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摘要：气举反循环成槽工艺是近年兴起的一项新技术，其设备简单，成槽高质高效，而又经济合理。本文浅谈了气举反循环工艺在暗渠节制闸防渗墙中的成功运用，供交流参考。
关键词：气举反循环 混凝土防渗墙 双钻抱管
中图分类号：TV543+.82文献标识码：A 文章编号：
The Using of Gas Rising Counter Circulation Technique in the LuanheRiver Closed Culvert Construction Dominate Gate of Cut off Wall
Tangkai Duhui
(Water Technology Promotion Center of Jinnan , Tianjin)
(Irrgation limted corporation in TianJin)
Abstract:：Gas Rising Counter Circulation is a new arisen Technique for simpleness equipment, high quality high efficiency and rational cost .Introduce the using of Gas Rising Counter Circulation Technique in The LuanheRiver Closed Culvert Construction Dominate Gate of Cut off Wall for communion.
KeyWords：Gas Rising Counter CirculationCut off Wall Double Drill Hold pipe
一 、工程概况
新建州河节制闸是引滦入津水源保护工程渠首枢纽的重要组成部分，全高27.1米，设计洪水位时流量500m3/s。防渗墙总长201.87米，墙厚0.4m，墙底标高为-12m、-10m、-6 m，顶标高为+9.2m、+3.2m、+0.6m，防渗墙为塑性砼防渗墙，砼抗压强度C15，渗透系数为10－6cm/s。气举反循环法成槽施工。
二、施工区域地层条件
施工区域地层均为第四系全新统松散地层。根据地质勘测资料揭示，分为6个工程地质层: 黑灰色砂质粉土层,含砂砾较高厚0.60米～2.20米； 褐灰色细砂层,厚0.90米－1.80米； 褐灰色砾石层,厚1.50米－2.60米； 黄褐色粉质粘土,可塑,厚0.30米－0.80米；褐黄色砾石层，层厚3.5－5.5米；褐黄色粉质粘土层，层厚0.7米－0.9米；褐黄色砾石层，层厚6.2米－6.9米。
三、塑性混凝土防渗墙施工
3.1 施工机械
单套成槽设备组成：2台QS900型气举反循环机、2台QZ-80潜水钻机（功率22KW/台）、2副成槽架（2台卷扬机总功率24KW）、1台50T履带吊机、1台16T汽车吊机、2台空气压缩机（功率45KW/台）、4台交流电焊机、2台3PN泥浆泵（功率22KW/台）、2根喷导管（273mm）、1台液压拔管机、2个钻头、1个泥浆渣斗（5m3/个）。
3.2 工艺流程和主要施工方法
（1）施工工艺流程
施工工艺流程为：施工准备→测量放线→ 导墙施工→ 铺设轨道→划分槽段→设备就位→先导孔施工→成槽、清槽、换浆→下接头管→水下砼灌注→拔接头管
（2）成槽原理
该工艺所用设备的主要部分由喷导管及以该管为导向滑道的潜水钻组成。喷导管用直径273mm的无缝圆管制成，其长度大于槽深2米。该导管插入先导孔内，下端为泥浆及渣土的入口，上端为露出地面的喷出口。利用空气压缩机通过喷导管内的风道向管底输送高压空气，在风管形成真空负压，抽吸泥浆并携带渣土颗粒沿喷导管向上喷出管口，流入钻架前的渣斗口，泥浆从渣斗口过流回导槽中，渣土颗粒存留在渣斗中。因此该法又称“气举反循环”。
（3）导墙施工
导墙起着控制防渗墙轴线和标高的作用，同时还具有挡土、支撑施工机械设备、稳定泥浆液面的作用。导墙施工采用现浇钢筋混凝土结构，混凝土标号C20，导墙结构示意图如下：
导墙结构示意图
（4）划分槽段
