3.3 防渗墙成套造孔挖槽工法技术体系
3.3.1 “改进钻劈法”工法技术
3.3.1.1 概述
我国引进防渗墙施工技术后,开始采用单孔连锁桩成墙。1959年,在密云水库防渗处理施工中,基础局创造了“钻劈法”防渗墙施工工法,成为沿用至今的造孔成槽方法。本书依托冶勒水电站[1-2]、狮子坪水电站[3-4]、下坂地水利枢纽[5]、泸定水电站[6-7]、黄金坪水电站[11-12]等防渗墙工程,开展了100m以上深度防渗墙“钻劈法”适用性研究和改进研究[20-22]。
通过CZ-2000系列冲击重型反循钻机的研发与应用和重型冲击钻机的改进,验证了该工法仍然可以应用于超深与复杂地层防渗墙工程。
针对100m以上深度防渗墙槽孔稳定性差,特别是漏浆塌孔风险高的情况和孤、漂(块)石地层钻机施工难度大的难题,针对严重架空、渗透性强的地层,为防止严重漏浆塌孔,研究应用了“平打法”和“分段钻劈法”,充分挤密地层,减少漏浆塌孔。
针对超深防渗墙底部小墙钻头难以定位、施工效率低,孤、漂(块)石地层钻机施工效率低的难题,本书依托旁多水利枢纽、黄金坪水电站研发了“钻砸抓法”,用抓斗配合钻机施工,大幅提高了造孔效率。
“平打法”“分段钻劈法”和“钻砸抓法”等作为“钻劈法”的辅助施工工法,共同构成了“改进钻劈法”施工工法技术。
3.3.1.2 工艺原理
该工法的基础是“钻劈法”,冲击钻机施工防渗墙槽孔主孔时,采用钻头连续冲击破碎地层,抽筒或砂石泵抽取泥浆中的钻渣形成进尺。副孔施工时,采用钻头连续或间断冲击主孔之间的副孔地层,冲击后钻渣落入主孔由抽筒抽取,或直接用接渣斗接出孔外。副孔施工完成后,由于钻头是圆形的,其间会留下一些残余部分小墙,需要钻机逐一打净。
“平打法”是在遇到较大比例严重漏浆塌孔地层时,在漏浆塌孔地层上部采用“钻劈法”成槽,在严重漏浆塌孔地层槽孔内,采用主、副孔逐一平打的方式,边回填堵漏材料,边挤密地层,每一循环进尺不大于1.5m。穿过漏浆塌孔地层后,再采用“钻劈法”施工下部槽孔。
“分段钻劈法”是在遇到较大比例严重漏浆塌孔地层时的另一种施工方法,在漏浆塌孔地层上部采用“钻劈法”成槽,然后将槽孔分段,每5~10m为一段,按“钻劈法”施工成槽,穿过漏浆塌孔地层后,再采用“钻劈法”施工下部槽孔,直至施工到孔底。
“钻砸抓法”作为辅助工法,主要是在超深防渗墙施工岩石小墙时和大直径孤、漂(块)石地层中应用。一种情况是钻机施工槽孔副孔完成后,采用钢丝绳抓斗吊特制重凿冲砸小墙,由于重凿底面积与质量大,冲击力强,便于寻找小墙位置,冲砸效果好。抓斗冲砸小墙的破碎石渣,由抓斗抓取,剩余极小工程量的小墙和石渣由钻机清理完成。另一种情况是在大直径孤、漂(块)石地层中,停止钻机施工,由钢丝绳抓斗吊特制重凿冲砸破碎孤、漂(块)石,然后再由钻机施工。
3.3.1.3 工法特点
“钻劈法”是我国最为传统的防渗墙施工工法,应用范围广,适应能力强,研究“改进钻劈法”可有效解决严重漏浆塌孔问题,提高深槽孔岩石小墙和大直径孤、漂(块)石地层施工效率,特别是采用改进重型冲击钻机后,该工法仍广泛应用于100m以上超深与复杂地质条件防渗墙施工。该工法特点具体体现在以下几个方面:
(1)设备价格低,市场保有量巨大,操作简单易学,具有广泛的市场基础。
(2)地层适应能力强,除噪声要求严格的城市工程外,几乎可以应用于所有地层工程的施工。
(3)修孔能力强,特别是对于不均匀地层和探头石、陡坡岩石地层,易于保证造孔精度。
3.3.1.4 适用范围
该工法地层适应能力强,除噪声要求严格的城市工程外,几乎可以应用于所有地层的工程施工。目前,该工法仍是我国水利水电工程应用最广泛的工法技术之一,大量应用于国内水库大坝、围堰工程和病险水库防渗处理工程中。
3.3.1.5 工艺流程
防渗墙是在已建好的施工平台基础上建造,并预先按照防渗墙的宽度做好导墙。“钻劈法”施工先施工主孔,再劈打副孔,主、副孔相连形成一个槽孔。主孔是一个独立的钻孔,钻头直径等于墙厚,副孔在两个主孔之间,长度大于主孔。“钻劈法”施工的副孔在防渗墙轴线方向上的长度,黏性土地层为1.0~1.25倍的主孔直径,砂壤土和砂卵石地层为1.2~1.5倍的主孔直径。
由于钻头是圆形的,主、副孔劈打完成后,其间会留下一些残余部分小墙,将钻机调整至小墙位置,从上到下至设计孔深(打小墙)。至此形成一个完整的、连续的、等厚度的槽孔。
劈打副孔时一般在相邻的两个主孔中放置接砂斗接出大部分劈落的钻渣。由于在劈打副孔时仍有部分(或全部)钻渣落入主孔内,因此需要重复钻凿主孔,此作业称作“打回填”。当采用常规冲击钻机造孔时,钻凿主孔和打回填都是用抽砂筒出渣的,当采用冲击反循环钻机造孔时,主要用砂石泵抽吸出渣,有时也要用抽砂筒出渣(如开孔时)。“钻劈法”工艺流程如图3.1所示。
图3.1 “钻劈法”工艺流程图
“钻劈法”施工工序如图3.2所示。
图3.2 “钻劈法”施工工序图
“平打法”施工工序如图3.3所示。
图3.3 “平打法”施工工序图
“分段钻劈法”施工工序如图3.4所示。
“钻砸抓法”施工工序如图3.5所示。
3.3.1.6 操作要点
(1)施工平台建造。在钻机平台上铺设枕木及导轨,其宽度满足钻机施工和移动要求。出渣平台的宽度根据钻具的长度而定,宜采用混凝土或浆砌石。导向槽的内宽略大于防渗墙的设计宽度,其材料深防渗墙一般采用钢筋混凝土。
(2)钻机安放要平稳、牢固,连接好钻具。对准孔位,做好开钻准备。
(3)先施工主孔,开孔时宜间断冲击,直至钻头全部进入孔内,冲击平稳后方可连续冲击。
(4)劈打副孔要对准孔位,间断冲击劈打,严禁打空钻。对于砂卵石地层,可用接砂斗接出大部分劈落的钻渣。
