魏 玉 麟， 吳 鄭 飛， 李 俊 杰

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

銀江水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，是金沙江中游水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一個(gè)梯級(jí)。在河床及左岸布置有河床式電站廠房，電站總裝機(jī)容量為390 MW(6×65 MW)，施工導(dǎo)流采用三期導(dǎo)流方式。

一期圍堰采用塑性混凝土防滲墻作為防滲體系，防滲墻入巖1 m，墻厚0.6 m。防滲墻施工軸線長(zhǎng)約407.3 m，工程量約為9 500 m2。一期圍堰上游接頭段基巖出露，強(qiáng)風(fēng)化巖體厚3～15 m，最大厚度為28.2 m，為散體結(jié)構(gòu)的Ⅴ類巖體，透水性強(qiáng)，其下為弱透水性的弱風(fēng)化巖體。下游接頭段為人工填土層，厚5～15 m，其下部為2～7 m厚的卵石層，覆蓋層透水性強(qiáng)，下伏基巖為斜長(zhǎng)角閃巖，強(qiáng)風(fēng)化、透水性強(qiáng)。中間部位自上而下分別由回填層、沖積卵石、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、卵礫石層及黑云母閃長(zhǎng)巖(基巖)構(gòu)成?；靥顚哟嬖谳^大的孤石，硬度高、粒徑大、較松散，易漏漿塌孔；砂卵石層中也存在較大的孤石，一般粒徑不大于30 cm；粉質(zhì)黏土層的最大層厚約20 m，遇水軟化，可塑性強(qiáng)；基巖為黑云母閃長(zhǎng)巖，強(qiáng)風(fēng)化，硬度約為30 MPa。

該工程防滲墻施工主要存在以下重、難點(diǎn)問(wèn)題：

(1)工程量大、工期緊。該工程圍堰軸線長(zhǎng)約407.3 m，墻厚0.6 m，工程量約為9 500 m2，而合同工期僅有2個(gè)月，每月成墻面積達(dá)4 750 m2，導(dǎo)致工程施工強(qiáng)度大、工期緊。

(2)地層構(gòu)成復(fù)雜。該防滲墻施工區(qū)域地層復(fù)雜，上軟下硬，上部為覆蓋層，透水率高，同時(shí)樁號(hào)K0+060到K0+410范圍內(nèi)存在粉質(zhì)黏土層，最大層厚約20 m。鑒于粉質(zhì)黏土層遇水土體抗剪性能急劇下降，導(dǎo)致其不利于施工。

(3)圍堰回填期間河床水位較高。土石圍堰回填時(shí)，河床水位高于后期施工平臺(tái)高程，即施工平臺(tái)以下高程均為拋石回填，未碾壓，較為松散，最大回填深度約為12 m，導(dǎo)致后期施工時(shí)多次發(fā)生塌孔、漿液漏失等不良地質(zhì)情況。

對(duì)傳統(tǒng)防滲墻施工中應(yīng)用較多的成槽設(shè)備如沖擊鉆、旋挖鉆機(jī)、液壓抓斗和液壓雙輪銑等進(jìn)行了簡(jiǎn)述。

2 技術(shù)方案的選擇

2.1 成槽設(shè)備比選

(1)沖擊鉆作為傳統(tǒng)的成槽設(shè)備適用范圍廣，可用于大部分地質(zhì)條件下的防滲墻施工，但其工效相對(duì)于旋挖抓斗太低，其原理為重錘沖擊破壞地層，需要較濃的漿液懸浮抓渣以保證重錘接觸新鮮的地層才能加快進(jìn)度，且其一般采用抽筒除渣方式，渣漿混合在一起導(dǎo)致其回收較困難，泥漿浪費(fèi)較大，除非地質(zhì)情況復(fù)雜或場(chǎng)地狹小，一般不予采用。沖擊鉆一般配有管鉆、平底鉆及方錘等鉆頭。但對(duì)于處理復(fù)雜地層，如孤石、探頭石等特殊情況時(shí)其又具有一定的不可替代性。

