混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》是中國水利水電建設集團公司完成的建築類施工工法，完成人是蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、李軍、郭宏波。該工法適用於大多數地層中建造混凝土防滲牆（地連牆）工程，特別是工期緊張、牆深量大的工程，更能發揮工效快的優勢。

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》主要的工法特點是：減少了工序之間的轉換，施工成本低。

2008年1月31日，《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法
• 工法編號：YJGF275-2006
• 完成單位：中國水利水電建設集團公司
• 主要完成人：蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、李軍、郭宏波
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因

三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆技術複雜、難點多、風險大。工期緊迫、施工強度高是首要特點，除1.22萬平方米的牆體可在大江截流前完成外，其餘3萬平方米要求在截流後大施工期一個枯水期內完成；高峰月成牆面積約500平方米。尤其是河床深槽段，混凝土防滲牆呈雙牆布置，需分期完成，軸線長度僅162米，設備投入受到限制。如此大的施工規模和施工強度，2005年前中國外尚無先例。如果不能按時完成施工任務，必須在汛期將圍堰加高抵禦洪水，汛後再挖開圍堰繼續施工混凝土防滲牆，三峽工程將推遲一年發電，政治影響和經濟損失不可估量。

為確保工程按期完成施工，早在1995年之前，中國水利水電建設集團公司水電基礎局有限公司已擁有了一台日本真沙液壓抓鬥，曾在長江葛洲壩和黃河小浪底等工程中有所套用，並研究總結了抓鬥與衝擊式（反循環）鑽機配合的“兩鑽一抓法”和抓鬥單獨施工的“純抓法”槽孔建造工法；但日本真沙液壓抓鬥性能較低，在上述工程中套用施工的工作量很少。為三峽二期上游圍堰防滲牆工程施工作準備，中國水利水電建設集團公司水電基礎局有限公司於1995年，利用正在施工的三峽下引航道隔流堤防滲工程引進了義大利產BH-12型液壓抓鬥和國產鋼絲繩抓鬥，通過抓鬥與鑽機的配合施工，在工程中進一步完善了“兩鑽一抓法”和“純抓法”槽孔建造工法，研究總結了《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》。從此，液壓抓鬥和鋼絲繩抓鬥在中國水利水電工程中廣泛套用，採用抓鬥以及與衝擊式鑽機配合施工的一系列施工工法開始成熟。

為順利完成三峽二期上游圍堰防滲牆工程的施工任務，中國水利水電集團公司技術人員與子公司施工單位中國水電基礎局有限公司設立了“長江三峽工程二期上游圍堰混凝土防滲牆施工技術研究與工程實踐”研究課題，掌握液壓抓鬥和鋼絲繩抓鬥、研究總結抓鬥以及其與鑽機配合施工的一系列施工工法是該課題的研究內容之一。該工法經試驗工程總結研究成功後，在三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆截流後大施工期採用，採用該工法約完成了四分之一的工程量，為工程高質量的按期完工，起到了重要作用。

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》自三峽下引航道隔流堤防滲工程研究總結，套用於三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程之後，廣泛套用在水利水電工程和城市地連牆工程，如河北黃壁莊水庫防滲牆工程、潤揚長江大橋北錨錠地下連續牆工程、長江向家壩水電站一期圍堰防滲牆工程、大渡河沙灣電站一期圍堰混凝土防滲牆工程、南水北調穿黃一期工程地連牆工程等工程，具有經濟效益和社會效益。

工法特點

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的工法特點是：

1、與“兩鑽一抓法”和“純抓法”槽孔建造工法一樣，是混凝土防滲牆（地連牆）工程採用抓鬥或抓鬥與衝擊（反循環）式鑽機配合施工的施工工法。“純抓法”僅採用抓鬥施工；如為液壓抓鬥，則適用於均質鬆軟覆蓋層地層；如為鋼絲繩抓鬥，亦可用於夾漂（卵）石覆蓋層地層，但都不能套用於入岩的混凝土防滲牆（地連牆）工程。

2、和“兩鑽一抓法”均可套用於大多數地層。與“兩鑽一抓法”相比，該工法工效更高，工效是“兩鑽一抓法”的1.5倍；但上部如為夾有大量漂（卵）石或堅硬的覆蓋層地層，則只能使用鋼絲繩抓鬥，且要求抓鬥操作水平較高。