(5)对劈打副孔掉入主孔的钻渣,需要重复钻凿主孔,此作业称作“打回填”。
图3.4 “分段钻劈法”施工工序图
图3.5 “钻砸抓法”施工工序图
(6)在主、副孔钻完之后,其间会留下一些残余部分,称作“小墙”。这需要找准位置,从上至下把它们清除干净(俗称“打小墙”),形成一个连续完整和宽度及深度满足要求的槽孔。
(7)钻机中要及时测孔,发生偏斜时,及时修孔纠偏,保证成槽深度、宽度及孔斜满足设计要求。
3.3.1.7 主要设备
主要采用冲击钻机或冲击反循环钻机,超深防渗墙需采用改进型重型冲击钻机(图3.6)和重型冲击反循环钻机(图3.7),采用“钻砸抓法”时配备少量钢丝绳抓斗。钻具有十字钻头、空心钻头、阶梯钻头等。抽砂采用抽筒、接砂斗等。若采用反循环钻机应配备砂石泵和泥浆净化机等。
图3.6 重型冲击钻机
图3.7 重型冲击反循环钻机
3.3.2 “抓取法”工法技术
3.3.2.1 概述
我国以往防渗墙槽孔的施工主要采用“钻劈法”,这种施工工法因出渣方式的原因,存在重复破碎问题,所以成槽工效低;而用圆钻头造孔,打小墙可控性差,致使孔斜保证率低、孔形的质量差。因此,提高防渗墙施工工效和质量一直是大家追求的目标。
20世纪末期,国内引进了液压与钢丝绳抓斗,在水利水电工程中率先采用“抓取法”大规模施工防渗墙,本书针对超深与复杂地质条件防渗墙特点,重点介绍了“抓取法”的适用性[23-25]。该工法已成功应用于超深防渗墙工程覆盖层施工中。
3.3.2.2 工艺原理
“抓取法”成槽的工作原理是:利用液压(钢丝绳)抓斗本身的质量对地层产生的压力和油缸或钢丝绳倍轮机构产生的合斗力形成的合力对地层进行切割抓取,并同时将渣土直接抓出孔外,完成槽孔的挖槽;抓斗质量的大小十分关键,质量小重力就小,平衡下掘力就小。遇到比较硬的地层,抓斗(液压式、钢丝绳悬挂式)就会上抬,从而使掘进效率下降;另外,液压抓斗一般具有纠偏机构,但在作业过程中可以随时发现孔斜情况,并给予纠正;钢丝绳抓斗虽然没有纠偏装置,但在作业过程中可以通过观察悬吊抓斗钢丝绳位置的变化,随时判断孔斜的产生,并采取措施排除;当槽孔内地层较硬或遇到大直径孤、漂(块)石和基岩时,可利用重凿进行预破碎后再进行挖掘。抓斗工艺原理如图3.8所示。
图3.8 抓斗工艺原理图
3.3.2.3 工法特点
该工法采用抓斗施工,由于抓斗是通过切割抓取地层的,不需要像钻机那样充分破碎地层,而且设备功率大,在适宜施工的地层,施工工效远高于采用冲击钻机“钻劈法”施工。抓斗设备布置简洁、移动灵活、操作方便、噪声低,有利于文明施工和环境保护。该工法与“钻劈法”相比,可提高工效6~10倍。
3.3.2.4 适用范围
液压抓斗采取该工法适合在较松散、中等密实以下的细颗粒地层中施工,一般标贯击数不大于22,否则施工工效将显著下降,不适于在基岩中施工;但钢丝绳抓斗通过重凿的辅助施工,也可以在坚硬地层或基岩中成槽。
3.3.2.5 工艺流程
该工法的主要工艺流程是:根据设计图纸确定防渗墙轴线和标高→按施工组织设计要求构筑防渗墙导墙和施工平台→在导墙上标注一、二期槽段位置→在一期槽灌注泥浆并做好开始施工的准备→按三抓完成一个槽段施工(一般槽段长6.8m,三抓分别是2.8m、1.2m、2.8m)→清孔→验槽→下设接头管和孔内预埋件及浇筑导管→浇筑混凝土→起拔接头管和导管→判断混凝土上升面位置→结束混凝土浇筑→完成相邻另一个一期槽段施工→完成第一个二期槽段施工→直至完成防渗墙所有槽段的施工。“抓取法”工艺流程如图3.9所示,施工工序如图3.10所示。
图3.9 “抓取法”工艺流程图
图3.10 “抓取法”施工工序图
3.3.2.6 操作要点
(1)施工平台。施工平台应坚固、平整,适合于抓斗机械行走,宽度满足施工需要,高程需综合考虑以下条件:
1)应高出地下水水位1.5m以上。
2)施工期水位应保证施工平台安全。
3)废渣、废水的排放应通畅,满足文明施工要求。
4)考虑经济效益的影响,施工平台的建造应尽量减少平台的挖填方量。
(2)防渗墙导墙。抓斗机械是重型设备,因此要充分考虑施工荷载的影响。
1)导墙应建造在坚实的地基上,当地基土较松软时,修筑导墙前必须采取加固措施,如高喷桩、振冲桩支护等,以使其有足够的承载力,避免导墙断裂、孔口坍塌。
2)导墙宜采用现浇钢筋混凝土构筑。
3)导墙高度应为1.5~2m。
4)导墙两侧回填土必须夯实,夯实回填土的时候应采取措施防止导墙倾覆或发生位移。
5)在施工时,应随时对导墙的沉降、位移进行观测,保证安全。
(3)固壁泥浆。由于该工法是使用抓斗对地层直接进行抓取,施工速度快,因此要求泥浆要有良好的物理性能、流变性能和稳定性。
1)拌制泥浆的土料宜选用膨润土材料,应考虑对泥浆添加合适的钠离子添加剂(如氢氧化钠、碳酸钠等)、CMC增黏剂等,以使泥浆有良好的稳定性及抗地层渗漏性能,添加种类及比例应采取现场试验的方式确定。
2)应严格按照规定的配合比配制泥浆,各种成分的添加量误差不得大于5%。储浆池内的泥浆应经常搅动,保持泥浆性能指标的均一性。
3)应考虑施工区域采用地下水或海水拌制泥浆对泥浆性能的影响,应对水质进行化验分析,采取有效保证泥浆质量的措施。
(4)抓取施工。
1)根据地层情况划分抓取Ⅱ序副孔大小。地层较密实、透水性较低时可将副孔长度定为2.2~2.6m,地层渗透性强或孤、漂(块)石较多时,副孔长度应在1.2~2.2m,这样更利于发挥抓斗作用,提高工效。
2)机械抓斗与液压抓斗性能有别,实际操作中应根据地层情况适当选择。地层情况较好,槽孔深度小于60m时可选用液压抓斗(采用本书改进后的抓斗可放宽到110m);地层情况复杂,孤、漂(块)石较多,槽孔深度大于60m时宜采用机械抓斗,以用其重锤破碎直径大于80cm的孤石。
