第5章　超深防渗墙接头管接头技术与成墙技术

5.1　YBJ系列卡键直顶式大口径液压拔管机

5.1.1　概述

传统防渗墙采用“套打法”施工，即施工二期槽孔时，在一期槽孔端部重复套打防渗墙混凝土，形成二期混凝土端部主孔。二期槽孔浇筑后，与一期槽孔形成圆弧界面的套接，水利水电工程永久建筑物基础防渗处理多采用常态高强度混凝土，黄河小浪底主坝混凝土右岸防渗墙工程混凝土设计强度为35MPa，特别是深墙施工时，工效极低，加之孔斜、孔内事故影响，甚至导致施工无法进行。工程实践表明，100m以上深度防渗墙工程，采用“套打法”施工技术上是不可行的，其接头技术必须加以突破，否则，将有可能导致防渗墙防渗形式在超深覆盖层地基处理中被淘汰[1]。

20世纪末，结合冶勒水电站100m深墙现场试验和主体工程施工，对“双反弧接头法”进行了系统研究，结果表明，该种接头形式接头效果好，在100m左右深墙施工中具有一定的可行性，但由于该方法对一期槽孔边孔孔斜要求高，特别是二期双反弧槽孔遇孤、漂石时，施工十分困难，尚没有有效方法解决，局限性较大。

“接头管法”在葛洲坝工程做过试验，但由于设备机具限制，基本不成功。之后一段时期，也有过少数研究，但离工程要求相距甚远，甚至有被全盘否定的趋势。迫于超深与复杂地质条件防渗墙应用的需求，在充分调研和分析的基础上，从研发新型拔管机设备和拔管机理入手，全面进行接头管技术研究，以解决超深防渗墙技术的瓶颈[2]。

在充分总结先期研究的经验基础上，基础局进行了新型大口径液压拔管机设备设计和实施方案策划，在江苏润扬大桥北锚碇地下连续墙工程中进行了现场试验和工程应用，完成了第一代抱紧式大口径液压拔管机的研发工作，实现了50m左右深度防渗墙接头管技术的顺利实施，并形成了配套工艺。此后，在机理研究的基础上，研发了第二代YBJ系列卡键直顶式大口径液压拔管机（图5.1），依托尼尔基、黄壁庄等工程和冶勒、下坂地、狮子坪、泸定、旁多、黄金坪、新疆小石门水库等100m以上深度防渗墙工程开展应用研究，最终拔管机定型产品化，最大拔管直径可达2.0m，最大拔管深度可达200m，形成了系统的接头管接头技术，解决了超深防渗墙接头施工的技术瓶颈，创造了拔管158m的施工纪录。该卡键直顶式拔管技术特点如下[3-6]：

（1）采用卡键直接顶升管体方式，保证了拔管机卡键与接头管的牢固结合。

（2）与套打接头法施工相比，接头管法墙体连接质量可靠，可节约墙体材料用量20％～30％，节约造孔工时20％～30％。

（3）液压站的设计采用大、小两个双油泵系统，大油泵主要用于正常的起拔，小油泵用于拔管初期，可以连续地微动起拔，控制了混凝土与管壁黏结力的过度增长，解决了初拔时机难以准确测定的难题，避免了铸管现象的发生。在顶升过程中两个油泵还可以同时工作。

（4）提出了“限压拔管法”施工方法，建立了液压拔管机的拔管力、混凝土的凝固情况和压力表压力的关系，将混凝土的凝固情况、液压拔管机的拔管力直接反映在液压系统的压力表上，并设置了拔管时各阶段压力安全上、下限值，在规定范围内拔管，解决了由于拔管时间误判，导致拔管失败的现象。实践证明了这一方法的正确性，“限压拔管法”已被广泛应用于防渗墙的拔管施工中。

（5）接头管管体结构、底座结构、管体间连接方式等均为创新性设计，使用简捷且安全性能高。

5.1.2　国内外发展概况

防渗墙的施工工艺通常是分段成墙，然后逐段连接为整道防渗墙。因此，墙段之间的连接形式是防渗墙质量的关键，也是制约超深防渗墙施工技术发展的关键技术之一。接头孔工程量约占防渗墙造孔总工程量的20％。传统的防渗墙接头施工方法有以下几种[7]：

（1）套打法。一期槽孔浇筑混凝土后，钻凿二期槽孔时将一期槽孔两端部分混凝土用圆形钻头打掉，构成二期槽孔端孔，同二期槽孔一起浇筑混凝土。此法广泛应用于防渗墙施工中。但存在重复钻进和浪费墙体材料等问题，当钻造混凝土接头时常常打偏，接缝处泥皮不易清净，墙体连接质量也不易保证，如图5.2所示。

