水利基础工程施工技术

'蒋秋戈水利基础工程施工技术 特别感谢以下公司德国BAUER公司北京代表处芬兰TAMROCK公司北京代表处意大利SOILMEC公司北京代表处意大利CASAGRANDE公司北京代表处法国BACHY公司北京代表处备注：本文的编写查阅了大量资料，在此对于提供资料的公司表示感谢,本报告提出的观点及建议仅代表笔者个人的意见，有不妥之处请批评指正。 目录1.概述1.1水利基础工程类型1.2岩土钻掘工程在水利基础工程中的应用2.工程介绍2.1长江三峡水利枢纽工程2.2黄河小浪底水利枢纽工程2.3清江高坝洲水利枢纽工程3.主要施工设备及主要参数3.1主要基础施工设备类型3.2主要施工设备技术参数3.3几点说明4.主要施工工艺介绍5.主要收获6.国内堤防防渗工程技术简介7.“十五”水利基建工程8.三峡库区地质灾害治理9.三峡库区移民工程10.南水北调工程11.全国病险水库除险加固建设 重点 堤防工程(干流、重要支流)水利枢纽工程河道工程、闸涵、水库工程配套工程（道路桥梁工程）病险水库除险加固库区地质灾害治理水利基础工程类型岩土钻掘工程在水利基础工程中的应用爆破孔钻进：露天、水下、孔内爆破孔大坝、堤围（岸）加固工程：用钻入、压入、震入、打入、切入法设置钢板桩、钢管桩和混凝土桩，形成排桩墙。隔水帷幕灌浆、高压旋喷注浆工程大坝基础地下防渗墙工程各种锚固及抗浮工程：水平、倾斜、垂直、对穿式锚索各种隧洞工程：TBM、支护、钻爆法开挖桥桩工程坝区工程地质勘察与大口径基岩取芯工程大坝安全监测工程库区地质灾害治理工程输水管道穿越工程（非开挖）1.概述 岩土钻掘工程在水利基础工程中的应用新安江水电站十三陵抽水电站坝区加固水上钻探 岩土钻掘工程在水利基础工程中的应用葛州坝廊道灌浆输水隧道边坡加固 杭州西区水厂是杭州市利用外资贷款的重点工程，其输水隧洞是将钱塘江的水引入市区，其中隧洞的一段要穿越一条杭州至安徽省的重要公路。为避免拆迁及不中断交通，决定在穿越公路段采用浅埋暗挖管棚超前支护施工技术。隧洞断面4.54.5m²，穿越地层为坡洪积层。隧道埋深为4m，其中有地下排水管道和通信电缆。施工中在公路的一侧开挖码头门、沿拱顶布设25个管棚孔，管棚长20~22m，钢管直径115mm，外插角为0°,管棚间距25~30cm。采用土星-881加长型管棚钻机施工。杭州西区引水隧道工程HangzhouWestDistrictDrainTunnelEngineering 我国第二大水电站云南小湾电站开工目前澜沧江上最大的水电站小湾电站于2002年１月２０日下午正式开工建设，成为除三峡电站外全国最大的在建水电站，是实施国家‘西电东送’伟大战略的重要环节，是中国水电建设攀登新的台阶的标志。云南省在澜沧江中下游规划建设８座梯级电站，小湾电站是第二级，位于云南省凤庆县和南涧彝族自治县之间的澜沧江与漾濞江汇合处下游１.５公里。工程静态总投资２２５.５２亿元，动态总投资２７７亿多元，由国家电力公司、云南电力集团有限公司等按股权出资组建的澜沧江水电开发责任有限公司投资。按照计划，小湾电站将在四年后实现大江截流，２０１０年第一台机组投产发电，２０１２年全部机组发电。电站安装６台７０万千瓦水能机组，建成后电站的年发电能力将达到１８９亿千瓦时。小湾电站工程左岸全景图，大坝将在此崛起 上左:小湾电站工程完工后的模型下左:小湾电站工程左岸下游全景图下右:小湾电站工程右岸下游全景图 2.1长江三峡水利枢纽工程工程拦河大坝为混凝土重力坝，坝顶高程185米，坝长2300.47米，正常蓄水位高程175米，总库容393亿立方米，其中防洪库容21.5亿立方米，能有效地拦蓄宜昌以上的洪水，使荆江地区的防洪标准由目前的10年一遇提高到100年一遇。主体工程施工的总工期为17年。电站系坝后式厂房，分置溢洪坝段两侧坝后。电站共装26台机组，总装机容量1820万千瓦，年发电847亿千瓦时，主要供电华中、华东、部分至川东。通航建筑物设于左岸。永久通航建筑物为双线五级船闸及单线一级垂直升船机。通航建筑物年单向通过能力5000万吨。工程建成后可改善航道约650公里，万吨级船队可由武汉直达重庆。2003年永久通航建筑物启用，第一批机组发电。水库移民涉及湖北、四川两省的19个县市，根据1991-1992年调查，主要淹没实物指标为：淹没区人口84.46万人，淹没耕地和柑橘地38.86万亩。三峡工程所需投资静态（按1993年05月不变价）为900.9亿元人民币；其中包括枢纽工程500.9亿元人民币，水库移民工程400亿人民币；但考虑物价、利息等因素，动态所需投资为2039亿人民币。2.工程介绍 2.2黄河小浪底水利枢纽工程小浪底工程上距三门峡水库工程130公里，下距郑州花园口128公里，总投资约400亿元，工期从1994年9月12日至2001年12月31日，移民动迁近20万人。大坝顶长1317米，最大坝高154米，属粘土斜心墙堆石坝，在全国首屈一指，列世界前８名。主体工程中总开挖量3426万立方米,填筑量5357万立方米，混凝土288万立方米,钢结构3.1万吨,工程量仅次于三门峡工程。将安装６台30万千瓦水轮发电机组，年发电51亿千瓦时。