3)成槽施工中,液压抓斗掘进时不能冲击,以防把油管拉断;钢丝绳抓斗掘进时可以冲击,但也只能做1m以下短冲程冲击,否则会损坏抓斗构件。
4)成槽施工中,液压抓斗掘进时可以随时发现孔斜并及时通过调斜油缸纠偏;钢丝绳抓斗掘进时可通过观察悬吊抓斗钢丝绳位置的变化,随时判断孔斜的产生,并采取回填后重新挖掘的办法纠正。
3.3.2.7 主要设备
导板式液压抓斗:型号为KH-180,由日本真莎株式会社生产。主要技术参数:抓斗质量为20t,斗宽为600~1400mm,开斗长2200mm,闭斗长1800mm,抓斗高7500mm,履带吊车起重能力为500kN,动力为220马力,系统压力为35MPa,单绳拉力为60kN,接地压力为0.056MPa,如图3.11所示。
图3.11 导板式液压抓斗(单位:mm)
导杆式液压抓斗:型号为QUY50,产地为中国抚顺。主要技术参数:抓斗质量为18t,斗宽600~1400mm,开斗长2200mm,闭斗长1800mm,抓斗高7500mm,履带吊车起重能力为500kN,动力为220马力,系统压力为35MPa,单绳拉力为60kN,接地压力为0.056MPa,如图3.12所示。
钢丝绳抓斗:型号为HS843HD,由德国宝峨公司生产。主要技术参数:抓斗质量为13t,斗宽600~1400mm,开斗长2800mm,闭斗长2400mm,抓斗高7500mm,履带吊车起重能力为500kN,动力为300马力,系统压力为35MPa,单绳拉力为200kN,接地压力为0.056MPa,如图3.13所示。
图3.12 导杆式液压抓斗
图3.13 钢丝绳抓斗
3.3.3 “铣削法”工法技术
3.3.3.1 概述
20世纪末期,基础局引进了世界上最先进的液压铣槽机设备,在水利水电工程中率先采用“铣削法”施工防渗墙,本书针对超深与复杂地质条件防渗墙特点,重点介绍了“铣削法”的适用性[26-28],该工法已成功应用于超深防渗墙、围堰防渗和病险库防渗处理工程的覆盖层施工中,先后在润扬大桥北锚碇地下连续墙[29]、冶勒水电站防渗墙[1-2]、武汉阳逻长江大桥南锚碇地下连续墙[30]、长江向家坝水电站一期围堰防渗墙[16-17]、南水北调穿黄一期工程地下连续墙[31]等工程中应用。
此外,结合冶勒水电站右岸防渗墙工程,引进了廊道内CBC25专用卧式液压铣槽机,最大挖槽深度为84m。
3.3.3.2 工艺原理
该工法是采用液压铣槽机铣轮旋转切削地层,并连续反循环排渣的槽孔建造工法。
液压铣槽机主要由主机和铣削头两大部分组成,主机为履带起重机,铣削头机体为一个钢制重型机架,它的功能除了固定各工作部件外,还可以为铣削提供一定的给进力,并起导向作用。机体下端有两个铣轮,铣轮上安有铣齿(牙)或滚刀,它分别由两个潜水液压马达驱动并绕水平轴相对转动。在转动中铣齿不断铣削地层,并使铣削的碎块与膨润土泥浆混合。安装在铣轮上方的液压泥浆泵抽吸泥浆并携带地层颗粒通过排渣管排出地面送至除砂系统,泥浆经除渣净化后又被送回槽孔循环使用。“铣削法”原理示意图如图3.14所示。
图3.14 “铣削法”原理示意图
1—槽孔铣削掘进头;2—泥浆泵;3—除砂器;4—泥浆箱;5—离心供浆泵;6—钻渣;7—补浆泵;8—膨润土泥浆搅拌机;9—膨润土料仓;10—清水
3.3.3.3 工法特点
液压铣槽机是最先进的造孔挖槽设备,设备动力强、自动化程度高、移动方便、布置简洁。施工中,液压铣槽机通过铣轮铣削地层,砂石泵直接将破碎土体抽出,泥浆经净化机处理后返回槽孔循环利用,具有工效快、精度高、操作方便、不污染环境等显著特点,在适宜地层中施工,工效可达1000~3000m3/月,是采用国内常用的冲击钻机及“钻劈法”工效的10~20倍,是采用抓斗设备及相应工法工效的2~4倍。
液压铣槽机配有高效的砂石泵和泥浆净化机,可高效循环利用固壁泥浆。利用液压铣槽机清孔换浆,清孔效果好,十分有利于防渗墙墙体浇筑质量。此外,铣削法可以在二期槽孔施工时,通过与一期槽孔搭接铣削的方式,同时形成接头,不用专门施工接头。
3.3.3.4 适用范围
该工法具有工效快、成槽精度高、噪声小、环保施工的优点,成槽质量也易于保证,特别适用于在均匀的覆盖层和中低强度基岩中施工;如覆盖层中含有较大直径的漂(卵)石或岩石坚硬,虽采用该工法仍可施工,但工效低、设备磨损大、施工成本高,宜辅以其他槽孔建造工法和手段配合。
由于该工法采用的液压铣槽机设备昂贵、国内市场数量十分有限,故适用于规模大、工期紧张、精度要求高、环保要求高的工程,包括场地狭窄和噪声要求严格的防渗墙(城市地下连续墙)工程。
3.3.3.5 工艺流程
该工法施工工序如图3.15所示,主要工艺流程如下:
图3.15 “铣削法”施工工序图
工艺流程1:为使液压铣槽机开孔时铣头下卧到槽孔泥浆内并保证开孔精度,先采用反铲或抓斗预开挖槽孔深度不小于2.5m,然后开孔铣削。
工艺流程2:铣削一期槽孔两侧单元。
工艺流程3:铣削一期槽孔中间单元。
工艺流程4:清孔换浆后浇筑一期槽孔。
工艺流程5:相邻一期槽孔浇筑后,择时铣削二期槽孔;采用“铣削法”成槽工法施工防渗墙(地下连续墙),一、二期槽孔一般采用铣削接头,二期槽孔一般采用一铣成槽。
工艺流程6:清孔换浆后浇筑二期槽孔。
3.3.3.6 操作要点
(1)施工导墙、平台与槽孔预开挖。施工导墙宜为钢筋混凝土结构,其规格应根据设计的墙体深度、预计的成槽周期、地基密实程度确定,以保证施工期间槽口的稳定和施工设备与人员的安全。