3、和“兩鑽一抓法”一樣，與“純抓法”相比，還有一個優點，就是不像“純抓法”需配有專門的設備清孔換漿，減少了工序之間的轉換。該工法施工成本要遠低於使用液壓銑槽機的工法。

操作原理

適用範圍

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》適用於大多數地層中建造混凝土防滲牆（地連牆）工程，特別是工期緊張、牆深量大的工程，更能發揮工效快的優勢。

工藝原理

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的工藝原理敘述如下：

採用液壓或鋼絲繩抓鬥抓取混凝土防滲牆（地連牆）的上部覆蓋層地層，靠抓鬥斗體重量或油缸壓力切割地層後抓出槽外而取得進尺。但上部如為夾漂（卵）石或堅硬的覆蓋層地層，則只能使用鋼絲繩抓鬥，鋼絲繩抓鬥遇到漂（卵）石或堅硬的覆蓋層地層時，可換重鑿砸碎地層後，再行抓取。對於下部基岩地層，採用衝擊（反循環）式鑽機鑽取地層，該類型鑽機是靠鑽頭衝擊破碎地層後、間斷或連續排渣而取得進尺。槽孔施工到設計深度後，採用衝擊（反循環）式鑽機清孔換漿。

施工工藝

• 工藝流程

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的施工工藝流程如下（見下圖）：

上抓下鑽成槽工法工藝流程圖

工藝流程1：抓鬥抓取槽孔上部覆蓋層地層，上部如為夾漂（卵）石或堅硬的覆蓋層地層，則只能使用鋼絲繩抓鬥，鋼絲繩抓鬥遇到漂（卵）石或堅硬的覆蓋層地層時，可換重鑿砸碎地層後，再行抓取；工藝流程2：衝擊（反循環）式鑽機分主、副孔鑽取鑽取基岩地層；工藝流程3：衝擊（反循環）式鑽機清孔換漿；工藝流程4：澆築牆體混凝土。

操作要點

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的操作要點如下：

一、施工導牆、平台

施工導牆宜為鋼筋混凝土結構，規格應根據設計的牆體深度、預計的成槽周期、地基密實程度確定，以保證施工期間槽口的穩定、施工設備和人員的安全。施工平台需考慮不同設備的特點，宜在牆體軸線兩側分別建造，抓鬥的移動相對靈活，可在軸線的一側建造整體或部分為混凝土結構的施工平台，配筋情況根據具體情況確定，以保證安全兼顧經濟為總體原則；鑽機平台一般為枕木上架設軌道，布置在抓鬥平台的對面。抓鬥平台應布置排水溝，以便於施工廢水排出，保證現場文明施工。

二、一、二期槽孔長度的確定

因為需要抓鬥和鑽機配合施工，槽孔長度應結合兩種設備的特點，並結合地層條件確定；一般為5.0~7.0米。

三、固壁泥漿及牆體材料

採用該工法，因抓鬥施工速度較快，一般使用膨潤土泥漿，一方面有利於固壁效果，另一方面有利於清孔換漿和保證牆體澆築質量。不同地層、設備和成槽的不同階段，需根據實際情況使用適合參數的泥漿。不同階段泥漿性能指標可參考國家電力行業標準《水電水利工程混凝土防滲牆施工規範》（DL/T 5199—2004）有關要求。

四、“上抓下鑽法”槽孔建造工法對地層的適應性

不同的地層和不同的工程要求，選擇不同的設備組合與施工工法至關重要，採用抓鬥或抓鬥與衝擊（反循環）鑽機配合施工的三種主要工法“純抓法”、“兩鑽一抓法”和該工法對地層的適應性前已所及，現詳述如下：

1.對於在均勻軟弱的覆蓋層中建造的混凝土防滲牆（地連牆），如不要求嵌入基岩，以“純抓法”最為簡單，工效最高；即使是底層中含有少量漂（塊）石，如採用鋼絲繩抓鬥亦可施工。

2.對於要求嵌入基岩的混凝土防滲牆（地連牆），除在堆石體等特殊地層建造需採用特種設備、城市施工對噪聲要求較高外，均可採用“鑽一抓法”或該工法施工。一般來講該工法工效更高，工效是“兩鑽一抓法”的1.5倍；該工法工法對於上部結構均勻、疏鬆軟弱的覆蓋層，或者風化程度較高、硬度較低的基岩，可以直接利用抓鬥成槽，工效高，槽形好，最為適用。