小浪底水利枢纽是黄河干流在三门峡以下唯一能够取得较大库容的控制性工程。工程将在防洪、治沙、防凌、供水、灌溉、发电等方面发挥巨大的综合效益。形成总库容126.5亿立方米，有效库容51亿立方米，控制流域面积69.4万平方公里。可使目前黄河下游防洪标准由60年一遇提高到1000年一遇。工程泻洪系统有10座进水塔，有16条隧道的19个洞口组成，是世界上最大、最复杂的进水塔。3条泻洪洞出口的消力池，总长350米，宽70米，为世界第一。长251.5米，高61.44米，跨度26.2米的地下发电厂房，为中国之最。小浪底水利枢纽是利用世界银行贷款建设的项目，工程采用国际招标进行建设。整个工程采用与国际接轨的现代管理运作模式，主体工程由意大利、德国、法国三家实力雄厚的公司实行总承包。意大利英波吉罗为责任公司的黄河承包商中大坝标（Ⅰ标）；以德国旭普林为责任公司的中德意联营体中泄洪洞群标（Ⅱ标）；以法国杜美兹为责任公司的小浪底联营体中发电标（Ⅲ标），再通过招标发包给最优秀的中方水电工程公司。2.工程介绍 小浪底水利枢纽工程全景 2.3清江高坝洲水利枢纽工程清江是长江的一个支流，隔河岩水利枢纽工程和高坝洲水利枢纽工程是清江流域三级开发中的两个水电站。高坝洲水利枢纽工程围堰工程于1996年10月26日完成，1997年4月1日大坝开始浇筑混凝土，1999年10月第一台发电机组发电，设计安装3台发电机组，总装机容量25.2万千瓦。2.工程介绍 3.主要施工设备及主要参数3.1主要基础施工设备类型(1)双轮铣TrenchCutter德国BAUER公司BC30法国BACHY公司施工用双轮铣（型号不清）(2)钢丝绳抓斗MechanicalRopeGrab意大利SOILMEC公司BDM-825意大利CASAGRANDE公司DH-64德国LIEBHERR公司HS843HD型履带吊车（配套）(3)大型锚杆钻机AnchorsDrillingRig意大利SOILMEC公司SM-4OO（4台）美国INGERSOLL-RAND公司KR804(4)冲击反循环钻机HammerReverseCirculationSystem山东探矿厂CJF-20山西水利机械厂CZ-22中国水电基础工程局CZF-1200(5)岩心钻机CoreDrillingRig重庆探矿厂XY-2PC杭州钻探机械厂杭钻SGZ-IA(6)露天全液压履带式钻机及露天潜孔钻机SurfaceAll-hydraulicCrawlerDrillSurfaceDown-holeCrawler宣化英格索兰公司LM-500CCM-120芬兰TAMROCK公司Ranger600瑞典AtlasCopco中南冶金机械厂(小型全液压履带式钻机)(7)多臂凿岩台车All-hydraulicCrawlerJumbo瑞典AtlasCopco公司芬兰TAMROCK公司(8)手持式凿岩机Hand-PropelledRockDrill(9)小型锚杆钻机AnchorsDrillingRig重庆探矿厂MG-50(11)水平钻机HorizontalDrillingRig东北水电勘测设计院(12)冲击反循环用砂石泵SandstonePump郑州顺达钻机修造厂6BS(13)泥浆处理系统MudCirculationSystem德国BAUER公司BE-500国产高速泥浆搅拌机(14)高压旋喷钻机HighPressJetGroutingDrillingRig高压注浆泵HighPressPump意大利公司(15)空气压缩机AirCompressors瑞典AtlasCopco无锡公司XRHS385美国INGERSOLL-RAND上海压缩机公司XHP750SCAT(16)其它类型钻机：如大口径反循环钻机、冲击钻机、水井钻机 3.2主要施工设备技术参数 3.2主要施工设备技术参数 BC30全液压双轮铣和BE—500泥浆处理设备是三峡开发总公司从德国宝峨公司引进，是世界上最先进的地下连续墙施工设备，中国水电基础工程局和葛洲坝集团公司以承租的方式在二期围堰防渗墙施工中使用。双轮铣对地层的适应性良好，铣削工效高，成槽质量好，机械事故和孔内事故明显降低，最大成槽深度73m。双轮铣的铣齿是片状的，在砂砾石层和弱风化花岗岩层中铣削困难，铣齿损坏严重，在这两种地层铣削应配备滚刀铣齿。由于种种原因这台BC30没有配备滚刀铣齿，实际施工中在砂砾石层和弱风化花岗岩层中一般不采用双轮铣。由于进口铣齿太贵，使用单位委托洛阳九久公司配套国产铣齿，使用效果良好，价格200元/片，但寿命低于国外进口的。3.3有关施工设备的几点说明 液压抓斗在三峡工地使用时，由于设备故障率高，抓槽深度受到限制，遇有漂石孤石抓取困难，处理困难,试用后退出现场。钢丝绳抓斗不受深度限制，本身具有冲击特点，遇有漂石、孤石时能迅速更换成重冲击凿将漂石孤石凿碎。不作抓孔作业时，换上大钩当吊车使用，利用率高，故障少，深受施工单位欢迎，钢丝绳抓斗在三峡工程中最大抓深72m。3.2有关施工设备的几点说明 旧式冲击钻机在我国水电建设史上立下了汗马功劳，冲击被认为是钻进卵砾石层最有效的方法。