施工平台宜为钢筋混凝土结构,配筋情况根据施工设计确定,以保证安全兼顾经济为总体原则。施工平台中间某部位或远离防渗墙轴线的一侧应布置排水沟,以便于施工废水排出,保证现场文明施工。
在液压铣槽机正式施工前,应将槽孔进行预开挖,以保证液压铣槽机开孔稳定和预注泥浆用,深度不小于2.5m。
(2)一期槽孔长度。一期槽孔长度的确定,除了考虑施工周期、槽壁稳定、混凝土浇筑上升速度等因素之外,还应该考虑与成槽工法直接相关的因素:两边Ⅰ序槽孔长度由设备铣削宽度确定,一般为2.8m;两侧临空铣削的中间Ⅱ序单元长度,不宜超过铣削架总体开度的1/2~2/3,特别是对于相对坚硬的地层,如此考虑的出发点是,中间单元铣削时,便于铣削架的稳定和成槽质量。一般情况下,一期槽孔采用三铣成槽,长度为7~7.5m。
(3)二期槽孔长度。二期槽孔一般为一铣成槽,长度为液压铣槽机施工宽度,一般为2.8m。
(4)固壁泥浆。由于该工法使用液压铣槽机施工,反循环出渣快,铣削速度高,因此要求固壁泥浆要有良好的物理性能、流变性能和稳定性,一般采用优质膨润土泥浆。特别是对于采用铣削法接头时,更应该考虑泥浆被墙体混凝土材料污染的问题。一般的做法是,在漏失地层中,一期槽孔需关注泥浆漏失问题,适用黏度指数(黏度、动切力)相对高一些的泥浆;二期槽孔因泥浆易被墙体材料污染,易使用黏度指数相对低一些的泥浆,成槽结束后,再根据泥浆检测情况,换一些性能更合适清孔和墙体材料浇筑的新鲜泥浆。不同阶段泥浆性能指标可参考相关规范。
(5)二期槽孔开始铣削时间。二期槽孔开始铣削时间不宜过早,龄期太短的一期槽孔墙体材料对泥浆具有更明显的污染;一般须待两侧一期墙体材料达到70%设计强度(7d龄期)后进行,一期墙体材料达到上述强度后宜尽早安排施工二期槽孔,以免随着强度的增加,增加二期槽孔成槽的难度。
(6)成槽施工特点。
1)结构均匀的覆盖层,该工法可以充分发挥它的铣削优势,工效高,槽形好,非常适用。
2)该工法对坚硬孤、漂(块)石与硬岩地层适应性较差,铣齿易于磨损崩裂,成槽工效明显降低,设备易损坏,槽形亦受影响,铣槽机作业受到局限,发挥不出先进设备的作用。
3)对于石渣体、碎块石、砂卵砾石等疏松结构地层,当槽内泥浆迅速沿疏松大孔隙急剧漏失,浆面下降,威胁槽孔安全时,应及时停止钻进,解决地层泥浆漏失问题后,再行施工,避免将铣头埋住。
4)对于中等硬度的基岩,一般情况下铣削成槽工法可以直接应用,效率高于其他成槽设备,机械损耗小,槽形好;但遇有基岩风化程度不均一,内含有未风化硬核、硬块岩性时,铣削成槽工法就显得困难,进度缓慢,一般需借助槽内爆破解决。
3.3.3.7 主要设备
该工法的主要设备包括液压铣槽机及与之配套的泥浆净化装置。国内目前主要的液压铣槽机型包括德国宝峨公司生产的BC30、BC40及CBC25型铣槽机,如图3.16所示,各自性能参数见表3.6和表3.7。
图3.16 BC30、BC40及CBC25型铣槽机
表3.6 BC30、BC40型铣槽机相关性能参数
表3.7 CBC25型铣槽机相关性能参数
国内项目亦使用过法国地基公司生产的HF12000型铣槽机,其性能特点见表3.8。常用的泥浆净化装置有德国宝峨公司生产的BE500型泥浆净化装置及国内的类似产品,以BE500型泥浆净化装置为例,其性能参数见表3.9。
表3.8 HF12000型铣槽机性能参数
表3.9 BE500型泥浆净化装置性能参数
3.3.4 “钻抓法”工法技术
3.3.4.1 概述
“钻抓法”是基于我国防渗墙工程施工引进抓斗设备后,针对冲击(反循环)钻机和抓斗的不同特点,通过两种设备的密切配合,为充分发挥其不同的优势而研发的系列工法,包括“两钻一抓法”“两钻三抓法”“上抓下钻法”等[32-34]。
该工法最初在福建水口水电站、葛洲坝水电站进行过试验,但因抓斗设备性能较差等原因,没有形成成熟的技术和规模应用。20世纪末开始,特别是21世纪后,该工法技术日趋完善,得以大规模应用。
针对超深与复杂地质条件防渗墙工程的特点,依托旁多水利枢纽[8-10]、新疆小石门水库等工程[13],基础局又研发了“回填抓取法”“加打主孔法”等配套施工工法,大幅提高了“钻抓法”100m以上超深防渗墙的适应性,有效提高了造孔挖槽工效,是超深与复杂地质条件防渗墙工程施工最重要的工法技术。
3.3.4.2 工艺原理
(1)“两钻一抓法”。由冲击(反循环)钻机钻取槽孔主孔,除完成一部分工作量外,首先切割了地层,为抓斗施工提供临空面,并起到导向作用;主孔完成后,由液压(钢丝绳)抓斗抓取副孔覆盖层至基岩表面,再由钻机施工副孔基岩部分。当抓斗抓取副孔覆盖层遇孤、漂(块)石地层或局部致密地层施工困难时,可采用钢丝绳抓斗吊取重锤或用钻机冲砸破碎,然后继续抓取。
(2)“两钻三抓法”。工艺原理类似于“两钻一抓法”,防渗墙一、二期槽孔的槽段划分与主、副孔分序一般设置3个以上的主孔,当地层均匀、松散,十分有利于抓斗施工时,仅使用钻机钻取槽孔端部主孔,由液压(钢丝绳)抓斗抓取副孔覆盖层至基岩表面,再由钻机施工副孔基岩部分。此工法在“两钻一抓法”基础上,可进一步减少钻机的工作量,更大限度地发挥了抓斗的作用。
(3)“上抓下钻法”。首先由抓斗采用“抓取法”施工防渗墙覆盖层部分至基岩表面,再由钻机采用“钻劈法”施工基岩部分成槽,工效最快,但在不均匀地层,不易保证挖槽精度。
