【论文】三峡工程下游引航道隔流堤及施工围堰防渗工程防渗效果分析

三峡工程下游引航道隔流堤及施工围堰防渗工程防渗效果分析
陈俊
（葛洲坝集团基础工程有限公司湖北宜昌 443002）
[摘要]三峡水利枢纽通航建筑物下游引航道隔流堤及施工围堰防渗工程将柔性材料防渗墙、单排高压摆喷、单排高压旋喷、双排高压旋喷及墙下帷幕灌浆有机地结合起来，解决了三峡地层复杂，工程量大的问题，并且是首次将高喷技术引入到处理花岗岩强风化层。

本文通过对施工情况进行分析，旨在给防渗工程技术的发展提供一些参考，倡导有识之士进行防渗技术领域的革命与创新。

[关键词]隔流堤围堰防渗工程施工分析
1 工程概况
三峡水利枢纽通航建筑物下游引航道位于长江左岸，金覃路、平湖路以南，自覃家沱至坝河口全长约3.6km，为确保临时船闸如期通航，根据下游引航道工程布置特点和工程施工难易程度，修建AB、EF、CD三道横向临时围堰及隔流堤防渗体，将航道分为A、B、C三个分别独立施工的封闭区(见图1)。

本文主要分析B区与CD围堰施工的情况。

B区全长约1.2km，位于永久船闸下航道与临时船闸下航道交汇区，引航道及隔流堤属三级建筑物，施工围堰属五级建筑物，由于B区工程量最大，施工项目最多，技术难度较高，所以设计按全年挡水进行围堰设计。

C区按枯水期施工进行围堰设计，堤尾设CD拦砂子堰。

2 防渗结构与工程量
三峡水利枢纽通航建筑物下游引航道隔流堤及施工围堰防渗工程采用柔性材料防渗墙、单排高压摆喷、单排高压旋喷、双排高压旋喷及墙下帷幕灌浆等方式，B区包括GHIJ围堰、隔流堤1+795～2+285、EF围堰、隔流堤3+300～3+525围堰等，防渗结构的设计原则为：（1）在隔流堤基础岩石透水性强，堤体挡水水头较高（墙体高度大于30m）的部位，设置柔性材料防渗墙。

其设计参数为：柔性墙厚0.8m，要求当强风化层厚度小于5m时，嵌入弱风化岩石内0.5m～1m；当强风化层厚度大于或等于5m时，嵌入强风化带岩石5m。

（2）在隔流堤、临时围堰风化砂填筑断面较大，堤基础岩石透水性较弱且无块球体分布和堤体挡水水头较低（墙体高度小于30m）的部位设置单摆防渗墙。

设计参数为：孔距1.5～2m，摆角30°，灌浆深度，当强风化厚度大于5m时，灌至强风化岩层内5m；当强风化层厚度小于5m时，灌至弱风化岩层顶板以下1m。

（3）隔流堤基础存在块球体分布的部位，设计双旋防渗墙。

设计参数为：孔距 1.2m，排距1m，灌浆深度同单摆防渗墙。

（4）单旋防渗墙布置在GHIJ施工围堰的GH和IJ段，轴线全长258m。

（5）隔流堤基础岩石透水性较强，强风化岩层较厚（厚度大于5m）的防渗体底部接帷幕灌浆作为补充的防渗措施。

帷幕灌浆孔距1.5～2.4m，灌浆深度为：一般地段自墙底灌至弱风化顶板以下2m止，对严重透水部位，灌至若风化顶板以下一定深度，一般总深度5～15m不等。

帷幕与柔性墙搭接0.5m，帷幕与高喷墙搭接1m。

各部位的防渗形式及工程量见表1。

图1 下游引航道防渗工程总平面布置示意图
表1 防渗形式与工程量统计表
从表1看出，所有部位各种防渗形式的工程量都超过了设计工程量，主要是孔深超过了设计深度，尤其是超过30m孔深的部分占有一定的比例，为便于分析施工情况，超过30m 孔深的工程量统计见表2。