山东探矿厂研制出的冲击反循环钻机--泰山CJF—20型钻机，钻头重4.5吨，除固定冲程外还有自由冲程，用泵吸反循环系统边冲击边排渣，主机75千瓦，钻塔负荷24吨，比旧式钻机提高工效6-8倍。中国水电基础工程局在CJF—20型钻机基础上又作了改进，推出了CZF-1500型冲击反循环钻机，研制了独特的外双狐成槽反循环钻头，获得国家专利，在二期围堰防渗墙施工中发挥了重要作用，取得了创造性成功。工期紧张时，使用的冲击反循环钻机的数量高达100多台。3.2有关施工设备的几点说明 东北水电勘测设计院研制的一种水平锚杆钻机，结构很独特，动力头是电动机的，用链轮链条传动，给进系统用液压马达加链条给进，结构简单，维修方便，非常耐用，被公认为是三峡工地锚杆施工中最好用的钻机。3.2有关施工设备的几点说明 3.2有关施工设备的几点说明在高坝洲水电站有一台小型全液压履带式钻机很有特色，总功率22kw。中空式液压动力头，双排链轮链条给进系统,后桥式履带，使用效果良好。 4.主要施工工艺介绍4.1主要施工工艺类型（1）地下连续墙（防渗墙）（2）帷幕灌浆（3）边坡加固（对穿式锚索）（4）高压旋喷止水帷幕（5）垂直抗拔锚杆（6）槽内爆破（7）钻爆法开挖隧洞（8）大口径基岩取心（9）水下爆破（10）露天爆破二期上游围堰防渗墙工程施工现场 4.2.长江三峡大坝防渗墙工程长江三峡工程于1997年11月大江截流，截流后要填筑二期围堰，并在堰体内构筑防渗墙工程。由于二期上游围堰堰高水深，工期短，施工质量高，且地质条件复杂，成墙深度大，施工难点很多，风险很大。根据地层的不同分别采用不同的成槽方法。堰体三分之二高度是水下抛填的风化砂、砂卵石和架空块球体,地层孔隙率大，渗透性强,可导致漏浆和孔壁坍塌。基岩为弱风化花岗岩,最深槽段墙体深度为74m，防渗面积为39696平方米。根据地层情况采取钻、铣削、冲、冲抓、钻爆相结和的成槽方法，先用钢丝绳抓斗或反铲开挖导槽致3m深，然后用BC30双轮铣铣槽致50～60m深。中部为砂卵石和架空块球体深度为60-70m，用钢丝绳抓斗成槽，下部为弱风化花岗岩，入岩1-2m深，用冲击反循环钻机成槽。采用湖南酆县出产的优质钠基膨润土做护壁泥浆，采用朔性混凝土浇筑墙体 槽孔分序施工，单号槽孔为Ⅰ序槽，双号槽孔为Ⅱ序槽，先施工Ⅰ序槽，后施工Ⅱ序槽。每一槽孔长度为6-7m，槽宽0.8m，先铣两边单元，后铣中间单元，在每一槽孔的两端先用冲击反循环钻机打两个引导孔至预定的孔深后，再用液压铣三铣成槽，先铣两边单元，后铣中间单元。施工工序及工艺流程 防渗墙施工组照 两个槽段的连接采用冲击成孔搭接方式，用中国水电基础工程局发明的一种外双弧冲击反循环钻头成孔后，再用外双弧刷孔钻头清除泥皮，接缝呈园弧状，这种工艺方法为中国水电基础工程局所独创。墙段连接双弧冲击反循环钻头双弧刷孔钻头 冲击反循环钻头刷孔钻头长方形冲击钻头 A.钻孔预爆：槽孔施工前的块状球体密集带或石渣块石，用SM-400全液压钻机钻预爆孔，在钻孔内下置一个或多个爆破筒进行爆破。B.槽内爆破：一是成槽过程中遇块球体或硬岩时,在槽内进行钻孔爆破，二是在块球体或硬岩表面放置聚能爆破筒进行爆破。施工中采用的主要技术措施 C.重凿冲砸：块石或块球体和硬岩经巨能爆破后，在铣削过程中如遇效率低下，可采用履带式起重机提升6吨重凿冲砸，再用双轮铣铣槽，这也是双轮铣铣槽的较佳组和方式。施工中采用的主要技术措施 D.槽内预灌浓浆堵漏：块球体区及破碎带，泥浆漏失严重，为此采取了槽内预灌浓浆进行堵漏。在槽内进行跟管钻进，孔距1-1.5m，钻孔穿过漏失带后自下而上分段灌注浓浆，灌注浆液有膨润土浆、水泥膨润土浆和砂袋，必要时掺加速凝剂-水玻璃，以控制浆液扩散范围。施工中采用的主要技术措施E.采用耐磨耐冲击高强度合金材料做重凿冲击刃，这种高强度合金材料为洛阳九久公司研制，使用效果良好，磨损情况明显改善，破岩能力增强，补焊次数减少。 F.泥浆及其净化系统：使用湖南酆县出产的钠基膨润土，加碱、加CMC（润滑剂）制浆，通过加强管理和现场检测及质控，满足的成槽作业的要求。泥浆净化采用德国宝峨公司BE-500型泥浆净化处理装置，通过振动筛和旋流器进行钻渣分离，泥浆循环使用。施工中采用的主要技术措施BE-500型泥浆净化装置国产泥浆净化装置国产反循环用砂石泵 三峡工程永久船闸上游水头175m，下游最高水头67m，落差108m，从上游入水口到下游出水口整个航道长6km。永久船闸是双向五级船闸，单向通过能力为5000万吨。船闸双向船道是从高程为262.42m的一座山体上开挖出来的。航道开挖宽度37m，衬墙厚2m，边坡开挖高达170m，地层为古老花岗岩，裂隙发育,有很多不稳定的块状体存在，施工难度大，是三峡施工三大难题之一。不同的地层情况采取了不同的支防措船闸从上到下采取排水法（水平平洞排水)船闸以下：强风化层，挂网喷混凝土弱风化层：锚杆加挂网喷混凝土良好地层：喷混凝土朔性变形区：用高强度锚杆直立墙以下：高强锚杆加表面喷混凝土4.3.长江三峡工程永久船闸开挖的边坡加固 对穿式水平锚索:两航道之间的岩体采用直径165mm，长56m的预应力对穿式水平锚索进行加固，预应力达300t，钻孔精度要求1%以内。钻机有国产锚杆钻机及水平钻机，土力公司SM-400锚杆钻机，美国INGERSOLL-RAND公司KR804钻机等设备。