(4)“回填抓取法”。该工法作为“两钻一抓法”的辅助工法,对于含孤、漂(块)石地层较多的防渗墙工程,在抓斗抓取副孔过程中,副孔中的孤石碎块、漂(块)石和卵(碎)石会掉入已造好的主孔中,当掉入主孔中的漂卵石高度与副孔高度相同时,抓取难度极大,往往是再由冲击钻机打回填,达到一定深度后,再由抓斗施工;如此反复,抓斗工效极低,甚至无法继续施工。该工法是将已造好的主孔回填壤土或钻屑,使主孔中不存在抓斗难以抓取的漂卵石。这样,通过改变主孔中地层的颗粒组成和地层性状,大大提高了抓斗抓取土体能力,使抓斗工效显著提高,特别适用于超深防渗墙施工。
(5)“加打主孔法”。该工法作为“两钻一抓法”的辅助工法,在含孤、漂(块)石地层较多的防渗墙工程中,抓斗抓取副孔工效较低,采用钻机在副孔中部加打一主孔,穿过含孤、漂(块)石地层,进行地层预破碎后,然后再由液压(钢丝绳)抓斗抓取副孔覆盖层至基岩表面,最后由钻机施工副孔基岩部分,此工法对于大比例孤、漂(块)石地层深防渗墙施工十分适用。
3.3.4.3 工法特点
该工法总的特点是针对地层特性,充分发挥钻机地层适应能力强和抓斗工效高的各自优势,弥补对方的弱点,形成综合优势。
(1)“两钻一抓法”。
1)采用钻机施工主孔,完成了一部分工作量,发挥了钻机预先破碎孤、漂(块)石地层的能力,同时利用钻机修孔能力强的特点,可保证防渗墙一、二期槽孔和Ⅰ、Ⅱ序副孔的有效连接,并为接头施工创造条件。
2)采用抓斗抓取副孔,有效发挥了其工效高的优势,大幅提升了造孔挖槽的综合工效。
3)与传统“钻劈法”相比,可提高工效3~5倍;与“纯抓法”相比,提高了抓斗施工的适应性,特别是对于超深与复杂地质条件防渗墙工程,适用性更强。
4)当采用冲击反循环钻机时,可利用钻机泥浆循环设备实施泥浆循环和清孔换浆,与单一采用抓斗施工相比,不用单独配置清孔设备。
(2)“两钻三抓法”。该工法是“两钻一抓法”的派生,基本特点与之相同。与“两钻一抓法”相区别的是不用钻机打槽段中间孔,更减少了钻机施工的比例,以进一步提高工效。缺点是中间没有导向槽,槽孔易产生偏斜,由于减少了中间孔对地层的切割,当土层中含有致密坚硬层或较多孤、漂(块)石时,用抓斗抓取中间部分会困难,不宜采用。
(3)“上抓下钻法”。该工法是在防渗墙槽孔上部覆盖层非常适用抓斗抓取时,全部采用抓斗施工,将剩余的基岩部分由钻机施工,在抓斗与钻机配合的施工中,最大发挥了抓斗作用,工效会最高,但同样存在和“抓取法”一样的地层要求。
(4)“回填抓取法”。该工法是“两钻一抓法”的辅助工法,避免了在抓斗抓取副孔过程中,副孔的孤、漂(块)石和卵(碎)石渣掉入已造好的主孔中,增加抓斗抓取难度的问题。实践表明,其原理虽然简单,但提高工效十分明显。
(5)“加打主孔法”。该工法也是“两钻一抓法”的辅助工法,在含孤、漂(块)石地层较多的防渗墙工程中,在副孔中加打一钻后,破碎了孤、漂(块)石,再次分割了地层,可大幅提高抓斗的工效和施工精度。
3.3.4.4 适用范围
从工程实践来看,“两钻一抓法”可应用于几乎所有地层,目前已施工了200m左右深度的槽孔;当覆盖层地层中致密坚硬地层或孤、漂(块)石地层占比大于50%时,不应采用。“上抓下钻法”与“两钻三抓法”则对地层要求更高一些,作为与“两钻一抓法”原理类似的工法,可在适用“两钻一抓法”地层中经现场试验决定是否采用。
3.3.4.5 工艺流程
(1)“两钻一抓法”。“两钻一抓法”是由抓斗与冲击钻机或冲击反循环钻机配合施工,发挥抓斗在均匀松散地层工效快、移动方便与钻机适应地层能力强的各自优势,由钻机钻取主孔导向槽,抓斗抓取副孔,最后由钻机钻凿基岩。“两钻一抓法”工艺流程如图3.17所示,施工工序如图3.18所示。
工艺流程1:钻机钻取主孔,直至终孔。
图3.17 “两钻一抓法”工艺流程图
图3.18 “两钻一抓法”施工工序图
工艺流程2:抓斗抓取槽孔副孔上部覆盖层地层,上部如为夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层,则只能使用钢丝绳抓斗,钢丝绳抓斗遇到夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层时,可换取重凿砸碎地层后,再行抓取。
工艺流程3:钻机钻取基岩,打小墙。
工艺流程4:清孔换浆后浇筑墙体混凝土。
(2)“两钻三抓法”。“两钻三抓法”工艺流程类似于“两钻一抓法”,施工工序如图3.19所示,主要工艺流程如下:
工艺流程1:钻机钻取槽孔两侧主孔,直至终孔。
工艺流程2:抓斗抓取槽孔副孔上部覆盖层地层,上部如为夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层,则只能使用钢丝绳抓斗,钢丝绳抓斗遇到夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层时,可换取重凿砸碎地层后,再行抓取。
工艺流程3:钻机钻取基岩,打小墙。
工艺流程4:清孔换浆后浇筑墙体混凝土。
图3.19 “两钻三抓法”施工工序图
(3)“上抓下钻法”。“上抓下钻法”工艺流程类似于“两钻一抓法”,施工工序如图3.20所示,主要工艺流程如下:
工艺流程1:抓斗抓取槽孔上部覆盖层地层,上部如为夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层,则只能使用钢丝绳抓斗,钢丝绳抓斗遇到夹漂(卵)石或坚硬的覆盖层地层时,可换取重凿砸碎地层后,再行抓取。
工艺流程2:冲击(反循环)钻机分主、副孔钻取基岩地层。
工艺流程3:冲击(反循环)钻机清孔换浆。
工艺流程4:浇筑墙体混凝土。
(4)“回填抓取法”。“回填抓取法”施工工序如图3.21所示。
(5)“加打主孔法”。“加打主孔法”施工工序如图3.22所示。
图3.20 “上抓下钻法”施工工序图