3 地质条件分析
3.1 各部位地层分布情况
各部位地层分布情况见表3。

表2 超过30m孔深的工程量统计表
表3 地层分布情况表
表3显示，地层分布有以下特点：
（1）覆盖层尤其是粉细砂层深厚，最突出的是EF围堰回填前没有清淤，粉细砂层最厚达24m；
（2）回填层中块石较多，有架空，密集；
（3）块球体多，无规律性，岩性坚硬；
（4）强风化带岩层厚度大，最大达16m，且风化程度不均一，常有球状风化体；
（5）基岩断裂构造发育，尤其是陡倾角裂隙较发育。

根据勘探资料及招标文件反映，粉细砂层是可能引起振动液化的不稳定体，施工造孔时，尽管使用低固相植物胶泥浆护壁钻孔，但坍孔现象仍十分频繁，如EF141#、122#孔的埋管事故就属于此类。

同时，施工中，在强风化层厚度大的位置喷灌时，受高喷机架高度限制，往往第一节喷管未能提出强风化岩层就需换管，这样极易造成埋管事故，如EF13#、23#、V45#、53#等孔的埋管都属于此情况。

3.2 特殊地质现象
施工中所发现的一些特殊地质现象统计见表4、表5、表6。

表4 GJ围堰造孔特殊地质现象统计表
4 施工方法
4.1 柔性材料防渗墙施工
柔性材料防渗墙单元槽长为5.9～6m和6.5m两种，施工时部分槽段采用了2个槽合为1个槽施工，槽长11.2m，造孔机具选用了30台CZ-22、CZ-30型冲击钻和1台HB-12型液压抓斗。

主要采用了“上抓下钻”成槽法、“两钻一抓”或“三钻两抓”成槽法，通过充分发挥各种设备的优势，达到孔壁稳定、孔形好、工效高的的效果。

对有些块球体和硬岩采用了钻孔爆破和聚能爆破。

表5 块球体及块石分布情况
表6 显著失浆孔段统计表
4.2 高压喷射灌浆防渗墙施工
高压喷射灌浆防渗墙包括单摆、单旋和双旋防渗墙，选用地质钻机造孔，孔径一般为φ110～130mm，正循环泥浆固壁。

在风化砂回填层、冲积层、全风化基岩层和部分强风化基岩层中，主要采用硬质合金或金刚石钻头钻进，强风化带和弱风化带基岩以及砂卵石层、块球体中采用金刚石或钢粒钻头钻进。

高喷采用三管法的喷灌工艺，纯水泥浆为灌浆材料。

高喷参数主要为：高压水30～40MPa，风压0.5～0.7MPa，浆压0.5～1MPa，喷管提升速度5～10cm，旋喷的旋转速度为5～15r/min，摆喷的摆动速度为7～8次/min，摆角30°，进浆比重1.6～
1.8，回浆比重1.3～1.4。

4.3 帷幕灌浆施工
柔性墙的墙体部分采用预埋φ100mm厚壁硬质塑料灌浆管成孔，以下采用地质钻机配金刚石钻头造孔，孔径一般为φ76mm，采用清水钻进。

高喷墙分单摆墙、单旋墙和双旋墙采用不同的布置方式，单摆墙在高喷墙迎水侧距墙40cm处布孔；单旋墙沿防渗轴线布置在相邻旋喷中心（搭接）处，双旋墙段沿迎水排防渗轴线布置在相邻旋喷孔中心（搭接）处，均从地表开始用地质钻机配合金钻头造孔，孔径一般为φ110mm，采用泥浆固壁钻进至高喷墙底线以上1m，然后下套管护壁，以下则采用金刚石钻头造孔，孔径为φ76mm，采用清水钻进。