施工难度最大的是对穿式水平锚索，钻孔效果最好的钻机是东北水电勘测设计院研制的一种水平钻机。排水廊道:为保护边坡混凝土不被腐蚀，使边坡内的水排出，从上到下两边边坡各设计7条排水廊道。 ４.４三峡工程中堡岛花岗岩大直径岩心取芯技术长委会三峡勘测设计研究院为了获取三峡大坝下部详细地质资料，在三峡工程中堡岛上进行大直径取心钻进。采用钻机是水井钻机，钢粒法钻进，钻头直径800mm，壁厚50-60mm,开四个水口，钢粒直径5mm，结合投砂法。每钻一回次,提钻排水取心，清井底后再继续下一回次钻进。取心用楔断法，排水结束后，下入楔块，用重锤加导向冲击，利用岩石抗压不抗剪的脆性，将岩石楔断，一般是靠有经验的操作者听声音判断是否楔断，岩心用钢丝绳套住，提升到地面。 三峡工程中堡岛花岗岩大直径岩心取芯技术 4.5.清江高坝洲水利枢纽帷幕灌浆施工坝址处地层主要为古生界寒武系中、上统海相，滨海相沉积层，为岩溶角粒岩为性状的独特的块状岩体，在此岩体中建造防渗帷幕，有与众不同的特点。灌浆工程是在灌浆廊道中进行的，采取“小口径钻孔，孔口封闭，孔内循环，高压灌浆”工艺。钻孔用岩芯钻机，钻杆长度1.5m、钻孔口径Φ63、Φ73、Φ89mm，两台钻机用一台灌浆泵，灌浆压力4MPa。钻孔分布：根据地层不同分一排至三排，间距1.5-2m，呈梅花状分布，孔深最深110-120m，坝基处50-70m。施工工序如下：钻孔(每次钻深5m)→孔口封闭→循环灌浆（压力4MPa，时间持续90分钟）→灌浆结束(结束标准吸浆率Q<1L/min)→钻孔(钻深5m)→重复上面的步骤至终孔。 4.6.清江高坝洲水利枢纽工程抗拔锚杆施工泄水池下方是缓冲池，缓冲池开挖后浇注混凝土底板，为保证浇注底板与下部基岩牢固地结合在一起，采用抗拔锚杆。用中南冶金机械厂开发的一种小型全液压履带式钻机，风动潜孔锤钻进方法，钻口径200mm垂直孔，钻孔深度6-7m，清孔后将四束钢筋组成的锚杆(锚杆带注浆管)下入孔内，然后注入水泥浆，上部钢筋露头与底板钢筋焊在一起后，进行底板混凝土浇注。 4.7.黄河小浪底水利枢纽隧道工程工程泻洪系统有10座进水塔，有16条隧道的19个洞口组成，是世界上最大、最复杂的进水塔。3条泻洪洞出口的消力池，总长350米，宽70米，为世界第一。长251.5米，高61.44米，跨度26.2米的地下发电厂房，为中国之最。16纵横交错洞群完全是在山体中挖出来的，这里围岩属于Ⅲ类，节理发育，地质条件复杂，开挖采取钻爆法开挖，整个山体洞内洞外采用了大量的锚杆、锚索加固岩体边坡，采用了大量世界上先进的施工设备，成攻地建造了这个世界上地质条件复杂的水利工程的进水塔。导流洞（后期改建为多级孔板消能泻洪洞） 洞室开挖排砂洞地下厂房地下厂房明流洞发电洞 4.8黄河小浪底岩石灌浆、帷幕灌浆施工图.3主坝断面图(1)防渗粘土层(2)堆石(3)冲积层(4)岩石(5)坝轴线(6)上游围堰轴线(7)混凝土防渗墙(8)混凝土防渗墙(其它承包商承建) 图.4主坝防渗墙和灌浆帷幕断面①坝体②坝顶高架铁道281m③右岸断层④灌浆廊道（其它承包商承建）⑤固结灌浆⑥帷幕灌浆⑦帷幕灌浆(其它承包商承建)⑧混凝土防渗墙⑨混凝土防渗墙(其它承包商承建)⑩高出部分的防渗墙 固结灌浆：在帷幕灌浆之前，对地表5m深的范围内的地层进行了固结灌浆，钻孔按3m×3m网格状布置在基底上，基底宽度120m。5m深的固结钻孔采用的是空气潜孔锤钻进法。固结灌浆采用劈裂注浆法，每个孔的灌浆施工必须达到灌浆作业技术规范要求才能终止。帷幕灌浆：采用水循环回转钻进技术施工帷幕灌浆孔，采取自上而下的分段灌浆方法。在灌浆作业中，特别是在右岸施工作业中，遇到极为破碎的地层，导致大规模地层坍塌和并且给灌浆施工中钻孔作业带来极大的困难。为解决这种困难采取了自下而上的分段灌浆的方法，初定分为5m一段，或根据所遇地层条件确定分段长度。根据地层条件，在断层区布置了5排灌浆孔，一部分钻孔采取自上而下的分段灌浆方法，另一部分钻孔采取自下而上的分段灌浆方法。一些帷幕灌浆孔的深度未达到设计深度要求，余下的灌浆深度在灌浆廊道内继续进行，并且向下延伸帷幕灌浆深度直到达到设计要求为止。全部灌浆工程由中国水电部基础工程局所属的当地基础工程公司分包，完成了约68000m的帷幕灌浆孔施工。 GIN灌浆技术在小浪底工程得到开发性应用，取得了显著的经济效益。小浪底坝基及左岸山梁帷幕轴线长约3000m，帷幕灌浆进尺近30万米，最大帷幕深度达180m。GIN灌浆技术 GIN灌浆技术小浪底帷幕灌浆总进尺为30万米，灌浆工程量巨大。为简化灌浆工艺、减少浆材消耗、提高灌浆质量，并把我国的灌浆施工技术水平推向一个新的台阶，在世界银行特别咨询专家组和加拿大CIPM咨询专家的积极倡导下，小浪底帷幕灌浆引进、应用了GIN灌浆技术。GIN灌浆法由瑞士灌浆专家隆巴迪（LOMBAIDI）等人提出，是目前国际上正在推广应用的一项新的灌浆技术。GIN是英文GroutingIntensityNumber的字头，即灌浆强度值。它是用灌浆孔段上最终的灌浆压力P（MPa）和单位灌浆段长浆液灌注量V（L/m）的乘积表示。