图3.21 “回填抓取法”施工工序图
3.3.4.6 操作要点
(1)导向槽与施工平台。
1)导向槽与施工平台应高出地下水水位1.5m以上。
2)钻机与抓斗施工平台宜在墙体轴线两侧分别建造,便于设备灵活移动。
3)导向槽应修建在坚实的地基上,当地基土较松软时,修筑导墙必须采取加固措施,如夯实、高喷桩、振冲桩支护等,以使其有足够的承载力,避免导墙断裂、孔口坍塌。
图3.22 “加打主孔法”施工工序图
4)导向槽应为钢筋混凝土结构,钢筋配置应根据设计的墙体深度、预计的成槽周期、地基密实程度确定,以保证施工期间槽口的稳定、施工设备和人员的安全。
5)钻机平台一般采用枕木及轨道机构。
6)抓斗施工平台整体或部分应为混凝土结构,其配筋情况根据具体情况确定,应坚固、平整,宜适于抓斗机械行走,宽度满足施工需要。
7)施工过程中,应对导向槽和施工平台的沉降、位移进行必要的观察和观测。
8)废渣、废水的排放应当通畅,满足文明施工要求。
(2)槽孔划分。因为需要抓斗和钻机配合施工,槽孔长度应结合两种设备的特点,并结合地层条件确定,一般为7.0m左右。
(3)钻机主孔或基岩施工。
1)钻机施工前要安放平稳、牢固,连接好钻具,对准孔位,做好开钻准备。
2)主孔开孔时宜间断冲击,直至钻头全部进入孔内,冲击平稳后方可连续冲击。
3)钻孔过程中,应及时测孔、修孔,始终保证槽孔的孔斜率控制在要求的范围内。
4)基岩地层施工时,要及时取岩样进行鉴定或依靠地质资料进行钻进,确保墙体的入岩深度。
5)劈打小墙时要对准孔位,间断冲击劈打,严禁打空钻。小墙要彻底清理干净,以保证槽孔的有效宽度。
(4)抓斗覆盖层施工。
1)抓斗成槽施工中,液压抓斗挖槽时不宜冲击,因为冲击会把油管拉断。
2)成槽施工中,液压抓斗掘进时不能冲击,以防把油管拉断;钢丝绳抓斗掘进时可以冲击,但也只能做1m以下短冲程冲击,否则会损坏抓斗构件。
3)成槽施工中,液压抓斗掘进时可以随时发现孔斜并及时通过调斜油缸纠偏;钢丝绳抓斗掘进时可通过观察悬吊抓斗钢丝绳位置的变化,随时判断孔斜的产生,并采取回填后重新挖掘的办法纠正。
3.3.4.7 主要设备
“钻抓法”成槽主要设备为冲击钻机、冲击反循环钻机、液压抓斗和钢丝绳抓斗。
3.3.5 “钻铣法”工法技术
3.3.5.1 概述
该工法类似于“钻抓法”,是由钻机和液压铣槽机配合施工,仅仅是抓斗换为液压铣槽机。由于液压铣槽机的先进性,施工工效更高。在润扬大桥北锚碇地下连续墙[29]、冶勒水电站防渗墙[1-2]、武汉阳逻长江大桥南锚碇地下连续墙[30]、长江向家坝水电站一期围堰防渗墙[30]、南水北调穿黄一期工程地下连续墙[31]等工程中,提出了“两钻一铣法”“两钻三铣法”和“上铣下钻法”等工法,提高了施工工效。
3.3.5.2 工艺原理
(1)“两钻一铣法”。由冲击(反循环)钻机钻取槽孔主孔,除完成一部分工作量外,首先切割了地层,为液压铣槽机施工提供临空面,并起到导向作用;主孔完成后,由液压铣槽机铣削副孔覆盖层至基岩表面,再由钻机施工副孔基岩部分。当液压铣槽机铣削副孔覆盖层遇孤、漂(块)石地层时,可用钻机冲砸破碎后,然后继续铣削。
(2)“两钻三铣法”。工艺原理类似于“两钻一铣法”,防渗墙一、二期槽孔的槽段划分与主、副孔分序一般设置3个以上的主孔,当地层均匀、松散,十分有利于液压铣槽机施工时,仅使用钻机钻取槽孔端部主孔,由液压铣槽机铣削副孔覆盖层至基岩表面,再由钻机施工副孔基岩部分。此工法在“两钻一铣法”基础上,可进一步减少钻机的工作量,更大限度地发挥了抓斗的作用。
(3)“上铣下钻法”。首先由液压铣槽机采用“铣削法”施工防渗墙覆盖层部分至基岩表面,再由钻机采用“钻劈法”施工基岩部分成槽。
3.3.5.3 工法特点
该工法总的特点是针对地层特性,充分发挥钻机地层适应能力强和液压铣槽机工效高的各自优势,弥补对方的弱点,形成综合优势。
(1)“两钻一铣法”。
1)采用钻机施工主孔,完成了一部分工作量,发挥了钻机预先破碎孤、漂(块)石地层的能力,同时利用钻机修孔能力强的特点,可保证防渗墙一、二期槽孔和Ⅰ、Ⅱ序副孔的有效连接,并为接头施工创造条件。
2)采用液压铣槽机铣削副孔,有效发挥了其工效高的优势,大幅提升了造孔挖槽的综合工效。
3)液压铣槽机配有高效的砂石泵和泥浆净化机,可高效循环利用固壁泥浆;利用液压铣槽机清孔换浆,清孔效果好,十分有利于保证防渗墙墙体浇筑质量。
4)与“纯铣法”相比,提高了液压铣槽机施工的适应性,特别是对于超深与复杂地质条件防渗墙工程,适用性更强。
(2)“两钻三铣法”。该工法是“两钻一铣法”的派生,基本特点与之相同。与“两钻一铣法”相区别的是不用钻机打槽段中间孔,更减少了钻机施工的比例,以进一步提高工效。缺点是中间没有导向槽,槽孔易产生偏斜,由于减少了中间孔对地层的切割,当土层中含有致密坚硬层或较多孤、漂(块)石时,用抓斗抓取中间部分会困难,不宜采用。
(3)“上铣下钻法”。该工法是在防渗墙槽孔上部覆盖层非常适用液压铣槽机铣削时,全部采用液压铣槽机施工,将剩余的基岩部分由钻机施工,在液压铣槽机与钻机配合的施工中,最大发挥了液压铣槽机作用,工效会最高,但同样存在和“铣削法”一样的地层要求。
3.3.5.4 适用范围
从工程实践来看,该工法可应用于各种地层,目前已施工了近100m左右深度的槽孔;当覆盖层致密坚硬或孤、漂(块)石地层占比大于50%时,不应采用。“上铣下钻法”与“两钻三铣法”则对地层要求更高一些,作为与“两钻一铣法”原理类似的工法,可在适合“两钻一铣法”地层中,经现场试验决定是否采用。