灌浆段长除第一段段长为2m外，以下段长一般为5～7m，采用自上而下分段阻塞，孔内循环灌浆法灌浆，灌浆压力第一段为0.5MPa，第二段为0.9MPa，以下各段为1.5MPa。

开灌水灰比一般为3∶1，逐级变换至0.6∶1，在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min，继续灌注60分钟，或不大于1L/min时，继续灌注90分钟结束。

5 防渗效果总体评价
柔性材料防渗墙部位质量较好，发现局部微渗水，无裂缝现象；双旋高喷段，除墙体较高，基础又遇较多块球体的IJ段（轴线长130m）渗漏较严重外，其余部位均无裂缝和严重漏水现象。

单摆防渗墙部位大部分墙段都出现严重裂缝和漏水现象。

因此重点对高喷灌浆施工效果进行分析。

5.1 灌浆水泥消耗情况
各部位各种高喷的水泥耗量统计于表7。

从表7看出，水泥耗量基本在正常范围内，而且与高喷墙的形式关系不大。

表7 高喷水泥耗量统计表
5.2 高喷效果检查
（1）桩头开挖检查
通过桩头开挖清理看出，单摆轮廓清晰，摆角明显，墙厚最大可达50cm，一般都能满足墙厚20cm的要求，而且相互搭接也较好，只有局部因喷嘴被块石堵住而影响喷射半径，导致搭接不上。

从纵向开挖2.5～3m来看，板墙一般整体性好，密实无空洞，局部由于墙内回填块石密集，水泥充填不太充分。

无论从平面还是纵向看，单摆墙与单旋，单摆墙与柔性
墙的搭接都很好。

从平面上看，单旋桩桩径基本可达1m左右，胶结良好，且Ⅰ序孔桩径普遍偏大，Ⅱ序孔孔径相对较小，大部分桩间搭接较好，局部表层存在搭接欠佳及终喷高程不够的现象，与各接头搭接均较好。

从纵向开挖看，墙体整体搭接很好，没有漏喷断桩现象。

双旋一般也搭接较好，只是局部由于桩径偏小而没有搭接上。

（2）检查孔及围井检查效果
①取芯检查
在GJ围堰共布置22个检查孔，这些检查孔基本布置在桩与桩的连接处及双旋两排桩的中心处，从取芯情况看，GH段的情况相对较好，HI段和IJ段的相对差些，检查孔取芯均采用双管单动钻具，绳索取芯和φ130mm口径钻具干烧取芯及无泵钻进法施工。

从几个取芯较好的孔看，岩心基本成柱状，且胶结较好，水泥充填均匀、密实，块状或散粒状岩心基本都含有一定量的水泥成分，且能清晰发现桩间接缝胶结良好（如检2#孔），强风化基岩上部宽大裂隙（约1～2cm宽）中见有水泥结石充填，强风化下部到弱风化层中，基本未见水泥痕迹，裂隙也基本为原状。

从检11#孔至检22#孔，取芯不够理想，主要是胶结差，取芯基本为散体，但大部分都有水泥成分，分析认为可能与地层的不均一和布孔位置有关，当然也不排除施工故障原因。

对取芯不良的孔，一方面采取加孔取芯，另一方面，对这些孔都进行了灌浆处理。

②压水检查
共作压（注）水试验89段，渗透系数K＜i×10-5cm/s的有67段，占75.3%，从资料分析发现，墙体上部（孔深10m以上）渗透系数均较小，都小于i×10-5cm/s，而检查孔终孔段渗透系数相对较大，基本为i×10-4cm/s，原因是：基岩面起伏较大，基岩上部本身是强透水层，而且部分地区有块球体，而高喷不易切割此地层，因而有可能形成高喷盲区，分析认为：墙体部分虽然取芯不够理想，但由于高喷渗透和压缩作用，仍有一定的防渗能力。

③围井检查
单摆墙布置了围井检查，从围井开挖情况看，板墙都胶结很好，都能很好地搭接，特别是W-4#围井布置在IJ段单旋墙与隔流堤1+795～1+995段单摆墙的搭接处。