其含义为单位灌浆段长上消耗的能量。GIN=P·V（MPa·L/m）隆巴迪认为：在灌浆过程中，保持各灌浆孔段上消耗一致的能量，即保持GIN值为常数，便可形成一道大致均匀的防渗帷幕。GIN灌浆技术具有：1)在灌浆过程中使用单一配合比的稳定浆液；2)根据GIN曲线通过计算机实时监控灌浆压力和灌注量，避免出现有害的灌浆压力或不必要的灌注量。GIN法灌浆与传统灌浆的区别：1）GIN方法使用单一水灰比的稳定浆体，凝聚力为一常数值。其灌浆结束标准只受GIN值大小的制约；2）传统灌浆方法包括确定一个灌浆压力并采用几种水灰比的浆体，例如依次采用比较高的水灰比（4:1、3:1、2:1、1:1等）。根据各孔的进浆量或进浆流率的大小进行变浆。其变浆和结束标准主要受最大灌注量、进浆时间和在最终压力下流率的制约。在2000年左岸单薄山体地表帷幕灌浆中用GIN法招标施灌15000m，取得了良好的经济效益。 GIN帷幕灌浆技术的开发性应用GIN灌浆理论与传统灌浆方法的结合按照GIN法的灌浆理论，宜采用自下而上分段卡塞纯压式灌浆。我国普遍采用的小口径钻孔、孔口封闭、孔内循环、自上而下分段的灌浆方法，积累了较为丰富的经验。它具有施工简便、可对岩体多次重复灌注，灌浆质量可靠等优点。灌浆结束标准的结合GIN法灌浆结束标准和我国传统灌浆方法的结束标准有着本质的区别。GIN法要求在灌浆过程中，只要达到规定的GIN值，灌浆即可结束。与灌浆过程中进浆量的大小无关。我国传统的灌浆方法的结束标准，主要是依据进浆量的大小确定，通常是在进浆量很小的情况下，灌浆方可结束。在达到同样灌浆效果的前提下，GIN法灌浆比常规灌浆每米节省水泥125.14Kg。GIN法每米平均纯灌时间比常规法灌浆缩短35min,节省工时28%。 小浪底GIN法灌浆结束标准1）达到GIN值，且流量小于2L/min时，持续10min可以结束。2）达到GIN值，但流量较大时，应调整压力，使之沿GIN曲线下滑，直到流量小于2L/min时，再持续10min可结束。3）达到最大压力值流量小于1L/min时，持续30min可以结束。4）当流量较大时，应按规定及时采取措施，包括限流、限量和间歇等。间歇时间为6~12小时。 GIN值的选取选择合适的GIN值及相应的最大灌浆压力和单位段长浆液的最大灌注量是确保灌浆质量的重要环节。通常情况下，隆巴迪建议了五种GIN值和相应的包络线，如图所示，在大多数情况下，推荐采用150Mpa·L/m的中等的灌浆强度值，限制灌浆压力3Mpa，限制灌入量为200L/m。参照隆巴迪的建议，根据工程的水文地质条件以及常规灌浆试验时所采用的灌浆压力值，分别确定了现场灌浆试验、2号灌浆洞内灌浆和4号灌浆洞灌浆的GIN采用值。 制浆工艺流程采用GIN灌浆技术除需配置常规的灌浆设备外，必须配置高速搅拌机，以生产稳定的浆液。 GIN灌浆过程质量监控GIN法灌浆，在灌浆过程中要求对灌浆强度值大小随时作出判断。灌浆过程采用计算机系统进行自动记录和质量控制。对微细裂隙地层的灌浆，注入率很小，压力升高很快，当压力达到最大值后，保持压力稳定到灌浆结束。此时，灌浆过程曲线一般在OEAHO区内，灌浆结束点落在AE线上。这种情况多见于岩层比较完整、具有微细裂隙地段或对于Ⅲ序孔灌浆范围。对中等发育裂隙地层的灌浆，灌浆开始阶段注入率中等，随着注入率的增加压力平稳上升，当灌浆过程线逼近或达到GIN包络线的AB段时，逐渐降低灌浆压力，使过程线沿AB线下滑直到灌浆结束。对此情况，灌浆过程一般在OAB区域，灌浆结束点落在AB曲线上。对宽大裂隙张开裂隙地层的灌浆，由于耗浆量大，难以升压，有时呈无压自流状态，遇到这种情况，一般采取限流、间歇、复灌等措施处理，直到达到规定的灌浆结束标准，此时的灌浆过程曲线一般在OGBF区，灌浆结束点一般在BF线或以远，见图中曲线。典型灌浆曲线 图.8主坝地下混凝土防渗墙（原设计）图.9实际施工的主坝地下混凝土防渗墙（1）地下混凝土防渗墙（2）地下混凝土防渗墙（其它承包商建造）（3）灌浆帏幕（4）灌浆帏幕（其它承包商建造）（5）完整岩石 图.6上游围堰喷射灌浆工程（1）完整基岩（2）混凝土防渗墙（当地的承包商承建）（3）高压旋喷防渗墙 一期工程由中国水电基础工程局采用冲击反循环钻机成槽并灌注朔性混凝土完成。二期工程由外方承包商意大利一家公司承包做高压旋喷防渗墙。主要施工设备如下:钻孔钻机∶两台CasagrandeC8钻机注浆钻机∶一台SIRIO型钻机注浆泵：一台Halibuton公司的HT400泵和一台Soilmec公司的泵。4.9.黄河小浪底高压旋喷施工 钻进方法（1）对于浅孔则采用聚合物泥浆护壁潜孔锤钻进的方法。（2）深孔钻进时用聚合物泥浆护壁回转钻进的方法（3）当在非常松散或渗透性很强的地层或冲积地层进行深孔钻进时，在非常松散或渗透性很强的地层或冲积地层中，为防止复杂地层钻进时钻孔坍塌，采用了Odex冲击回转钻进系统连续超前跟管钻进的方法。采用1层或2层套管护壁Odex冲击回转钻进的方法，其钻具组成如下：(A)Ф168mm套管和Ф127mm钻杆，用回转动力头连续送入孔内，钻进深度近30m。