（2）双反弧法。在预留的接头部位先用圆钻头钻出导孔，然后用双反弧钻具扫小墙、修孔及清孔、浇筑混凝土。此法施工工艺较复杂，仅用于浅孔施工中，处于试验应用阶段，事故率较高，如图5.3所示。

（3）接头管法。在一期槽孔完成后，在两端下设接头管，然后浇筑混凝土，待混凝土初凝后拔出接头管，形成具有一定形状的接头孔，与二期槽孔一起浇筑混凝土。此法具有工效高、成本低、接头质量可靠、综合效益好等特点。但存在铸管风险，施工技术不易掌握等问题。过去一般仅在墙深不超过30m、孔径0.8m以内的工程中试验应用，一直未大范围应用在防渗墙混凝土浇筑工程中，如图5.4所示。

国内城建系统首先在地下连续墙引用拔接头管方法，但拔管深度（小于30m）和直径（小于60mm）都较小。水电施工单位曾在葛洲坝工程上游围堰防渗墙施工中首次试用80cm的大直径接头管，拔管最大深度为26m，起拔设备采用90～110t特大型吊车，试验基本成功，但施工技术也很不成熟，以后也未能进行推广应用。20世纪80年代中期，结合铜街子防渗墙工程，基础局研制了起拔力2000kN、直径0.9m的防渗墙接头孔施工拔管专用设备，施工试验取得了成功，最大拔管的成孔深度为31m，累计拔管长度为163m。由于施工存在巨大风险，技术难度大，在以后的工程施工中均未应用此项技术。

21世纪初，结合润扬大桥1.2m宽地下连续墙，研制了起拔力为4000kN的大型拔管专用设备，单孔试验下管深度达50m。以上拔管设备的拔管原理均为抱紧式接头管起拔方法。这种抱紧式拔管机是将接头管紧紧抱住，利用摩擦力将接头管拔起。理论计算钢铁对钢铁的摩擦系数只有0.1～0.15，几百吨的拔管力需要几千吨的抱紧力，而在几千吨的力下，接头管的结构需要做得很笨重，否则接头管就会被破坏。另外，传统的拔管理论要求接头管表面要做得十分光滑，以便减少拔管时接头管和混凝土之间的摩擦力，但是接头管表面越光滑，其与拔管机的摩擦力就越小，这是一对矛盾。因此，采用抱管顶升的工作方式进行拔管存在许多隐患。由于抱管顶升方式是靠抱紧圈在摩擦块与管壁之间施加摩擦力来达到提升的目的，起拔力受到多方面的限制。当拔管需要较大起拔力时，就需要很大的抱紧力以形成足够的摩擦力，管壁因受到过大的径向挤压而容易发生变形，或出现“打滑”现象。越是需要大起拔力的时候越容易发生“打滑”，这对于拔管施工是最危险的。20多年对抱紧式大直径拔管机技术的研究，由于技术风险大，仍停留在试验阶段，甚至有的专家认为深度超过40m的防渗墙不能采用拔管法，40m是拔管技术的极限[8]。

在国外，当孔较浅（30m以内）时，多采用拔接头管法成槽，当管径较小（小于60cm）时，经常采用大吨位起重机直接起拔；当管径较大时，多用液压拔管机起拔。如意大利卡沙特兰地（Casagrande）研制的液压拔管机，拔管原理均为用抱紧圈夹紧接头管起拔，也不适用于大深度接头管的起拔。

5.1.3　YBJ系列卡键直顶式大口径液压拔管机设计

5.1.3.1　拔管机设计

通过对抱紧式大直径拔管机施工的实践和国内外防渗墙接头管技术的调研，发现这些拔管机的工作原理均是利用抱紧圈将接头管抱住，依靠抱紧圈与接头管之间的摩擦力进行拔管的（摩擦力等于抱紧圈施加于接头管的夹紧力乘以混凝土与接头管的摩擦系数），为了获得足够的起拔力，总是设法加大摩擦力；同时，为了减小拔管阻力（接头管与混凝土的摩擦力），又要尽量使接头管表面光滑。但管子表面越光滑，其与抱紧圈之间的摩擦力也就越小，这是一对矛盾。因此，在实际的设计过程中，为了合理解决这对矛盾，只能加大接头管的壁厚提高其承压能力，获得足够的提升力，从而造成设备制造成本的提高和安全风险的增大。

针对以上问题，经过多种方案比选研究，最终采用卡键直升式结构原理。卡键式拔管机的工作原理是在接头管上每隔一定的距离开一个键槽，将一根可转动的卡键插入孔中，由拔管机拔管架直接起升卡键将接头管起拔，油缸顶升力可全部作用在接头管上用于起拔。同时在油泵的工作方式、顶升卡块的卡入形式、接头管的连接形式等许多方面做了探索和实践。卡键式拔管机结构如图5.5所示，起拔接头管中拔管机管体结构如图5.6所示。