3.當上部地層夾有大量漂（卵）石或是堅硬的覆蓋層地層時，如採用該工法則只能使用鋼絲繩抓鬥，且要求抓鬥操作水平較高，非高水平專業操作手不能採用。鑒於中國抓鬥操作手的水平，為保證工效和槽孔精度，應採用“兩鑽一抓法”。

材料設備

一、《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的主要設備包括液壓（鋼絲繩）抓鬥和衝擊（反循環）鑽機。每種類型的設備還需要根據地層的實際特點選用不同的專用配件，比如抓鬥主機及斗體型號、鑽機卷揚提升力鑽頭類型和重量等等。

二、《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的材料主要為固壁泥漿，宜優先使用膨潤土泥漿。膨潤土質量等級要求及泥漿質量控制指標，可按照電力行業標準《水電水利工程混凝土防滲牆施工規範》DL/T 5199—2004有關要求。

質量控制

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的質量控制要求如下：

一、一般標準

質量標準可參考中國相關規範，電力工程按電力行業標準《水電水利工程混凝土防滲牆施工規範》DL/T 5199—2004的有關要求執行該規範規定的主要指標如下：

槽位允許偏差不大於30毫米；偏斜率：鑽機成槽不得大於4；遇含孤石地層及基岩陡坡等特殊情況，應控制在6‰以內；抓鬥成槽時不得大於6%，遇含孤石地層及基岩陡坡等特殊情況，應控制在8%以內。如採用套打接頭，套接孔的兩次孔位中心在任一深度的偏差值，不得大於設計牆厚的1/3，吊放接頭管（板）的端孔偏斜率，應按成槽工藝分別控制，同時應保證接頭管板順利吊放和起拔。

二、質量保證措施

1、應該根據地層特性和成槽深度、預計成槽周期，建造堅固的導牆和施工平台，保證成槽導向和成槽過程中設備的穩定。

2、選用質量優良的固壁泥漿固壁，保持槽內泥漿面的水平，保證成槽過程中槽壁的穩定。

3、根據不同的地層情況，及時調整不同的設備，除了充分發揮各種設備的效率優勢外，成槽質量也相對易於保證。

4、選用經驗豐富的操作手，成槽過程中適時監控成槽垂直度，發現偏斜及時糾正。

5、套接法接頭連線時，二期成槽的偏斜需考慮相鄰一期槽的偏斜情況，驗收時對比檢查，保證牆段可靠連線。

安全措施

採用《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位安全標準，建立完善的安全體系，成立專門的安全結構，按照安全生產責任制的管理模式，明確各級人員的安全職責。

2、根據作業現場具體情況，制定切實可行的安全操作規程，規程需涵蓋現場所有的相關作業，包括安全用電、用水、高空作業、防火等措施。

3、液壓（鋼絲繩）抓鬥屬大型貴重設備，應嚴格按照操作規程保養和施工，避免設備的損壞；在施工強漏失地層時，為防止槽孔坍塌將斗體埋在槽孔中，應採取必要的地層堵漏方案和槽孔建造過程中的堵漏措施，並隨時觀察槽孔狀況，必要時及時將斗體提出孔外。

4、如在雨期、冬期施工，應該制定相應的防雷、防凍、防滑等措施。

5、在制定的安全操作規程的基礎上，設立現場各類安全警示牌，組織例行的和不定期的安全檢查，並做好記錄，及時整改不合格的安全事項，消除安全隱患。

環保措施

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的環保措施如下：

1、嚴格遵守國家和地方有關環境保護的法律、規章和制度，成立專門的環境管理部門，設立專門人員執行項目環境管理具體事務。

2、根據項目特點，制定專門的環境保護技術措施，合理進行現場施工布置，便於現場廢水、廢渣控制及排放。

3、定期、及時清理現場施工生產垃圾，保持施工平台乾淨、整潔。

4、按照規定地點棄渣棄漿，避免污染。

5、及時維護現場施工道路，及時清理遺撒在施工道路上的垃圾及廢料。

6、早季施工需在施工場地做好灑水等防塵措施。

7、如施工場地對噪聲控制有特殊要求，需制定並採取相應的降噪、隔聲等措施。

效益分析

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》的效益分析如下：

1、“上抓下鑽法”成槽工法由於採用了先進的混凝土防滲牆（地連牆）施工設備，提高了施工效率，是採用中國常用的衝擊式鑽機及“鑽劈法”工效的2~5倍。在可用地層中，是“兩鑽一抓法”工法的1.5倍；具有經濟效益。