(B)Ф127mm套管和Ф89mm钻杆，用回转动力头连续送入孔内，钻进深度近30m。(C)套管安装完毕后，用聚合物泥浆冲洗钻孔，一是润滑钻具，二是有助于作业完成后套管的起拔。(D)当外层套管提出孔口后，灌浆钻杆(回转钻进用钻杆）插Ф127mm回转冲击套管内，下到达孔底后，Ф127mm套管被提出孔内。 深孔钻进施工特点深孔钻进时，钻孔与旋喷分开，用一台履带式全液压钻机专门钻孔，由于地层破碎，堆石块区成孔困难，采用牙轮钻进法，用聚合物泥浆护壁，钻孔完比后下入PVC花管。一台大型全液压履带式旋喷钻机将钻具下入PVC花管内，钻机行程40m左右，一钻到底。在PVC花管内喷浆，浆液将花管压裂并通过花管孔喷浆，用专门的制浆设备造浆，整个过程用计算机控制调节，单一的配合比始终保持浆液的稳定性，大大节省了材料的消耗。施工工艺流程钻机对孔位→钻孔→下入花管→旋喷钻机对孔位→钻具下入花管内→旋喷→结束。 小浪底高压旋喷施工技术参数为确定混合体的性能、高压旋喷参数及地层的渗透性在工作现场预先进行了三项野外实验：（a）在松散的冲积地层中完成了5个高压旋喷体的试验，以验证同种形状、不同混合物形成的高压旋喷体的性能。(b)选定出具有最优性能的混合体后，在密实的冲积地层中做4组10m深的高压旋喷体，再将每个高压旋喷体上部6m长的部分挖掘出来，以确定高压旋喷参数及检测旋喷体的直径。（c）最后的试验是采用25个高压旋喷体组成一长方形固结体，在长方形固结体底部32m处旋喷一2m厚的固结层形成一个封闭的箱体结构，用常压水头和落差水头在箱内进行测试，以验证喷浆试验的效果。用双液喷浆系统，用压缩空气和膨润土/水泥混合物作喷射介质。根据以上基础试验，确定了下列高压旋喷注浆参数：灌浆压力：>42MPa空气压力：1.4MPa旋转速度：12rpm水泥/膨润土混合物流量：3.5～40l/sec喷嘴直径:2个Ф3mm喷嘴提升速度:4cm/14sec在冲积地层中4cm/9sec在充填堆积地层中旋喷体28天强度：1.5～2.2Mpa 上游围堰的地下防渗墙被分成了两部分：第一部分是0.80m厚的混凝土防渗墙,第二部为高压旋喷防渗墙，总面积为10500m。旋喷体与混凝土防渗墙的重叠长度为5m。除了混凝土防渗墙外,高压旋喷防渗墙深度必须向下扩展到基岩，最大深度为55m,防渗墙由连续交割旋喷体组成，旋喷体的最小的直径为1.20m，旋喷体的孔间距为1m。旋喷固结体的总长度约为10500m。施工过程中遇到的主要问题：（1）是在复杂地层（由砂、砾石、大部分鹅卵石组成的冲积层）的超深孔中旋喷介质与土体的混合问题（2）要求钻孔精度在垂直方向的偏差为0.5%的问题。用高压旋喷的方法完成了以下特殊部位的处理：（1）左岸砂裂的处理:完成加固工程量8000m，最大的深度25m。（2）在坝的下方河床底部与左岸边坡的接合处，经探测存在砂砾石层，在这个区域内从地下防渗墙的两侧到基岩底部。（3）修复地下防渗墙槽段No1，旋喷注浆加固260m，最大深度40m。（4）虎口处理：旋喷注浆加固和防渗处理470m，最大的深度40m。与传统的地下防渗墙施工技术相比，采用高压旋喷注浆建造地下防渗墙的方法使得承包商能够克服施工中的各种困难且最大程度地减少了由于施工难度大而带来的风险。 4.10.黄河小浪底水利枢纽工程主坝防渗墙工程小浪底水利枢纽大坝为粘土斜心墙堆石坝,截流后要在围堰中间主轴线位置做一道主防渗墙，由法国基础公司(BachySoletancheGroup—BSG)承包。地层为黄河的沉积层厚度达70m。 地下防渗墙在河床上建造地下防渗墙是整个工程中最关键的一步在中国建造的最深的地下防渗墙之一混凝土防渗墙原设计主要的技术特征如下：（1）在含有砂、大鹅卵石、巨砾石的松散冲积地层中建造共计6700m、抗压强度为35Mpa的混凝土防渗墙，要求嵌岩深度不小于1m。（2）根据投标所提供的图纸表明河床底部轮廓是平滑的。（3)新建的混凝土防渗墙要与原由地方承包商建造地下防渗墙连接成一体（这一槽段称为修复槽段1，它的上一个槽段由当地承包商施工，由于出现地层坍塌严重而被迫放弃施工）。要求切除掉1.2m宽原承包商建造的混凝土防渗墙，以便形成一条完整的接缝。（4）面临施工难度大、工期紧的严峻形势。 主要技术难点(a)接缝开挖和接缝宽度的控制要挖掘的冲积地层中含有大量的鹅卵石，岩石的抗压强度在100-180Mpa。这些岩石仍处在Hydrofraise挖槽机能够破碎的岩石强度以下，但用抓斗穿越这种地层非常困难的。由于要在原建造的混凝土防渗墙中开槽，接缝开挖只有Hydrofraise挖槽机能够进行施工。新建的混凝土防渗墙要与原由地方承包商建造地下防渗墙连接成一体。为了保持平衡和避免地层软硬不均在挖掘时造成的偏斜、同时把在破碎的冲积层中挖掘的困难减少到最小，须先施工两个相邻的槽段，再施工中间槽段，以便形成完整的接缝。仍有可能在中间槽段施工时遇到带有裂隙的鹅卵石地层，一旦遇到这种地层唯一的解决办法是用冲击凿穿越障碍。在两个主槽段之间开挖的接缝槽段（接缝一般被人为是地下混凝土防渗墙最薄弱的地方）通常的宽度为2.8m，这是现场能确定的最大宽度。（b）接缝误差的控制挖槽的深度和小浪底复杂的地层条件使挖槽作业时在垂直方向必然产生一定的偏斜。