拔管机按要求就位后，通过转动卡键卡入接头管的键槽内，液压系统驱动油缸顶升上拔管架将接头管起拔。由于卡键直接插入接头管的键槽内，所以在起拔过程中不会发生打滑现象，减少了铸管现象的发生。顶升动作采用4个油缸，拔管机组的巧妙设计很好地解决了油缸的同步问题。当接头管在孔内垂直度状态出现误差时，能有效地将其拔出，YBJ型卡键式拔管机技术参数见表5.1。

5.1.3.2　接头管设计

（1）接头管管体设计。为与接头管拔管架卡键连接，接头管管身上均匀分布有月牙形槽孔，供起拔接头管使用。

为了加工制造运输的方便和施工的快捷，管体长度定为每节6m，两端设有公母插头，连接各段接头管时应用。由于在拔管过程中，接头管只承受纯拉力作用，不受拔管架的径向挤压，所以管壁做得很薄，管体用薄钢板卷制，内部合理地配置横向和纵向筋板，既不影响管子的外部使用性能，又可大大提高接头管的整体抗弯能力。

为减轻接头管整体下设质量，除底部两根管外，其余管内均设有浮箱，以增加泥浆对其的浮力。加设浮箱后，每根接头管浮箱的浮力等于管子自重，这样，接头管的整体下设质量始终控制在24t左右，极大地节约了施工成本。

起拔中的接头管管体结构如图5.7所示。

（2）接头管管节连接形式设计。接头管每节之间的连接通常有中心受力和周边受力两种方式，中心受力连接方式具有受力状态好、剪应力小等特点，拔管时的安全性好，且操作方便。接头管管节间的连接有单销轴、多销轴及卡块等多种形式，但无论何种连接形式，都可归纳为接头管中心受力和周边受力两种方式。

多销轴连接是用3个（或更多）短销轴，沿着周向将上下接头管连接起来，它的优点是销轴的质量较轻，便于操作。但因销轴数量较多，可能受混凝土挤压或加工精度影响，销轴受力不均，接头管连接处沿长度方向发生弯曲（折线）变形，由于是多销轴连接，刚度太大，拔管时接头管不能被拉直，拔管力很可能集中在少数或一个销轴上，使该销轴及其连接部分超载受力发生断裂，其余销轴及其连接部件随之断裂。此现象的发生在拔管施工中并不罕见。因此，周边受力的接头形式应提高制造加工精度和加大设计安全系数。

对于单销轴连接，上下两组吊耳板靠近管轴线，并以轴线为对称，工作时接头管的受力中心点在其轴线上，属于中心受力的形式。当采用单销轴连接后，最大优点是能够自动调节接头管在混凝土中的工作状态，当接头管受混凝土的侧向压力时呈折线状态，起升接头管时被自动拉直，孔形误差对起拔接头管影响作用变小了，因此减小了拔管阻力；另一优点是接头设计计算简单，易于加工制造，连接安全可靠，操作方便快捷。

（3）自开启式底管活门结构。为防止混凝土浇筑时混凝土从接头管底管底部进入管内，在底管底部设计了自动开启封闭的钢板活门。下管时活门开启，减小下设接头管时泥浆对管子的浮力，下管结束后活门自动关闭；拔管时，为使接头管底部不产生负气压，底管底部活门自动开启减压。

为减小混凝土堵塞底管活门的可能性，有利于清除因操作不慎而进入管内的混凝土，底管活门设计成两个，并从管壁两侧向中间开启。采取这一设计方案，给施工带来极大的好处，活门所覆盖的接头管底部有较大的开孔面积，使管内的泥砂等物质很难在管内积存。活门由两侧开启，拔管结束后可以很方便地对管内进行清洗，使得施工速度得以加快，提高了施工效率。

接头管是焊接结构件，受其加工精度和混凝土初凝时间难以精确计算的影响，拔管时，其底管在通过上部已进入初凝状态的混凝土区域时，可能会发生“挤”不过去而加大拔管阻力的现象。为解决这一问题，接头管底管设计成带有0.2％的锥度，使这一问题得到了很好的解决，极大地减小了拔管的风险性。

（4）液压站液压系统设计。液压站的设计使用了大、小两个油泵，大油泵主要用于正常的起拔，小油泵用于拔管初期，在顶升过程中两个油泵还可以同时工作。在拔管初期使用小油泵工作，以15mm/min的速度微动。连续的微动起拔，控制了混凝土与管壁凝聚力的过度增长，解决了初拔时机难以准确测定的难题，避免了铸管现象的发生，并且在混凝土凝结过程中的微动提升会将管壁所受的摩阻力连续地反映到油压表上，如果发现起拔力偏大就表明必须用大油泵进行正常的快速起拔，等于在地下安了一双眼睛，使拔管工艺变得易于控制、安全可靠。