2、抓鬥可以作為機群配置的骨幹設備，相對於傳統工法，可實現較少的設備投入，設備和施工人員數量較採用鑽機成槽施工大為減少。

3、採用該工法成槽相對於傳統工法有利於現場文明施工和環境保護。

4、“上抓下鑽法”槽孔建造工法自三峽下引航道隔流堤防滲工程研究總結，套用在三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程之後，廣泛套用在水利水電工程和城市地連牆工程，如河北黃壁莊水庫防滲牆工程、潤揚長江大橋北錨錠地下連續牆工程、長江向家壩水電站一期圍堰滲牆工程、大渡河沙灣電站一期圍堰混凝土防滲牆工程、南水北調穿黃一期工程地連牆工程等國家重點工程，具有推廣價值和社會效益。

套用實例

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》在長江三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程的套用情況如下：

一、工程概況

三峽二期圍堰是工程最重要的臨時建築物之一，它是工程二期施工時期的安全螢幕障，其中上游圍堰更是重中之重：軸線全長1439.9米，最大高度82.5米，最大填築水深達60米，最大擋水水頭達85米，混凝土防滲牆最大高度73.5米，在世界圍堰工程中均屬罕見。堰體深槽段典型剖面圖見下圖。作為圍堰成敗的技術關鍵混凝土防滲牆，軸線全長997.634米（在樁號0+140.82以左為高噴混凝土防滲牆），成牆面積約4.1萬平方米。其中深槽段長度162米採用中心距為6米的雙牆，雙牆之間設5道隔牆，深槽斷兩邊均為單牆。牆體厚度除液壓生產性試驗段為0.8米外，其餘均為1.0米。牆體材料為塑性混凝土和柔性材料。混凝土防滲牆上部接土工膜，下部接帷幕灌漿。

三峽二期圍堰堰體深槽段典型剖面圖

上游圍堰混凝土防滲牆施工技術複雜，風險大，主要特點是：

1.地質條件複雜：原始砂卵石層和堰體水下平拋砂卵石層孔隙率大，易漏漿塌孔；兩岸漫灘及河床段分布有新淤粉細砂層，鬆軟，物理力學指標低，槽孔穩定性差；在覆蓋層及全風化岩中，有相當數量的塊球體，岩性堅硬，成槽困難；河槽左側基岩陡坡高30米，坡度超過70度，牆體嵌岩困難。

2.牆體深度大，大於50米的牆體面積達1700平方米，最大深度達73.5米，成槽精度要求高，槽段連線難度大。

3.工程量大、工期短、施工強度高，約6個月的截流後大施工期要求完成約3萬平方米的工程量，平均月成槽強度在0.5萬平方米左右，最高月強度要求達0.65萬平方米左右。混凝土防滲牆施工大體可劃分為三個階段：

（1）上游圍堰右接頭段液壓銑槽機試驗階段；試驗安排在牆體軸線右端頭，對液壓銑進行性能和生產性檢驗，為截流後大施工期提供技術保證。

（2）預進占段施工時段；1997年大江截流前在左右預進占段堰體內進行，目的是降低截流後大施工期的施工強度。

（3）截流後大施工期；大江截流後在防滲施工平台形成及對堰體風化砂振沖加密後進行，這是工程的攻堅階段，成敗直接關係到堰體1998年安全度汛和基坑按期抽水，這幾個時段的施工布置參見下圖，各時段施工安排見下表。

三峽上游圍堰防滲牆分段布置示意圖

二、“銑削法”槽孔建造工法在工程中的套用

三、“上抓下鑽法”成槽工法在工程中的套用

在三峽上游圍堰混凝土防滲牆截流後大施工期，為發揮各種設備的優勢和特長，採用該工法主要集中在左右漫灘段，使用該工法完成了約占總工程量五分之一的工程量，對工程高質量地按期完工起到了重要作用。三峽二期混凝土防滲牆是2005年以前世界上綜合難度最大的混凝土防滲牆工程，是三峽工程成敗的關鍵之一。通過採用先進的設備，研究採用先進的施工工藝，工程得以高質量的按期完工。施工中的科技進步與創新，推動了中國混凝土防滲牆施工技術的發展。

榮譽表彰

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》於2003年10月獲大禹水利科學技術獎二等獎。

《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》於2005年1月獲國家科學技術進步獎二等獎。

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土防滲牆（地連牆）“上抓下鑽法”槽孔建造工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。