(2)旋挖鉆機(jī)工效高，廣泛應(yīng)用于旋挖樁，而且其自帶垂直度監(jiān)測(cè)功能，能夠較好地控制孔斜，但不能處理孤石或處理進(jìn)展緩慢、成本較高。其原理是依靠施加壓力將鉆具截齒壓入巖石，在強(qiáng)大的動(dòng)力頭輸出扭矩作用下使巖石產(chǎn)生剪切破碎[1]。其配備的鉆頭形式較多，常見(jiàn)的有筒鉆、撈砂斗、螺旋鉆等，可根據(jù)地層進(jìn)行選擇。

(3)液壓抓斗作為新型成槽設(shè)備其效率高，工效可達(dá)約100延米/d，但其一般需要其他鉆機(jī)引孔、配合成槽。對(duì)于地質(zhì)條件較好的工程可以直接采用抓取法施工；但對(duì)于存在孤石和基巖等強(qiáng)度較高的地層，則因其工效低或無(wú)法應(yīng)用。

(4)液壓雙輪銑法作為專用的入巖地下連續(xù)墻施工設(shè)備以其成槽(硬巖層)效率高(較之抓斗高 4～5倍)、孔形規(guī)則(垂直度可控制在 3‰以下)、安全、適應(yīng)地層范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)已在發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用。雙輪銑槽機(jī)雖適合入巖施工，但其機(jī)械主要依賴進(jìn)口，整機(jī)購(gòu)進(jìn)、租賃費(fèi)用昂貴且設(shè)備維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用較高。一般在工程量大(≥1.8萬(wàn)m3、槽深>40 m)、工期緊，且中等風(fēng)化巖層入巖施工在地墻總工程量中占比較大、其他成槽設(shè)備無(wú)法施工及地下連續(xù)墻在敏感構(gòu)筑物附近等條件下才考慮采用雙輪銑[2]。

項(xiàng)目部針對(duì)該工程特點(diǎn)、難點(diǎn)并從項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性出發(fā)進(jìn)行綜合考慮，最終選用聯(lián)合成槽技術(shù)，即利用沖擊鉆、旋挖鉆機(jī)和液壓抓斗三種設(shè)備成槽，并且該工藝在西南地區(qū)的使用尚屬首次。該工藝充分將各設(shè)備的特性與地層特點(diǎn)緊密結(jié)合，“液壓抓斗吃軟，沖擊鉆啃硬”，使設(shè)備施工能發(fā)揮出最大工效，進(jìn)而加快了施工進(jìn)度。

2.2 工藝對(duì)比及確定

防滲墻施工技術(shù)是基坑開(kāi)挖工程中安全、快速、經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要施工措施。目前國(guó)內(nèi)的防滲墻施工技術(shù)一般采用單一的成槽設(shè)備或兩種設(shè)備相結(jié)合應(yīng)用。但該工程防滲墻施工區(qū)域受地質(zhì)條件的限制，單獨(dú)采用沖擊鉆需要大量的成槽設(shè)備及輔助設(shè)備且工效較低，組織難度大，很難滿足工期要求；若采用兩種設(shè)備施工(沖擊鉆(旋挖)和抓斗相結(jié)合)，又因沖擊鉆引孔慢或抓斗抓取基巖困難，工效不能滿足施工要求。目前還有一種采用旋挖鉆機(jī)套打法鉆進(jìn)基巖段的施工方法，但為保證抓斗連續(xù)施工，可能需要一臺(tái)旋挖鉆機(jī)單獨(dú)進(jìn)行基巖段的鉆進(jìn)，而套打法單側(cè)懸空、軟硬不均，極易出現(xiàn)偏孔，形成“小墻牙子”，影響施工質(zhì)量。而采用旋挖+抓斗+沖擊鉆三種設(shè)備進(jìn)行防滲墻成槽施工，則可充分將各設(shè)備的工效發(fā)揮到最大，既加快了施工進(jìn)度，又節(jié)約了成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了雙贏。