由于该工法采用的液压铣槽机设备昂贵、国内市场数量十分有限,适用于规模大、工期紧张、精度要求高、环保要求高的工程,包括场地狭窄和噪声要求严格的防渗墙(城市地下连续墙)工程。
3.3.5.5 工艺流程
(1)“两钻一铣法”。“两钻一铣法”施工工序如图3.23所示。
图3.23 “两钻一铣法”施工工序图
(2)“两钻三铣法”。“两钻三铣法”施工工序如图3.24所示。
(3)“上铣下钻法”。“上铣下钻法”施工工序如图3.25所示。
3.3.5.6 操作要点
(1)导向槽与施工平台。
1)导向槽与施工平台应高出地下水水位1.5m以上。
2)钻机与液压铣槽机施工平台在墙体轴线两侧分别建造,便于设备灵活移动。
图3.24 “两钻三铣法”施工工序图
图3.25 “上铣下钻法”施工工序图
3)导向槽应修建在坚实的地基上,当地基土较松软时,修筑导墙必须采取加固措施,如夯实、高喷桩、振冲桩支护等,以使其有足够的承载力,避免导墙断裂、孔口坍塌。
4)导向槽应为钢筋混凝土结构,钢筋配置应根据设计的墙体深度、预计的成槽周期、地基密实程度确定,以保证施工期间槽口的稳定、施工设备和人员的安全。
5)钻机平台一般为枕木及轨道机构。
6)液压铣槽机平台整体应为混凝土结构,其配筋情况根据具体情况确定,应坚固、平整,宜适于抓斗机械行走,宽度满足施工需要。
7)施工过程中,应对导向槽和施工平台的沉降、位移进行必要的观察和观测。
8)废渣、废水的排放应当通畅,满足文明施工要求。
(2)槽孔划分。因为需要液压铣槽机和钻机配合施工,槽孔长度应结合两种设备的特点,并结合地层条件确定,一般为7.0m左右。
(3)固壁泥浆及墙体材料。该工法采用液压铣槽机和钢丝绳抓斗施工,成槽速度很快,一般要求使用膨润土泥浆,一方面有利于固壁效果,另一方面有利于清孔换浆和保证墙体浇筑质量。泥浆的性能特点需要考虑多次循环利用,对于漏失地层,需考虑黏度指数(黏度、动切力)相对高一些的泥浆。
不同阶段泥浆性能指标可参考国家电力行业标准《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》(DL/T 5199—2004)的有关要求。
(4)钻机主孔或基岩施工。
1)钻机安放要平稳、牢固,连接好钻具,对准孔位,做好开钻准备。
2)主孔开孔时宜间断冲击,直至钻头全部进入孔内,冲击平稳后方可连续冲击。
3)钻孔过程中,应及时测孔、修孔,始终保证槽孔的孔斜率控制在要求的范围内。
4)基岩地层施工时,要及时取岩样进行鉴定或依靠地质资料进行钻进,确保墙体的入岩深度。
5)劈打小墙时要对准孔位,间断冲击劈打,严禁打空钻。小墙要彻底清理干净,以保证槽孔的有效宽度。
(5)液压铣槽机覆盖层施工。
1)液压铣槽机施工中,如遇孤、漂(块)石,应调用钻机冲砸破碎后,再由液压铣槽机施工。
2)液压铣槽机成槽施工中,可以随时发现孔斜,要及时修正。
3)对于石渣体、碎块石、砂卵砾石等疏松结构地层,当槽内泥浆迅速沿疏松大孔隙急剧漏失,浆面下降,威胁槽孔安全时,应及时停止钻进,解决地层泥浆漏失问题后,再行施工,避免将铣头埋住。
3.3.5.7 主要设备
该工法主要设备为冲击钻机、冲击反循环钻机和液压铣槽机。
3.3.6 “铣砸爆法”工法技术
3.3.6.1 概述
针对液压铣槽机、钢丝绳抓斗和冲击钻机联合施工的需要,本书提出了“铣砸爆法”工法技术,并成功应用于润扬大桥北锚碇地下连续墙[29]、武汉阳逻长江大桥南锚碇地下连续墙[30]、南水北调穿黄一期工程地下连续墙[31]等工程。
该工法是由钢丝绳抓斗与液压铣槽机配合施工,全液压钻机用于孤、漂(块)石地层和硬岩地层的钻孔爆破,3种先进设备组合,机械化、自动化程度高,工效快,在未来超深与复杂地质条件防渗墙应用中具有较好的前景。
3.3.6.2 工艺原理
“铣砸爆法”是由钢丝绳抓斗与液压铣槽机配合施工,在铣槽机铣削地层遇孤(块)石或硬岩后,先进行钻孔爆破,再用抓斗主机起吊重凿冲砸岩石,待岩石破碎后,再用铣槽机铣削。
3.3.6.3 工法特点
该工法采用了3种最先进的设备进行防渗墙施工,单机工效高,适应地层能力强,但设备昂贵,特别是液压铣槽机,市场数量不多,对于规模大、标准要求高的项目可以采用。此外,该工法设备操作能力要求高,对于不具备技术能力的队伍,在孤、漂(块)石地层与硬岩地层若操作不当,不仅工效上不去,还会造成设备损伤。
3.3.6.4 适用范围
理论上可以适合各种地层,最大施工深度可达150m以上,由于设备昂贵,适用于规模大、工期紧、标准要求高的大型工程项目。
3.3.6.5 工艺流程
“铣砸爆法”施工工序如图3.26所示。
图3.26 “铣砸爆法”施工工序图
3.3.6.6 操作要点
(1)导向槽与施工平台。
1)导向槽与施工平台应高出地下水水位1.5m以上。
2)钢丝绳抓斗与液压铣槽机施工平台可在墙体轴线一侧布置,也可两侧分别布置。
3)导向槽应修建在坚实的地基上,当地基土较松软时,修筑导墙必须采取加固措施,如夯实、高喷桩、振冲桩支护等,以使其有足够的承载力,避免导墙断裂、孔口坍塌。
4)导向槽应为钢筋混凝土结构,钢筋配置应根据设计的墙体深度、预计的成槽周期、地基密实程度确定,以保证施工期间槽口的稳定、施工设备和人员的安全。
5)钢丝绳抓斗和液压铣槽机施工平台整体应为混凝土结构,其配筋情况根据具体情况确定,应坚固、平整,宜适于抓斗机械行走,宽度满足施工需要。
6)施工过程中,应对导向槽和施工平台的沉降、位移进行必要的观察和观测。
7)废渣、废水的排放应当通畅,满足文明施工要求。
(2)槽孔划分。槽孔长度应根据液压铣槽机要求设置,一般为7.0m左右。