液压泵站是拔管机的动力系统，泵站输出的高压油经油管到顶升油缸。泵站主要由油缸、单项节流阀、换向阀、压力表、压力表开关、安全阀、单向阀、油泵、电机、滤油器、油箱以及油管组成。液压系统工作原理示意图如图5.8所示。

5.1.4　防渗墙拔管混凝土凝结机理室内试验

通过大量的室内试验（图5.9）表明，混凝土的坍落度一般在搅拌后4h左右损失为零，6h后的混凝土基本上是稳定的，但这个时间还不是初凝时间，当贯入阻力达35kgf/cm2时所经历的时间即为初凝时间；而贯入阻力达280kgf/cm2时经历的时间则为终凝时间，大体上相当于混凝土抗压强度为0.7MPa的时间。从室内试验和拔管工程的实践看，开始拔管的最佳时间是在槽内混凝土已经稳定之后、初凝之前，这时的混凝土不会发生溜槽、缩径等现象，而且与管壁的胶结力也较小，拔管施工是安全的。若在混凝土初凝之后开始起拔，混凝土与管壁的胶结力会增加很大，因此应尽量避免在初凝后起拔，那种认为起拔力越大、孔壁越稳定而过度延长初拔时间的做法是非常有害的。终凝之后再开始拔管的做法要绝对禁止。

接头管在槽孔内相当于模板。要使拆模后的混凝土能够自稳，混凝土必须达到相应的强度；要使混凝土与管壁的胶结力在起拔力的安全范围之内，又不能使混凝土强度太高。为了能方便地决定现场的拆模时间，人们提出了成熟度来预测混凝土的强度，其原理是水泥水化程度取决于养护温度和养护时间，从而决定了混凝土强度的发展。而成熟度是养护温度和养护时间的函数，表达式为

式中：M为混凝土成熟度；T为养护温度；T0为水泥水化停止、混凝土强度发展停止的温度（一般为-100℃）；t为养护时间。

为了便于在实际生产中应用，在假定养护温度为恒温时，公式可简写为

式中：Δt为在温度T条件下养护的时间。

这个公式提供了一个经验，在混凝土配方确定之后，温度和时间是混凝土强度发展的最主要影响因素。

由试验资料分析：TΔt=100前后，压应变急剧下降，这个时间相当于混凝土的终凝时间；TΔt=140～160，相当于混凝土刚开始硬化；TΔt=200～260，对应于混凝土表现出脆性的时期。当早期混凝土的成熟度达到100时（在240℃时早期混凝土的成熟度达到100需要7～8h），混凝土与管壁的胶结力将是影响起拔力的重要因素。

混凝土强度发展越快，与管壁的凝结力增长越快，其起拔力增长也越快，主要影响因素是混凝土的环境温度、配合比、外加剂、人为配料误差等。研究早期混凝土的强度发展规律，对拔管工艺来讲是十分重要的。

混凝土的凝结与硬化是随水泥的水化作用而发展的。混凝土拌和后，随着时间的延续，逐渐丧失其流动性而过渡到固体，这个过程称为凝结，把凝结成固体以后的强度增长过程称为硬化。凝结和硬化的区别很不明显，并没有明确的物理变化或化学变化来区别它们。

混凝土进行拌和后，水泥立刻进行水化，未水化的水泥与水反应在某种限度内持续进行，这种水化过程极其复杂，但可以划分为以下4个阶段。

第一阶段是快速反应期，从加水混合开始，大约持续5min。在这个时间内，水泥颗粒表面大部分被硫铝酸钙的凝胶状水化物所包裹，此后反应速度迅速地慢下来。

第二阶段是持续30min到2h的静止期。这个时间内薄膜的水化物增加，水泥浆渐渐失去其流动性。

第三阶段是在第二阶段增加了厚度的薄膜破坏后，再度加快水化速度，在水泥微粒之间形成了网络结构。初凝、终凝是在这个阶段发生的。

第四阶段是网络结构的间隙被水化物所填充，增大了强度。这个过程是水与未水化的水泥反应在某种限度内持续，但水化速度慢慢地减小。

很明显，拔管必须是在第三阶段中进行的。

正确地分析槽内接头管起拔阻力的组成，在施工中分别加以控制，是拔管施工的重点。接头管的起拔阻力主要由接头管自重、流态混凝土的侧向挤压摩阻力和静态混凝土的凝结阻力3个部分组成，如图5.10所示。槽孔深度越大，接头管自重越大，混凝土的侧向压力也越大，管壁与混凝土的接触面积越大。侧向压力是指混凝土尚为流态时形成的压力。拔管初期因下部早浇混凝土已经没有流动性，因此侧向压力主要产生在上部后浇混凝土中。接头管自重和侧向挤压摩阻力是随槽孔深度而增加的，与深度呈线性关系，不是影响起拔力的最主要因素。