為減少漿液浪費(fèi)、避免污染環(huán)境，該工程采用裝載機(jī)、渣土車及泥漿凈化機(jī)代替了傳統(tǒng)的倒渣平臺(tái)。

2.3 施工工藝

2.3.1 工藝流程

成槽工藝流程為：

場(chǎng)地平整及水電風(fēng)漿管路鋪設(shè)→導(dǎo)向槽澆筑→槽段劃分→旋挖鉆進(jìn)主孔及鑒定基巖面→抓斗抓取上部覆蓋層→沖擊鉆鉆劈法處理基巖段。

2.3.2 設(shè)備的選用

針對(duì)該工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)并從項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，該項(xiàng)目最終選用聯(lián)合成槽技術(shù)，即利用沖擊鉆、旋挖鉆機(jī)和液壓抓斗三種設(shè)備成槽。

沖擊鉆選用ZZ-6A型沖擊鉆，設(shè)備工效約為4.5 m2/d。旋挖鉆機(jī)選用中聯(lián)重科ZR220A，最大鉆孔深度為60 m，最大鉆孔直徑為2 000 mm，該工程設(shè)計(jì)階段的最大成墻深度約為43 m，可滿足施工要求，預(yù)估工效約為100延米/d。液壓抓斗選用金泰SG46A型液壓抓斗，最大成墻深度為75 m。為滿足抓斗機(jī)施工回轉(zhuǎn)以及防滲墻施工具有足夠的工作面，必須沿防滲墻軸線兩側(cè)開(kāi)挖15 m 左右的施工平臺(tái)[3]。

2.3.3 場(chǎng)地布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將輸漿、輸電線路、沖擊鉆及沖擊鉆行走平臺(tái)布置在軸線內(nèi)側(cè)，將旋挖鉆機(jī)和液壓抓斗及其輔助設(shè)備，包括裝載機(jī)、挖掘機(jī)、吊車等布置在外側(cè)，充分利用設(shè)備機(jī)動(dòng)性好的特點(diǎn)，保證工藝流程的連續(xù)性及設(shè)備的工作時(shí)間。同時(shí)，施工場(chǎng)地垂直軸線方向的寬度應(yīng)不小于25 m，否則各施工設(shè)備不能很好地進(jìn)行交叉作業(yè)；每個(gè)施工段的軸線劃分必須長(zhǎng)，能夠保證各設(shè)備連續(xù)作業(yè)，不會(huì)因場(chǎng)地不夠?qū)е略O(shè)備窩工。

2.3.4 護(hù)壁泥漿

該工程主要采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，新制備的泥漿膨化24 h后供應(yīng)給施工槽段，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)存放黏土，在鉆進(jìn)過(guò)程中向孔內(nèi)投入大量的黏土以提高泥漿黏度懸浮鉆渣，從而提高鉆孔時(shí)效[4]。漿液供應(yīng)一定要滿足施工進(jìn)度要求，在旋挖鉆孔、壓抓斗成槽及漿液漏失時(shí)能及時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)充足夠的泥漿。

2.3.5 成槽施工

根據(jù)地層上軟下硬的特點(diǎn)，最終采用“三鉆兩抓法”+“鉆劈法”施工工藝：旋挖鉆進(jìn)主孔，抓斗抓取副孔覆蓋層，沖擊鉆劈打基巖段副孔成槽。

采用旋挖鉆進(jìn)主孔，覆蓋層鉆頭采用撈砂斗，進(jìn)入基巖后換筒鉆鉆進(jìn)，同時(shí)取樣鑒定基巖面，筒鉆對(duì)基巖進(jìn)行切割，巖樣較完整，能夠非常準(zhǔn)確地鑒定基巖面深度，保證施工質(zhì)量。主孔完成后，抓斗抓取副孔覆蓋層，覆蓋層抓完后沖擊鉆完成基巖段的成槽施工；鉆劈法不僅能夠很好地實(shí)現(xiàn)硬巖地層的嵌巖施工要求，確保不同方向嵌巖深度的可靠性，而且可以有效清理槽孔內(nèi)部的小墻，提升嵌巖效果[5]。旋挖抓斗完成一個(gè)槽段后繼續(xù)沿軸線施工其他Ⅰ期槽，既保證了設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，又加快了施工進(jìn)度。

