚，副孔在2個主孔之間，長度大于主孔。鉆劈法施工的副孔在防滲墻軸線方向上的長度，黏性土地層為1.0～1.25倍主孔直徑，砂壤土和砂卵石地層為1.2～1.5主孔直徑。主副孔劈打完成后，將鉆機調整至小墻位置，從上至下至設計孔深，形成一個完整的連續的等厚度的槽孔。

4.2 抓取法

改進鉆劈法因出渣方式的原因，存在重復破碎問題，所以成槽工效低；而用圓鉆頭造孔、打小墻可控性差，致使孔斜保證率低、孔形的質量差。因此，提高防滲墻施工工效和質量一直是大家追求的目標。由此，抓取法應運而生，并在水利水電工程領域施工防滲墻的大規模建造中得到較為廣泛的應用。本項目研究重點針對超深與復雜地質條件防滲墻特點，對“抓取法”適應性進行研究。在對液壓抓斗施工深度的拓展研究和重型鋼絲繩抓斗及配套機具研發的基礎上，本工法已經多次成功應用于超深防滲墻工程覆蓋層施工。由于這種工法所使用的抓斗是通過切割抓取地層，不需要像鉆機那樣充分破碎地層，而且設備功率大，在適宜施工的地層，施工工效遠高于采用沖擊式鉆機“鉆劈法”施工。抓斗設備布置簡潔、移動靈活、操作方便、噪聲低，有利于文明施工和環境保護。本工法與“鉆劈法”相比，可提高工效6～10倍。適合在較松散、中等密實以下的細顆粒地層中采用，一般標貫擊數不大于22，否則施工工效將顯著下降，不適于基巖施工；但鋼絲繩抓斗通過重鑿的輔助施工，也可以在堅硬地層或基巖中成槽。

4.3 銑削法

本工法是采用液壓銑槽機銑輪旋轉切削地層，并連續反循環排渣的槽孔建造工法。液壓銑槽機主要由主機和銑削頭2大部分組成，主機為履帶起重機，銑削頭機體為一個鋼制重型機架，它的功能除了固定各工作部件外，還可以為銑削提供一定的給進力，并起導向作用。機體下端有2個銑輪，銑輪上安有銑齒（牙）或滾刀，它分別由2個潛水液壓馬達驅動并繞水平軸相對轉動。在轉動中銑齒不斷銑削地層，并使銑削的碎塊與膨潤土泥漿混合。安裝在銑輪上方的液壓泥漿泵抽吸泥漿并攜帶地層顆粒通過排渣管排出地面送至除砂系統，泥漿經除渣凈化后又被送回槽孔循環使用。

經大量研究分析表明，本工法具有工效快、成槽精度高、噪聲小、環保施工的優點，成槽質量也易于保證，特別適用于在均勻的覆蓋層和中低強度基巖中施工。但由于本工法采用的液壓銑槽機設備昂貴、國內市場數量十分有限，因此，該工法通常適用于規模大、工期緊張、精度要求嚴、環保要求高的工程，包括場地狹窄和噪聲要求高的防滲墻（城市地連墻)工程。

4.4 鉆抓法

鉆抓法是基于我國防滲墻工程施工引進抓斗設備后，針對沖擊（反循環）鉆機和抓斗不同的特點，通過2種設備的密切配合，充分發揮其不同的優勢，研發的系列工法，包括“兩鉆一抓法”“兩鉆三抓法”“上抓下鉆法”等。本工法總的特點是針對地層特性，充分發揮鉆機地層適應能力強和抓斗工效高的各自優勢，彌補對方的弱點，形成綜合優勢。從工程實踐來看，“兩鉆一抓法”可應用于幾乎所有地層，目前，已施工了200 m左右深度的槽孔，但當地層覆蓋層中致密堅硬地層或孤、漂（塊）石地層占比大于50%時，則不適宜采用。具體而言，這種工法要通過現場中試驗才能最終決定。

4.5 鉆銑法

本工法類似于鉆抓法，是由鉆機和液壓銑槽機配合施工，僅僅是抓斗換為液壓銑槽機。由于液壓銑槽機的先進性，施工工效更高。該工法在潤揚長江大橋北錨錠地下連續墻、冶勒水電站防滲墻、武漢陽邏長江大橋南錨錠地下連續墻、長江向家壩水電站一期圍堰防滲墻、南水北調穿黃一期工程地連墻等工程中，都進行了研究應用，其施工效率和施工質量均較高。本工法總的特點是針對地層特性，充分發揮鉆機地層適應能力強和液壓銑槽機工效高的各自優勢，彌補對方的弱點，形成綜合優勢。理論上說，這種工法可以適合各種地層，最大施工深度可達150 m以上，但由于設備昂貴，因此，更適宜于規模大、工期緊、標準要求高的大型工程項目加以采用。

5 結語

面對超深與復雜地質條件防滲墻槽孔施工的需求，可以形成對超深及復雜地層防滲墻成套成槽設備研究，其中，沖擊式鉆機、沖擊反循環鉆機、液壓抓斗、鋼絲繩抓斗和液壓銑槽機等鉆孔成槽設備各有優勢和其適應性，工程中可單獨采用一種設備施工，多數采用多種設備組合的施工方案，旨在發揮不同設備的優勢，實現最佳的施工效果。