拔管初期槽孔内的混凝土基本上处于3种状态，上部为流态，中部为塑性状态，下部为稳定状态。这3种状态的混凝土都对起拔力造成不同程度的影响。

通过上面的分析可以看出，起拔阻力是由多种力组成的，其机理非常复杂，但可以用下面的公式简单地表示：

式中：F1为流态、塑态混凝土的挤压摩阻力；F2为塑态、静态混凝土的凝结阻力；F3为接头管自重；F4为接头管倾斜或发生弯曲变形时，为克服径向分力所需要的起拔力。

流态、塑态混凝土的挤压摩阻力F1是流体侧向压力形成的摩阻力，与孔深和混凝土浇筑速度有关，它与开始起拔时间关系不大。接头管自重F3是相对固定的，因此影响起拔力最主要的因素是混凝土与管壁的凝结力和接头管的垂直度。而这两个因素都与开始拔管的时间密切相关，所以控制好开始起拔的时间是拔管成败的关键。

图5.11为早期混凝土流态、塑态区黏结力随时间的变化曲线。

5.1.5　拔管力规律室外试验

拔管机研制之初，在进行了接头管室内试验研究之后，又进行了室外现场试验研究。

（1）现场试验条件。现场试验条件如下：

防渗墙厚度：30cm。

墙体深度：31～35m。

混凝土种类：塑性混凝土。

混凝土强度：R28=3～4MPa。

混凝土初凝时间：15h。

月平均气温：15℃。

接头管直径：273mm、299mm。

拔管设备：1500kN液压拔管机。

（2）拔管力与拔管时间。防渗墙单槽混凝土浇筑时间为3.5～4h，拔管时间按如下控制：混凝土浇筑完2h后开始微动起拔，16h内拔管长度控制在2m之内，16h后快速连续起拔，直至接头管全部拔出。典型的拔管记录曲线如图5.12所示。

由图5.12（a）可以看出，拔管是间歇进行的，在某一时刻开始拔管时，拔管力迅速增长，达到最大值后迅速下降到一个稳定值，这里称之为最大起拔力和稳定起拔力，两个力之间的差值可以认为是混凝土对接头管的黏结力，稳定起拔力可以认为是接头管与混凝土之间的摩擦力。图5.12（b）为拔管时压力表的压力变化曲线，其横坐标为拔管时间，纵坐标为压力表读数。由图5.12（b）可以看出，拔管力随着拔管时间的延长而增大，在混凝土浇筑完7h后（这时槽孔内底部混凝土已浇筑完10～11h），拔管力达到最大值，ϕ273mm接头管最大起拔力为1094kN，稳定起拔力为1063kN，ϕ299mm接头管最大起拔力为1125kN，稳定起拔力为1031kN，此后90min内拔管力一直稳定在这一数值。在顶部混凝土浇筑完9h后（此时底部混凝土已浇筑完12～13h），拔管力开始迅速下降。

（3）拔管力与混凝土龄期。正确地分析槽孔内接头管的受力情况及准确计算拔管力的大小，是拔管能否成功的关键。参考水工大体积浇筑混凝土有关资料，拔管力主要由接头管自重、半流态和静态混凝土与接头管黏结力、流态混凝土与接头管摩阻力组成。

接头管起拔力计算公式为

式中：G为接头管自重；P为流态混凝土对接头管的侧压力，数值大小与孔深、浇筑速度、温度、混凝土特性等综合因素有关，一般取5～30kN/m2；f为混凝土与接头管摩擦系数，一般取0.4～0.5；τ为半流态和静态混凝土与接头管黏结力，暂取0.5kN/m2；A为混凝土与接头管接触面积；n为安全系数，取1.5～4。

水下混凝土浇筑是通过浇筑导管进行的，浇筑时混凝土处于不断流动状态，而混凝土的凝固条件是必须处于静止状态。浇筑时导管逐渐上升，一般认为，在导管底部1m以下的混凝土是静止的，具备凝固条件。混凝土龄期是以其开始处于静止状态为起始时间计算的，浇筑前可做混凝土初凝时间试验，以确定初凝时间。在接近初凝时间时的深度可作为初凝混凝土的深度。