从围井开挖看，摆喷板墙与旋喷桩搭接良好。

围井检查孔注水资料显示K=1.28～9.96×10-5cm/s，满足设计要求。

6 对漏水现象和裂缝现象的分析
6.1 观测情况
施工中及施工后，观测发现B区无论是单摆、单旋、双旋还是柔性墙段都分别出现有漏水现象，以GHIJ围堰最为突出，从1995年12月份发现漏水后派专人长期监视，所有漏水点均趋于稳定，且一直出清水，在漏水点附近未见堰体有任何变化，见图2。

CD围堰施工后，随着基坑抽水，堰内侧出现裂缝，主要是纵缝，纵缝宽度最大达25cm，从10#围井还发现墙体断裂，裂缝宽约8mm，停止抽水后仅3#裂缝断续可见，其余裂缝已趋于稳定，一直没发现渗漏点（图3）。

裂缝统计见表8。

图２GJ围堰检测情况示意图
表8 CD围堰裂缝统计表
图3 CD围堰裂缝与漏水点示意图
6.2 对漏水点及裂缝的分析
（1）漏水长时间来水质清澈，与江水位涨落无关，且水中无颗粒悬浊物，故认为是水从基岩裂隙中渗溢出。

（2）IJ段在高喷时，就有漏水漏浆现象，如I42#孔一开喷就漏浆，不喷时均漏清水，在堰内水位抽干后，均不见水变浑，这说明该漏水点的水主要不在堰体而在基岩的高倾角及构造带深槽。

（3）帷幕灌浆孔发现大部分孔第一段漏量偏大，且在进入墙下基岩一定深度发生失水漏浆现象，如IW41#、HW25#孔等，这也可证明是基岩漏水。

（4）根据施工取芯孔取芯情况分析，这个区域高倾角隙较发育，当裂隙呈小夹角或垂直与防渗轴线相交，只要钻孔不穿过该裂隙，无论是高喷还是静压帷幕灌浆都不能将其封闭，而形成最大可能的渗漏水通道。

（5）回填层中块石的存在及粉细砂层中块球体的存在，对形成连续板墙极为不利，如果块石阻隔，特别是钻孔穿过块石或块球体，则根本没法形成板墙，可能形成盲区，导致渗漏水。

（6）相邻孔基岩面起伏大，高差悬殊，常见尖峰和低洼处相邻两孔基岩面相差4～5m，
最大达10m，如G16#与G17#孔，由于高喷切割能力有限，在很大程度上不能击穿强风化岩石，而形成不连续板墙，往往在此低洼处形成漏喷区，渗水从基岩裂隙中流出，导致渗漏水。

（7）据众多资料证明，高喷一般运用于砂层、土层，对直径超过10cm的卵石层效果是不理想的，更何况是在强风化岩层深厚的强风化岩体中做单摆板墙防渗，采用常规的高喷施工参数，本人认为喷射效果还有待试验论证。

（8）构造破碎带本身就是强透水层，且构造岩又都十分坚硬，裂隙纵横交错，靠高喷处理其效果有待研究。

（9）按设计原则，孔深小于30m，堰体基础岩石透水较弱且无块球体分布的部位设置单排直线摆喷灌浆进行防渗，而实际上有很大一部分孔的孔深都超过30m，最深达41.3m，对于这一部分孔虽然采取了KXP-1型测斜仪测斜措施控制孔斜，而国产测斜仪对垂直孔顶角的测量精度为±0.5°，所以钻孔因偏斜而使孔距扩大导致板墙不连续就是难免的问题。