用Hydrofraise挖槽机挖槽能使这种偏斜度降到最小，用抓斗挖槽时，如事先采取预防性的施工措施，也能将垂直方向的偏斜度控制在一个合理的误差范围内。在垂直方向上的偏差技术要求是非常严格的，施工技术规范要求不超过0.25%。 图.8主坝地下混凝土防渗墙（原设计）图.9实际施工的主坝地下混凝土防渗墙（1）地下混凝土防渗墙（2）地下混凝土防渗墙（其它承包商建造）（3）灌浆帏幕（4）灌浆帏幕（其它承包商建造）（5）完整岩石 地层条件的变化——不同的地层条件采取的不同的技术措施沿防渗墙轴线进一步的调查得出的河床底部轮廓的趋势图表明有两个区域出现悬垂岩石：一个区域岩石面接近垂直状态，另一个区域岩石面急居倾斜。对这些区域岩石在挖槽作业时采取了不同的技术处理方法，这种地层对混凝土防渗墙的施工有很大的影响，将阻碍地下混凝土防渗墙下部的基础工程如帏幕灌浆施工的进行。在区域A：在槽内河床底部用Φ165mm孔径的潜孔锤预先钻进到基岩，钻孔按300mm中心距呈网格状排列，剩下的岩石用带冲击凿的抓斗抓取和hydrofraise挖槽机切削。在区域B：被称之为虎口，在悬垂岩石下面用三点交叉的高压旋喷体处理。这些高压旋喷体是在这个区域的地下混凝土防渗墙完成后进行施工的。在区域C和D：在河床底部的岩石和悬垂岩石用hydrofraise挖槽机切除。 地下混凝土防渗墙接缝施工的新方法采用接缝施工新方法的目的是克服各种施工技术难题第一次在大坝建造中使用，为的是建造完整的地下混凝土防渗墙体系。地下混凝土防渗墙接缝施工的新方法概述接缝施工的新技术包括横向槽段的施工、稳定的塑性混凝土的使用。接缝槽段与主槽段垂直呈横向布置，接缝槽段是切割部分主槽段开挖的。接缝施工时把原先建造的地下混凝土防渗墙主槽段重叠切掉一部分，用Hydrofraise挖槽机形成的接缝轮廓与铣齿形状相同。在每一个接缝槽段施工完后槽内的临时性的塑性混凝土被主槽段的混凝土置换。但仍有一部分塑性混凝土作为一个永久性混凝土垫保留在主槽段有限的接缝间隙内，这种塑性混凝土保持着一定的柔性，客观上它在最薄弱的接缝处已成为一个附加的、永久性的防水密封。接缝施工新方法技术特点（a）水的深度在垂直方向对接缝造成偏移的影响失效。（b）减少接缝的数量，防渗墙的薄弱点(接缝)减少了50%。（c）做为附加的防护措施它在防渗墙所有接缝前面形成一道永久性的可靠的防水密封。（d）它为由于地壳运动的影响、大坝的建设质量的影响、季节性库容水位的上升和下降水压力的影响而造成的墙体移动而导致的漏失现象提供了一种永久性的防护措施。 主坝地下混凝土防渗墙建造采用了接缝施工新方法。施工中采用的主要设备：●3～4台带冲击凿的地下连续墙抓斗●1台Hydrofraise40O0挖槽机●泥浆处理站和附属设备●1台当地的服务吊车 地下连续墙工艺流程 地下连续墙工艺流程 法国基础公司用四台抓斗和一台双轮铣(CUTTER)施工。每一槽段长6.2m，槽宽1.2m，槽深70-80m。施工程序如下:抓Ⅰ序槽段(三抓成槽)→灌注Ⅰ序槽段→抓Ⅱ序槽段→灌注Ⅱ序槽段→抓垂直槽段(一抓成槽)→灌注垂直槽段→铣搭接槽段(一铣成槽)→灌注搭接槽段。搭接槽段用双轮铣(CUTTER)成槽,两边接头墙分别铣掉20cm，形成十字接头槽。采用这种形式的接头是为了赶工期，最后提前两个月完成主坝防渗墙工程。成槽采用法国进口泥浆，后选用山东产钠基膨润土泥浆，泥浆质量良好，在接缝处没有泥皮出现，接缝呈“锯齿状”。双轮铣的铣齿呈“子弹头形状”。 黄河小浪底水利枢纽工程主坝防渗墙工程施工工序流程 塑性混凝土的技术指标和组成除混合物外两种混凝土组成如下：名称单位常规混凝土塑料混凝土水泥(kg/m)400130～150水(l/m)180305当地产膨润土(kg/m)0100混凝土骨料(kg/m)1810156728天抗压强度(MPa)352～3结论（a）用Hydrofraise挖槽机施工次级槽段的新方法，排除了由于地层本身的条件而给施工造成的任何可能出现的不利影响。（b）hydrofraise挖槽机通过与抓斗的协作在硬岩石层里无论何种地层条件都可无障碍地进行挖槽作业施工，还能在的不含砾石和鹅卵石的砂层中进行深孔挖槽作业。（c）增加了施工机械的数量，使带冲击凿的抓斗从2台增加到4台，为起决定性作用的hydrofraise挖槽机大大的增加了工作面，提高了施工生产效率。（d）取消了完成主槽段施工后再施工次要槽段的必要性，消除了工序的影响。（e)新探测出的4块施工困难区的技术处理措施，减少了在河床底部完成所有的基础工程施工的时间。 小浪底高压旋喷防渗墙成功地应用，给类似工程提供了宝贵的经验，表明高压旋喷技术是正在发展中的复杂地层地基处理新技术，其技术性、经验性很强。当前国内高压旋喷防渗墙施工中出现的质量问题，不能归咎于该技术本身，而有时是缺乏经验、技术水平不高所致。采用转盘式水井钻机，结合钢粒法钻进，楔断法取心，是目前我国大口径取心最有效、成本最低的钻进方法，我国大型水电工程的地质勘查和工程质量检测，基本采用这种钻进方法。