根据施工图中混凝土防滲墙高程布置，主要考虑施工方便，在导槽上划分槽段，本工程标准槽段划分为8m；相邻槽段之间钉上钢筋头或用红油漆做好记号，并编写出槽段号。
（5）先导孔施工
在单元槽段接头处，根据防渗墙宽度,用正循环方法单钻钻出一个导孔，作为插喷导管的先导孔。当钻机启动后，启动泥浆泵，使泥浆通过泥浆管，压入孔底钻头处，携带泥渣，再从孔底经钻杆与孔壁之间的环行空间上流至孔口。
（6）成槽、清槽、换浆
先导孔完成后，将成槽机就位，并将喷导管插入先导孔中，采用双钻抱管反循环法钻孔成槽。钻孔成槽时，在成槽架头放置一个泥渣斗，启动反循环系统和钻机，让钻机沿喷导管向下钻，钻进过程中钻头切削的泥块掉到槽底，利用气举反循环气柱，将渣土随泥浆排到渣斗里。渣土沉淀后，分流的泥浆可流回槽内，泥浆重复利用，但应随时检测重复泥浆的性能，保证满足质量标准。当成槽架在施工过程中移动后，喷导管距离渣斗太远时，在喷导管与渣斗之间搭流槽，使喷出的泥浆和渣土流入斗内。
当用钻机抱管成槽完一钻时，将钻机提升，使钻头高过未钻的土面。同时将喷导管提升至离槽底面50～100cm，而后移动成槽架，钻另一钻。前后两钻位置一般重迭三分之一钻头直径，根据地层特点，每钻水平进尺控制在10～50cm内，从单元槽段的一头往另一头移动着钻进，直至整个单元槽段钻孔完毕。单元槽段成槽完毕后利用切削捣子进行修槽，槽段修理完毕后，启动反循环系统，用喷导管对槽底沉渣进行清理。让槽底的沉渣从喷导管排出。在对槽底清理的同时，根据槽里的泥浆情况，进行泥浆置换，置换后的泥浆比重控制在不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%。
（7）安放接头管
当清槽结束后，成槽质量符合要求，安放接头管。接头管安放时，两翼各靠一面导墙，保持垂直状态。当接头管需要接长时，接头牢靠。接头管底部必须插入槽底，必要时在接头管内灌入一定高度的碎石，以防止灌灰时砼从底部绕进管内。接头管安放结束后，安放拔管架。
（8）水下混凝土灌注
本工程水下混凝土单个槽段采用三根导管灌注砼，导管间距不大于3.5m，导管距离槽段端部位置1.0－1.5m。导管内径为250mm，采用螺纹扣连接，导管连接处加橡胶垫，以保证导管连接严密，不漏水。导管的分节长度应视现场情况而定。但其底管长度不宜小于4m，首节长度和次节长度不宜大于1.5m。导管底端距离槽底控制在15～25cm。
灌注砼时先在导管里放一个直径小于导管内径1cm的球胆，然后在导管口放入一个不小于60×60CM的方形漏斗。首批砼灌注量以埋管埋深1m以上为准。灌注砼埋管后，两根导管同时灌注砼，灌注过程中，砼面高差不大于30cm。灌注砼连续进行，槽内砼面上升速度不小于2m/小时，埋管深度不应小于1m，不得大于6m；不可将灌灰导管底提出砼面。砼灌注过程中，导管应上下抖落，抖落高度应控制在30cm内。砼灌注结束后，将灌灰导管缓缓拔出。
（9）拔接头管
根据砼的初凝时间和砼的灌注完毕时间确定接头管的动管和拔出时间，首次动管时间一般在首次掐管开始到砼初凝时间时进行，首次动管的高度不宜超过20cm，其后，每隔10～20分钟动管一次，上拔高度一般在10～30cm，其上拔时间应以接头管底部砼已经初凝为准，防止拔管时接头管底部砼终凝，以杜绝捍管发生。接头管最后一节拔出的时间一般在砼浇注结束后6～８小时之间。
四、 施工注意事项及常见问题处理
4.1 导墙施工前，保证导墙下原土质密实，若已扰动应反复碾压密实，进行人工开挖。导墙两轨道标高相差应小于3mm，铺设完的轨道中心线与地下连续墙中心线距离偏差不大于5mm。以免影响地下连续墙的垂直度和方向。
4.2 先导孔钻进过程中如发生倾斜、塌孔时，应停钻并采取相应的措施后方能开钻，必要的时候，回填粘土再钻。当单孔成孔达到设计深度后，关掉钻机和泥浆泵，提升钻机。
4.3 成槽过程中，为确保槽壁稳定，槽内泥浆面不得低于导墙顶面30cm。泥浆比重控制在1.05～1.25左右。在新回填区及易塌方地段，泥浆比重适当增大。
4.4 成孔过程中，随时用线锤对吊钻机的钢丝绳和喷导管进行测试检查，垂直度应符合规范和有关文件要求，如不能保证时，应调整喷导管的垂直度，因为喷导管起着垂直导向作用，直接控制着防渗墙的垂直度。
4.5 修槽时，每个槽段宜重复捣两次，捣的过程中，泥浆比重控制在1.2以下，在修槽过程中同时要进行泥浆置换。