2.3.6 鉆渣處理

將旋挖出渣堆放在鉆機(jī)兩側(cè)，使用裝載機(jī)清理；抓斗直接抓取巖土體上提并倒入渣土車，將其運(yùn)到指定位置；使用沖擊鉆在槽孔內(nèi)產(chǎn)生的鉆渣可以利用泥漿凈化機(jī)篩出，并直接轉(zhuǎn)運(yùn)至指定位置進(jìn)行處理。

2.4 應(yīng)用效果

銀江水電站一期圍堰防滲墻工程實(shí)際比預(yù)定節(jié)點(diǎn)目標(biāo)提前12 d完成，成槽驗(yàn)收一次合格率達(dá)100%。施工中針對(duì)防滲墻施工的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和比較，采用三種設(shè)備結(jié)合的施工技術(shù)可以最大程度地降低對(duì)環(huán)境的影響和施工難度，進(jìn)而最大程度地提高了施工效率、節(jié)約了施工成本，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

通過(guò)“旋挖+抓斗+沖擊鉆”三種設(shè)備聯(lián)合施工防滲墻技術(shù)研究，結(jié)合銀江水電站一期圍堰防滲墻工程實(shí)踐，不斷調(diào)整、優(yōu)化施工工藝，確保了所依托工程施工的安全和質(zhì)量，經(jīng)過(guò)工程應(yīng)用和施工實(shí)踐，取得了以下幾方面的效益。

3.1 工期效益

銀江水電站一期圍堰防滲墻工程計(jì)劃工期為80 d，實(shí)際用時(shí)68 d，施工效率提升15%以上。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)若采用旋挖抓斗法施工，需增加1臺(tái)旋挖機(jī)，按2個(gè)月工期計(jì)算，其成本為：該項(xiàng)目通過(guò)市場(chǎng)詢價(jià)得知：1臺(tái)旋挖鉆機(jī)施工2個(gè)月的租賃費(fèi)(含進(jìn)出場(chǎng))為37萬(wàn)元，2臺(tái)則為74萬(wàn)元；1臺(tái)金泰SG46A成槽機(jī)2個(gè)月的租賃費(fèi)(含進(jìn)出場(chǎng))為60萬(wàn)元；裝載機(jī)、挖機(jī)、吊車、渣土車各1臺(tái)， 2個(gè)月的費(fèi)用約為20萬(wàn)元。該工藝產(chǎn)生的主要人工設(shè)備成本約為154萬(wàn)元。

(2)若采用沖擊鉆機(jī)施工，按照2個(gè)月工期考慮，鉆機(jī)工效為4.5 m2/d，約需35臺(tái)沖擊鉆機(jī)，按常規(guī)配置3～4人/(臺(tái)×日)，需要鉆工約120人，按8 000元/(人×月)計(jì)算，每月人工費(fèi)約96萬(wàn)元；輔助設(shè)備增加2～3套。沖擊鉆2 000元/(臺(tái)×月)，35臺(tái)共計(jì)7萬(wàn)元/月，輔助設(shè)備按3套考慮，每月需30萬(wàn)元。采用純沖擊鉆施工的主要人工設(shè)備成本為266萬(wàn)元，且因現(xiàn)場(chǎng)大量設(shè)備、人員施工，組織安排生產(chǎn)難度極大，極易出現(xiàn)窩工。