在回填的砂卵砾石和堆石层中钻进，目前的技术水平下，冲击+反循环+重型冲凿是最有效的钻进方法；基岩中全断面钻进在目前的技术水平下，能加压钻进的钻机+反循环+滚刀钻头是公认的最有效的钻进方法，在抗压强度140MPa的花岗岩层中钻进国内施工单位创造了小时效率0.3-0.5m/h的进尺纪录。小浪底工程全部由外国承包商承包，基本上是现代化的大型施工设备，三峡工程是国内组织施工，但关键施工设备例如双轮铣，钢丝绳抓斗等从国外进口，仅有空气压缩机（中风压），露天潜孔台车是国内合资企业生产的，当前状况下国产设备很难满足大型水电项目施工的要求。施工装备落后、施工队伍基本素质差和技术水平底，是当前施工企业普遍存在的问题，经过市场的优胜劣汰，使技术水平高的队伍保留下来，三峡工程再次证明没有高技术、高素质的队伍无法适应基础工程发展的需要。设备的开发应紧紧围绕国民经济发展的主战场，重视科技开发，重视市场的研究，更要有坚韧不拔的市场开拓意识，只有这样才能在激烈的市场竟争中求得生存，才能开发出既能适应市场要求又能出效益的好产品。工程施工中重视泥浆使用及处理技术，成槽、钻孔都在十分复杂的地质条件下进行的，泥浆的好坏直接关系到成槽、钻孔的安全和施工效率的提高，现场施工泥浆的使用和处理要求非常严格，都有一套齐全的泥浆设备和处理方法，从自动计量称重、混合、搅拌及除砂处理。在小浪底的高压旋喷施工中，由于地层极为复杂，意大利承包商采取钻孔与旋喷分开的施工方法，既解决了钻孔问题，又提高了施工效率，对我们重新认识高压旋喷施工技术的开发具有重大的指导意义。5.主要收获 长江堤防加固工程建设的情况1998年大水后，长江堤防建设一直是全国大规模防洪工程建设的重点。长江中下游堤防总长约3万公里，由干流堤防、两湖堤防、重要支流堤防等组成，长江堤防建设可研总投资为543亿元。目前在建的长江中下游干流堤防，总长度3385公里，其中I、II级堤防长2907公里，建设总投资为307亿元，其中中央投资228亿元。截至目前，长江中下游干流堤防建设共安排投资268.4亿元，其中中央投资197.3亿元，地方配套投资71.1亿元；累计完成设计土方73%，完成设计石方48％，堤防断面达标完成80％。新技术、新设备、新材料、新工艺广泛应用于长江中下游堤防隐蔽工程建设长江堤防隐蔽工程是指穿堤建筑物、基础加固和防渗处理、抛石固基等施工难度大、技术要求高的工程。近年来，防渗工程方面引入了10余种防渗墙建设方法和机械设备，大体覆盖了目前我国同类工程的全部形式，各类深层搅拌法、薄型抓斗成墙、振动切槽、锯槽、射水、链斗、气举反循环成槽等得到了广泛应用。土工合成材料，高强度、低弹模的塑性防渗墙材料和优化配合比后的水泥土柔性材料等防渗材料和防渗方法也得到了进一步推广。长江干堤堤防建设仍存在不少问题，主要有：（1）建设程序不规范。（2）存在设计超标准，设计方案未经充分优化，设计过于保守，浪费投资的现象。6、国内堤防防渗工程技术简介 .射水法建造地下防渗墙技术(福建省水利水电科学研究所)利用水泵和特制成型器中的射水装置所形成的高速水流的冲击力，淘刷土质、砂土地基，水土混合使泥沙溢出地面，并通过成型器修整，泥浆固壁，形成规格尺寸槽孔，经灌注水下混凝土建成单块混凝土槽板，采用一定技术措施将单块槽板相互紧密衔接，形成一道混凝土地下连续防渗墙。墙体厚度22cm～45cm，深度可达30m,垂直度小于1/300，整体防渗系数小于1×10-7cm/s。射水法造墙机由造孔机、浇筑机、混凝土搅拌机三部分组成。日平均(24小时计)200m2/台。墙体造价150～170/m2(22cm厚素混凝土)。Ⅱ型台机60万元左右，Ⅲ型台机80万元左右。适用于密实黏土、亚黏土、淤泥、砂土及粗砂的多种地基。Ⅲ型台机适用于10cm以下的卵石层。6.1射水法建造地下防渗墙技术 .锯齿掏槽修建地下连续防渗墙技术(东北岩土工程公司)成墙是由专门的锯槽机完成。锯槽机上有功率较大的摆动机构，将近乎垂直的锯管作上下往复运动，在往复运动的同时，锯槽机向前移动，移动速度可根据地层情况需要调整。当墙的深度小于15m时，可采用连续置换或铺膜成墙工艺，建成的连续墙的接头间距可达数十米或更长。当槽深较大时，可采用分段隔离或浆液自凝成墙工艺。成墙最大深度47m，成墙宽度0.15m～0.40m。成墙效率平均大于100m2/台·日，可建造0.2m左右的窄墙。150～250元/m2。60万元左右。适用于颗粒粒径小于100mm的松散地层，如黏土、砂土、砂、砾及小卵石等地层。6.2锯齿掏槽修建地下连续防渗墙技术 液压开槽机连续成墙技术(河南省黄河河务局)液压开槽机是由在同一轨道上行走的开槽机、水下混凝土浇筑机、清槽砂石泵及混凝土搅拌机组成。液压开槽机沿墙体轴线连续成槽，槽孔完全连续。墙体厚度20Cm左右，最大深度可达到40m。150m2/台·班(8小时计)。20m深、22cm厚的墙体150元/m2。主机60～70万元。适用于砂壤土、粉土、黏士等地质条件。6.3液压开槽机连续成墙技术 多头小直径深层搅伴桩截渗墙技术(水利部淮河水利委员会基础工程有限责任公司)运用特制的多头小直径深层搅拌桩把水泥浆喷入土体，并搅拌形成水泥土墙，达到截渗目的。最大成墙深度可达18m，成墙厚度为200～300mm，渗透系数小于A×l0-6cm/s(1