另外，据众多资料介绍，孔深超过30m深的孔进行高喷施工，技术上是没有把握的，在下部的喷射效果可能不尽理想。

（10）对于块球体和强风化岩层下部进行旋喷，高压水的切割力多大、成墙率多高、喷射半径能达到何种程度，还值得探讨。

（11）按照冶金部《高压旋喷注浆技术规程》第3.4.12规定：对搭接成壁（成墙）的旋喷桩柱体应连续旋喷作业，相邻桩柱的作业间隔时间不应超过24小时，而实际施工要求分序作业，一般相邻桩柱的间隔时间至少在72小时以上，有可能造成II序孔喷射时不能切割I序孔桩柱的水泥土，导致I、II序高喷桩的直径差异，搭接受限。

（12）高喷施工是在有水头差情况下进行的，最大水头差超过4m，由于堰体或堰基松散架空，高喷必然造成水泥浆流失，能否有效成墙，有待论证。

（13）设计要求单旋墙厚不小于0.6m，按设计孔距0.8m计算，单桩桩径至少应为1m，在同样的施工参数下，如果将此结果引用到双旋墙（孔距为 1.2m）中，则可能在同一排中两桩连接不好，也可能满足不了双旋墙厚不小于1m的要求（图4），而且必然在两排桩中心处形成盲区，这可能是检查孔取芯不好的主要原因所在。

图４旋喷搭接示
（14）由于隔流堤及施工围堰地质条件复杂，而均使用同样参数施工，显然难以达到预期的效果。

从裂缝产生的地段来看，主要在淤积层较厚的地段，因基础较差，难免在抽水过程中产生滑移现象，导致滑裂缝，如CD围堰。

（15）由于缺乏详细准确的地质资料，在施工中多处出现相邻两孔基岩深度悬殊，且无强风化层，分析认为，部分孔可能在块球体内而没进入真正弱风化基岩内。

（16）据有关专著介绍，水泥土与混凝土的成因很不相同，它受所处环境影响较大，且处于地下深处的地下水以下，可能存在软化问题，致使墙体强度偏低，这也是检查孔取芯不理想的一个原因。

（17）据有关资料介绍，利用高喷灌浆作为防渗体，排数不少于2～3排，重要部位应
有所增加，而象三峡这种地层，在没有试验结果，只作一排高喷板墙或一排灌浆幕体来进行防渗，从投资和工期上是优化了，但还是有一定的风险性。

（18）96年3～4月，由山东济南三峡科技开发公司采用堤坝隐患自动电测仪（SX-II 型）对GHIJ围堰进行近1个月的渗漏检测，并指定GH段0+68.15m处布钻孔压水检查，都说明高喷板墙墙体本身无异常表现，基岩渗水的可能性存在，但又无法查到渗漏通道，这也说明基岩地质条件起了变化，如GJ围堰灌浆孔HW25#钻孔时发现2#漏水点搂泥浆，而采用自动电测仪（SX-II型）却发现不了相互间的联系，灌浆时也漏水泥浆，无论采取什么措施都没有使漏水量减小。

通过上述分析，可以得出一个结论：透水性大的部位均分布在墙体底部的基岩层中或基岩起伏较大的低洼处，而最大的可能是墙体底部基岩中的高倾角裂隙漏水，这也是高喷和帷幕灌浆都不能显著堵住漏水通道的原因。

运行情况也证明，堰体虽然漏水，但堰体没有产生破坏，漏水量没有增大趋势，特别是引航道基坑开挖以后，挖深达20m，可以清楚观测到漏水点是在基岩裂隙中，与上面的分析是一致的。

7 结语
三峡水利枢纽通航建筑物下游引航道隔流堤及施工围堰防渗工程采用柔性材料防渗墙、高喷防渗墙和墙下帷幕灌浆相结合的防渗形式，充分发挥了各种防渗手段的优势，做到了投资省，施工速度快，防渗效果总体良好，特别是在国内首次将高喷防渗施工技术用于处理花岗岩强风化层，将防渗施工领域大大的向前发展了一步。

但是，由于在施工中与之配套的技术和设备没有进行根本性的改造，效果有些不尽人意。