(3)若采用沖擊鉆及抓斗法施工，為保證抓斗施工連續(xù)，按照一臺(tái)旋挖100 m/d計(jì)算，需配備12臺(tái)沖擊鉆，僅人工成本即需40×8 000=32(萬(wàn)元)。采用4臺(tái)沖擊鉆處理基巖段約需人工成本11萬(wàn)元，16臺(tái)沖擊鉆設(shè)備折舊費(fèi)為3.2萬(wàn)元/月，2套輔助設(shè)備租賃費(fèi)用為20萬(wàn)元/月。該工藝共需成本=(32+11+3.2+20)×2+60=192(萬(wàn)元)。

(4)該項(xiàng)目采用1臺(tái)旋挖，1臺(tái)液壓抓斗及4臺(tái)沖擊鉆，輔助設(shè)備一套，2個(gè)月的成本=(16+25+10+0.8+4.8)×2+15=128(萬(wàn)元)。

(5)未澆筑倒渣平臺(tái)節(jié)約的成本為：軸線長(zhǎng)407.3 m，倒渣平臺(tái)寬5.5 m，厚30 cm，C20混凝土單價(jià)為200元/m3，可節(jié)約成本約410×5.5×0.3×200≈13.5(萬(wàn)元)。

該項(xiàng)目采用三種設(shè)備聯(lián)合施工，從成本上看其均優(yōu)于其他單一或兩種設(shè)備聯(lián)合施工工藝，相較于傳統(tǒng)的沖擊鉆鉆劈法施工節(jié)約成本約151.5萬(wàn)元(266+13.5-128=151.5萬(wàn)元)。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)施工環(huán)保的要求不斷提高，傳統(tǒng)沖擊鉆施工產(chǎn)生的噪音及泥漿污染對(duì)周圍環(huán)境的影響巨大，完全不能滿足城市施工要求。而采用“沖擊鉆+旋挖鉆機(jī)+抓斗”成槽結(jié)合氣舉反循環(huán)與泥漿凈化機(jī)清理槽孔，清孔后的泥漿循環(huán)利用，泥漿消耗量少，基本不產(chǎn)生廢漿，有利于環(huán)境保護(hù)；同時(shí)，該工藝解決了傳統(tǒng)沖擊鉆施工“臟亂差”的施工面貌，有助于樹(shù)立良好的企業(yè)形象。

嵌巖式防滲墻施工過(guò)程中存在“施工效率低”“成槽質(zhì)量差”“上部軟土層易塌孔”等技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者結(jié)合相應(yīng)的工程實(shí)例，提出了相應(yīng)的嵌巖式防滲墻施工工藝。但由于不同工程地質(zhì)條件的差異，所采取的施工工藝亦會(huì)有所不同。目前，入巖防滲墻施工常用的設(shè)備主要有傳統(tǒng)的液壓式抓斗成槽機(jī)(大多需鉆機(jī)配合)和新興的雙輪銑槽機(jī)。傳統(tǒng)的液壓抓斗成槽機(jī)入巖段無(wú)法獨(dú)自成槽，大多需鉆機(jī)配合施工。而液壓雙輪銑法作為專用的入巖防滲墻施工設(shè)備，其雖適合入巖施工，但其機(jī)械主要依賴進(jìn)口，整機(jī)購(gòu)進(jìn)、租賃費(fèi)用昂貴且設(shè)備維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用較高，僅適用于工程量大、工期緊且中等風(fēng)化巖層在總工程量中占比較大等復(fù)雜條件下的入巖防滲墻施工。沖擊鉆配合各類鉆頭雖然對(duì)地層適應(yīng)性較廣，但工效相對(duì)于旋挖、抓斗等明顯偏低，對(duì)于圍堰防滲墻這類工期緊、工程量大的工程，需采用大量的鉆機(jī)來(lái)保證工效滿足工期要求，故單獨(dú)使用哪種方法均不能滿足要求。

在水電工程及地下連續(xù)墻建設(shè)大發(fā)展的今天，該項(xiàng)目采用的“旋挖+抓斗+沖擊鉆)三種設(shè)備聯(lián)合進(jìn)行防滲墻施工技術(shù)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。