通过试验，发现两组不同的接头管在起拔初始阶段出现了一种反常现象，即ϕ273mm接头管的起拔力反而大于ϕ299mm接头管，这是由于ϕ273mm接头管处的槽孔壁不直所引起的。随着拔管工作的进行，ϕ273mm接头管的拔管阻力逐渐小于ϕ299mm接头管，说明ϕ273mm接头管已基本被拉直，所以槽孔壁的直与否对拔管阻力影响很大。防渗墙孔深均在30m以上，所以不可避免地出现孔斜问题。

通过试验得知，接头管在混凝土中的静止时间越长，混凝土与接头管之间的黏结力也就越大，要想使其之间不产生这个力，就必须使接头管在混凝土中始终处于运动状态，这是研究的一个重要方向。

5.1.6　现场生产性试验

在尼尔基水利枢纽主坝基础防渗墙工程施工时，对卡键直顶式大口径液压拔管机进行了现场生产性试验研究，接头管直径为800mm，分别对检验拔管机工作性能、验证拔管力计算公式、拔管工艺技术进行了专门研究。

5.1.6.1　拔管时间的确定

拔管在混凝土初凝前进行。为确定准确的拔管时间，施工人员对混凝土的凝固特性进行了测定，并据此初步决定从混凝土开始浇筑算起6h后开始微动慢速起拔。

第一次拔管试验在76号槽中进行，孔深35.2m，整槽混凝土4h浇完，初拔试验发现起拔力很小，只有350kN，接头管还能自动回落，因此决定延迟起拔时间，以后每隔30min微拔一次，均不见起拔力增加，接头管仍回落到原位，这种情况一直维持了12h，此时混凝土已超过初凝时间，经分析，这种较低的起拔力和接头管自动回落的现象，可能是因为接头管的频繁活动，造成局部范围内混凝土与管壁形成松动空隙的结果，这种情况很危险，必须立即起拔。接头管在拔出2m后，起拔力迅速增加到2400kN，拔出10m后，起拔力开始下降，18h后，接头管全部拔出。经测量，孔深35m，成孔良好。

上述试验说明混凝土浇筑6h后进行初拔时间过早，超过12h过晚。经过数次试验，确定初拔时间为混凝土浇筑后7.5h，7.5h后启动副泵，接头管以15mm/min速度上升（此时槽内中上部混凝土正在逐渐凝固之中），如接头管在上升过程中出现起拔力过大的现象，则立即启动主泵，使接头管快速上升，以降低起拔力（一般控制在1200kN以下），16h后全部拔出，以后拔管均按此规律进行，成孔良好。后来混凝土配比发生变化，混凝土初凝时间延长为14h，将初拔时间改为从混凝土浇筑开始算起9h后进行，18h后全部拔出。最后确定接头管全部拔出的时间应为：接头管全部拔出时间≥初拔时间+混凝土浇筑所需时间。

启动副泵时，接头管上升速度很慢，拔出一定长度需要一定时间，这个时间远远大于该长度内混凝土继续凝固所需的时间，在这个时间内，该段混凝土已产生一定的强度或已进入初凝状态，所以在拔管过程中，上部混凝土不会塌落。

5.1.6.2　拔管力的研究

确定了拔管时间后，按上述方法拔管，其最大起拔力均控制在1500kN以下，绝大多数（95％以上）控制在1200kN以下。

经多次试验，最大拔管力均发生在从混凝土浇筑开始9～10h，超过10h后，拔管力迅速降低，说明接头孔已基本成形，混凝土对接头管的束缚作用已经减小，拔管施工进入安全阶段。

尼尔基工程现场试验拔管设计最大起拔力是按孔深40m计算的，该工程最大孔深39.4m，其最大拔管力不大于1500kN，验证了最大拔管力计算公式的适用性。

现场拔管施工时，个别槽孔曾出现过如下现象：同一槽内的两根接头管，在同一时间起拔，起拔力相差过大；个别孔塌孔现象严重。

如120号槽在混凝土浇完后，1号及7号孔的接头管上部均不同程度地向一期槽方向倾斜，1号孔接头管的倾斜度远远大于7号孔，因此造成了1号孔的拔管力远远大于7号孔，而孔底淤积物多于7号孔的现象。接头管越倾斜，拔管阻力越大，越容易发生塌孔现象。这一现象也曾在42号槽7号孔发生过。该孔在开始拔管时起拔力很大，施工人员将拔管机卸载，接头管发生了回落现象，回落后的接头管再次起拔时，起拔力大大降了下来（不足400kN），拔管只能暂停。经过18h后，起拔力还不见升高，此时混凝土已完全凝固（混凝土中插有的一根长1.5m，用于检查混凝土凝固情况的短钢筋已拔不出来），再等待下去已毫无意义，决定将此管立即拔出。在拔管的同时，发现二期槽内的表面地层下降了0.8m左右。该孔深32.6m，拔完后测量孔深只有14m多，孔内有18m的淤积物，而不是混凝土。