(3)固壁泥浆及墙体材料。该工法采用液压铣槽机和钢丝绳抓斗施工,成槽速度很快,一般要求使用优质膨润土泥浆,一方面有利于固壁效果,另一方面有利于清孔换浆和保证墙体浇筑质量。由于泥浆需要多次循环利用,对于漏失地层,需考虑黏度指数(黏度、动切力)相对高一些的泥浆。
(4)挖槽施工。
1)对于结构均匀的覆盖层,或者风化程度较高、中低硬度的基岩,可以充分发挥液压铣槽机成槽的优势,工效高,槽形好。
2)施工中遇孤、漂(块)石时,要及时停止液压铣槽机施工,先进行爆破施工,由钢丝绳抓斗充分破碎后,再由液压铣槽机施工。
3)坚硬基岩地层施工时,要合理设置槽内爆破、钢丝绳抓斗冲砸、液压铣槽机施工的工序,取得最优效率。
4)坚硬基岩地层钢丝绳抓斗冲砸完成后,应采用重凿进行必要的修孔,避免液压铣槽机卡头。
5)对于石渣体、碎块石、砂卵砾石等疏松结构地层,当槽内泥浆迅速沿疏松大孔隙急剧漏失,浆面下降,威胁槽孔安全时,应及时停止钻进,解决地层泥浆漏失问题后,再行施工,避免将铣头埋住。
3.3.6.7 主要设备
该工法主要设备为液压铣槽机、配备重凿的钢丝绳抓斗和全液压钻机。
3.3.7 “铣抓钻法”工法技术
3.3.7.1 概述
针对液压铣槽机、钢丝绳抓斗和冲击钻机联合施工的需要,本书提出了“铣抓钻法”工法技术。该工法是由钻机、钢丝绳抓斗与液压铣槽机配合施工,充分发挥了3种设备的优势,工效快、适应地层能力强,已成功应用于润扬大桥北锚碇地下连续墙[29]、武汉阳逻长江大桥南锚碇地下连续墙[30]、南水北调穿黄一期工程地下连续墙[31]等工程中。
3.3.7.2 工艺原理
“铣抓钻法”是由液压铣槽机、抓斗和钻机3种成槽设备组合应用的工法。在最大粒径小于20cm的覆盖层、中等坚硬程度以下岩石中,选择液压铣槽机施工;在最大粒径大于20cm、小于50cm的覆盖层由钢丝绳抓斗施工;坚硬基岩由钻机施工。在遇孤、漂(块)石或硬岩后,可用钢丝绳抓斗主机起吊重凿冲砸岩石,待岩石破碎后,再由钻机施工。
3.3.7.3 工法特点
“铣抓钻法”是将世界上最先进的液压铣槽机、钢丝绳抓斗和国内最先进、最常用的槽孔建造设备——冲击(反循环)钻机有机结合,在不同地层使用不同设备,发挥各自的优势特点,求得最佳效率和最低施工成本的综合性工法。和任何单一设备的成槽工法相比,在综合成槽工效、成槽质量、环保施工等方面,有着显著的优点,是墙深量大、地质条件复杂、高标准、高难度工程首选的工法之一。
3.3.7.4 适用范围
该工法可适合200m以下深度防渗墙工程和各种地层,但应用中亦需考虑它的必要性和条件,一是液压铣槽机、钢丝绳抓斗设备昂贵、国内数量有限;二是工程规模较小时其优越性不明显。因此,该工法一般用于适用于质量、工期要求相对较高,特别是地层复杂、墙深量大的大型防渗墙工程。
3.3.7.5 工艺流程
“铣抓钻法”施工工序如图3.27所示,主要工艺流程如下:
图3.27 “铣抓钻法”施工工序图
工艺流程1:为使液压铣槽机开孔时铣头下卧到槽孔内并保证开孔精度,先采用反铲或抓斗预开挖槽孔深度不小于2.5m,然后开孔铣削。
工艺流程2:液压铣槽机铣削上部均匀覆盖层,先铣一期槽孔两侧单元,再铣中间单元;二期槽孔则先铣中间单元,再铣两侧单元成槽。
工艺流程3:采用钢丝绳抓斗抓取大颗粒覆盖层,如遇漂(块)石,可换重凿冲砸,必要时,辅以槽内钻孔爆破;与液压铣槽机类似,先抓取一期槽孔两侧单元,再抓取中间单元;二期槽孔则先抓取中间单元,再抓取两侧单元成槽。
工艺流程4:由钻机钻取下部基岩及坚硬岩石。
工艺流程5:液压铣槽机清孔换浆。
工艺流程6:浇筑混凝土。
3.3.7.6 操作要点
(1)施工导墙及平台。
1)施工导墙宜为钢筋混凝土结构,钢筋配置应根据设计的墙体深度、预计的成槽周期、地基密实程度确定,以保证施工期间槽口的稳定、施工设备和人员的安全。
2)施工平台需考虑不同设备的特点,宜在墙体轴线两侧分别建造,液压铣槽机和钢丝绳抓斗的移动相对灵活,一般应在轴线的同一侧建造整体钢筋混凝土结构的施工平台,其配筋情况根据具体情况确定,以保证安全兼顾经济为总体原则;钻机平台一般为枕木及轨道机构,布置在铣槽机和抓斗平台的对面。
3)液压铣槽机和钢丝绳抓斗平台中间某部位或远离防渗墙轴线的一侧应布置排水沟,以便于钻机施工废水排出,保证现场文明施工。
(2)单元槽长度的确定。因为需要不同的设备配合施工,因此单元槽长度的确定需结合地层实际并综合考虑不同设备的特点,一般为7.0m。
Ⅰ序铣削或抓取的单元由设备的结构确定,Ⅱ序铣削或抓取的单元因为两侧临空,需考虑成槽设备结构、施工周期、槽壁稳定、混凝土浇筑上升速度等因素;钻机施工的部分需考虑主、副孔数量及副孔长度,以利于小墙施工。
(3)固壁泥浆及墙体材料。该工法采用液压铣槽机和钢丝绳抓斗施工,成槽速度很快,一般要求使用膨润土泥浆,一方面有利于固壁效果,另一方面有利于清孔换浆和保证墙体浇筑质量。泥浆的性能特点需要考虑多次循环利用,对于漏失地层,需考虑黏度指数(黏度、动切力)相对高一些的泥浆。
(4)成槽施工。
1)对于结构均匀的覆盖层,或者风化程度较高、硬度较低的基岩,可以充分发挥液压铣槽机成槽的优势,工效高,槽形好,非常适用。
2)对于含有大颗粒或孤、漂(块)石的覆盖层,液压铣槽机成槽的优势受到限制,可以充分发挥钢丝绳抓斗的成槽优势。
3)对于块石密集、单个块石超过抓斗开度的地层,或者坚硬的基岩地层,液压铣槽机和钢丝绳抓斗直接成槽的工效都会明显降低,除了采用爆破、重凿辅助成槽方法之外,采用传统的冲击(反循环)钻机钻进可以充分发挥其优势。
3.3.7.7 主要设备
该工法的主要设备包括液压铣槽机以及与之配套的泥浆净化装置、钢丝绳抓斗和冲击(反循环)钻机。