由于造孔等诸多原因，一期槽成槽后，孔壁存在不直或倾斜的可能性，混凝土浇筑后，接头管底部在混凝土的强大压力下被挤到二期槽方向，因此造成了接头管上部向一期槽方向的倾斜。由于拔管力是垂直向上的，拔管时倾斜的接头管会使二期槽方向的泥土、砂石等物质产生挤压和抬动，拔管力也因此变大。接头管回落后，这部分泥土、砂石和附着在孔壁上的混凝土会塌落下来，接头管再次起拔时，塌落的部位已形成一定的空间，接头管会被拉直，因而拔管力迅速减小。

除上述情况外，个别槽孔也曾发生过拔管结束后测量孔深不足的情况，一期槽内的混凝土已经初凝，一般不会发生坍塌现象，经试验分析，孔内的物质来自以下几个方面：

（1）孔内泥浆中的沉淀物。

（2）二期槽方向附近的泥砂受到扰动后塌落。

（3）附着在二期槽一侧孔壁上的混凝土因自身重力的原因塌落。

因此，为防止塌孔，应采取以下主要措施：

（1）造孔要直，孔壁不应过度倾斜，应尽量减少孔壁有凸凹的现象，防止混凝土充填在这些凹凸部位。

（2）拔管时要及时补浆。尼尔基工程拔管施工中，凡是及时补浆的孔，拔管结束后测量孔深都非常理想，尤其深度在30m左右的孔，测量结果都几乎与拔管前所测量的槽孔深度相等。根据尼尔基工程施工经验，应边拔管边补浆，否则拔完管再补浆为时已晚。

5.1.6.3　接头管垂直度对拔管的影响

当端孔孔壁在造孔过程中发生坍塌时，会使孔形不规则。由于混凝土浇筑时侧向压力的作用，容易造成接头管偏斜或挠度弯曲。随着时间的延长，混凝土强度逐渐提高，拔管时的起拔力必须足以破坏侧向混凝土或原始地层的结构，使接头管顺直才能拔出。这种起拔力对应于公式中的F4，它的大小与接头管的垂直度和起拔时间密切相关，控制不当，这个起拔力会发展得非常大，是拔管施工安全的最重要影响因素。

对接头管的偏斜应本着预防为先的原则，下管时就应采取纠偏措施。槽内混凝土开浇后发生接头管偏斜时的解决措施是提前微动起拔，在混凝土尚未完全凝结之前通过垂向的起拔力重塑孔形，使接头管尽可能地垂直或顺直。当然最好在加工接头管时增加接头管接头部位的加工精度，或加大单管的长度，从而提高接头管的抗弯刚度，这是拔管施工之前应该做的。

当发现接头管倾斜角度较大而无法纠正时，应调整拔管架的角度，使起拔力的方向平行于接头管的轴线。工况不同，接头管受力情况是完全不同的，应在施工中追求最佳工况。

5.1.6.4　慢速限压拔管法

拔管施工的时机与速度十分重要，拔早了塌孔、拔晚了铸管，拔慢了容易铸管、拔快了容易塌孔。基于上述相关机理研究和试验成果，本书提出了慢速限压拔管法施工方法，具体技术要点如下：

（1）接头管起拔初始压力最小限值。如图5.13所示，拔管过程中，槽内混凝土自上而下可能处于流态、塑态和固态，流态混凝土不会凝固，固态混凝土已完成初凝，拔管希望接头管下部始终处于塑态混凝土之中，极限状态是塑态混凝土的下端，通过现场室内试验得出混凝土的初凝时间和拔管力增长曲线后，综合考虑浇筑上升速度可以基本确定塑态混凝土下端面混凝土的初凝时间和对应的拔管力、小泵的油压与压力表压力，将此压力确定为接头管起拔初始压力最小限值。这个限值的物理意义是，现场拔管施工中，小泵压力高于此值后，接头管底部混凝土已经开始进入初凝状态，可以开始拔管，而且不会塌孔。接头管起拔初始压力最小限值的物理意义还在于，接头管起拔过程中，由于混凝土浇筑速度的不均衡性，有可能出现压力回落到此值以下，说明拔管上升过快，必须停止起拔，否则会在接头管下部出现塌孔。

（2）小泵起拔的压力最大限值。小泵开始起拔后，由于混凝土浇筑速度的不均衡性，起拔压力会持续增长，甚至快速增长，通过现场经验积累，将大泵极限压力的50％作为小泵起拔的压力最大限值。小泵起拔的压力最大限值的物理意义在于，当小泵压力高于此值时，接头管上升速度过慢，在塑态混凝土区域相当部分实际接近固态状态，会有混凝土凝固的危险，同时小泵的能力已经不够，应立即启动大泵，进入快速起拔状态，待大泵压力下降到此值以下时，停止大泵工作，进入小泵起拔状态。

（3）此方法的核心是尽可能在拔管过程中，接头管始终处于塑态混凝土之中，处于小泵连续慢速起拔状态，小泵的工作状态起拔压力始终处于上下限值之间，由于充分考虑了安全余度，拔管施工始终是安全的，不会出现塌孔和铸管事故，而且起拔力小，成孔良好，易于把握。

5.1.6.5　槽孔导墙承载力要求

混凝土导墙是拔管架的基础，对拔管工艺的成败起到重要的约束作用，无论拔管机的起拔能力有多大，最后都要施加到导墙上。因此，拔管法对导墙的承载力提出了严格要求。

导墙承载能力可以按条形基础梁计算。对于防渗墙导墙施工，应注意以下几点：

（1）导墙混凝土强度等级不宜小于C15，断面以梯形结构受力较好，顶部宽度不小于50cm，高度不小于1m。

（2）导墙顶面和底面的纵向受力钢筋，应有2～4根通长配筋，钢筋间距20～30cm，其总截面面积不宜小于23cm2，且必须配箍筋，箍筋间距不宜大于50cm。

（3）当地基较松软时，导墙断面也可浇成L形，这样可增加拔管荷载与地基的接触面积，地基压强减小，基础的稳定性提高，最大承载力可提高5％～20％。

（4）在两导墙之间设置牢固支撑，防止导墙内倾，增加导墙抗滑能力，最大承载力可提高36％～40％。

（5）泥浆面高低对槽壁稳定有重要影响，应尽可能提高泥浆面。

（6）如果导墙承载力不能满足拔管需要，可以通过加大拔管机底座面积的办法来分散拔管荷载，但拔管架底座太大，移动时比较麻烦。

5.1.7　卡键直顶式拔管技术主要优势

（1）拔管采用卡键直接顶升方式。用卡块直接卡入卡窝，两侧卡块的作用类似一根铁销，像扁担一样直接承受来自拔管架的顶升力，但没有铁销那样笨重。卡块固定在起拔架上，操作方便。由于起拔力作用直接，避免了抱管提升方式对管体的径向挤压变形，使管体始终处于良好的受力状态，打滑、有力使不上等危险现象不会再有，4个油缸上升的力量可以实实在在地作用到管子上，工作时的实际提拔力不打折扣。同时由于直接顶升方式没有了径向挤压力，也就不需要厚壁管了，因而大大减轻了接头管自身的质量，也降低了设备的造价。

（2）双油泵作业。液压站的设计使用了大、小两个油泵，大油泵主要用于正常的起拔，小油泵用于拔管初期，在顶升过程中两个油泵还可以同时工作。在拔管初期使用小油泵工作，以15mm/min的速度微动。连续的微动起拔，控制了混凝土与管壁凝聚力的过度增长，解决了初拔时机难以准确测定的难题，避免了铸管现象的发生，并且在混凝土凝结过程中的微动提升会将管壁所受的摩阻力连续地反映到油压表上，如果发现起拔力偏大就表明必须用大油泵进行正常的快速起拔，等于在地下安了一双眼睛，使拔管工艺变得易于控制、安全可靠。

（3）接头管之间单销连接。接头管在槽内的垂直度不好时，多销连接会使起拔力过大地集中到一个销子上，容易形成应力集中致使铁销断裂而将接头管埋入槽内。管体接头采用单销连接方式，在起管过程中连接部位始终处于拉力状态，几乎不存在剪应力，销子在实际工作时所受的力不会超过设计所允许的力，增加了接头的安全性，同时单销比多销对位容易，便于拔管时的拆装作业。

卡键式拔管机所使用的接头管之间为单销轴连接。以往的接头管连接多采用多销轴连接，由于多销轴在工作时受力不均匀，易于应力集中而发生事故。单销轴连接解决了受力不均的问题，增加了工作时的可靠性，并且操作更便捷。

（4）特殊的底管结构。接头管底管设计成带有0.2％的锥度，减少了底管卡管的风险；管底为自动开启的机构，当下管时，为减小泥浆对接头管的浮力，接头管底部活门开启；下管结束后活门自动关闭，以防止混凝土进入管内；拔管时，为使接头管底部不产生负压，底管活门自动开启。

（5）“限压拔管法”施工方法。液压拔管机的拔管力直接反映在液压系统的压力表上，而压力表压力的大小直接反映出混凝土的凝固情况，拔管时如果将压力表的数值始终控制在一定的范围内，那么拔管就会成功。实践证明了这一理论的正确性。“限压拔管法”施工理论现在广泛应用于防渗墙的拔管施工中。