4.6 根据地层特点，穿越砂层施工时，为防止砂子沉淀过快，甚至有可能塌方，砼浇注前的泥浆比重可以适当增大。
4.7 当砼灌注接近墙顶标高时，应控制最后一次砼灌注量，使砼顶标高比设计标高高出0.5m，以保证凿除防渗墙顶浮浆层后，墙顶砼质量能达到设计要求。
4.8 在砼灌注过程中，应常测砼顶面高度，并计算出导管埋入砼深度，其埋管深度超过6m时必须掐管。
4.9 拔管时为防止拔管过程中出现机械故障影响拔管，在拔管架安放前应对其机械性能进行检查。 在拔管过程中，如上拔力量突然超过正常时，应把拔管时间间隔适当缩短。
五、结语
气举反循环工艺成槽快，泥浆、沉渣置换彻底、喷导管导向垂直度高、槽面平整、土体扰动小，费用较低，经开挖检查墙体混凝土质量密实，槽段接头无夹泥现象，墙体完成至今近三年，防渗效果十分理想，尤其适用于砂性土层和砾石土层的成槽施工。
注：文章內所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：气举反循环 混凝土防渗墙 双钻抱管
中图分类号：TV543+.82文献标识码：A 文章编号：
The Using of Gas Rising Counter Circulation Technique in the LuanheRiver Closed Culvert Construction Dominate Gate of Cut off Wall
Tangkai Duhui
(Water Technology Promotion Center of Jinnan , Tianjin)
(Irrgation limted corporation in TianJin)
Abstract:：Gas Rising Counter Circulation is a new arisen Technique for simpleness equipment, high quality high efficiency and rational cost .Introduce the using of Gas Rising Counter Circulation Technique in The LuanheRiver Closed Culvert Construction Dominate Gate of Cut off Wall for communion.
KeyWords：Gas Rising Counter CirculationCut off Wall Double Drill Hold pipe
一 、工程概况
新建州河节制闸是引滦入津水源保护工程渠首枢纽的重要组成部分，全高27.1米，设计洪水位时流量500m3/s。防渗墙总长201.87米，墙厚0.4m，墙底标高为-12m、-10m、-6 m，顶标高为+9.2m、+3.2m、+0.6m，防渗墙为塑性砼防渗墙，砼抗压强度C15，渗透系数为10－6cm/s。气举反循环法成槽施工。
二、施工区域地层条件
施工区域地层均为第四系全新统松散地层。根据地质勘测资料揭示，分为6个工程地质层: 黑灰色砂质粉土层,含砂砾较高厚0.60米～2.20米； 褐灰色细砂层,厚0.90米－1.80米； 褐灰色砾石层,厚1.50米－2.60米； 黄褐色粉质粘土,可塑,厚0.30米－0.80米；褐黄色砾石层，层厚3.5－5.5米；褐黄色粉质粘土层，层厚0.7米－0.9米；褐黄色砾石层，层厚6.2米－6.9米。
三、塑性混凝土防渗墙施工
3.1 施工机械
单套成槽设备组成：2台QS900型气举反循环机、2台QZ-80潜水钻机（功率22KW/台）、2副成槽架（2台卷扬机总功率24KW）、1台50T履带吊机、1台16T汽车吊机、2台空气压缩机（功率45KW/台）、4台交流电焊机、2台3PN泥浆泵（功率22KW/台）、2根喷导管（273mm）、1台液压拔管机、2个钻头、1个泥浆渣斗（5m3/个）。
3.2 工艺流程和主要施工方法
（1）施工工艺流程
施工工艺流程为：施工准备→测量放线→ 导墙施工→ 铺设轨道→划分槽段→设备就位→先导孔施工→成槽、清槽、换浆→下接头管→水下砼灌注→拔接头管
（2）成槽原理
该工艺所用设备的主要部分由喷导管及以该管为导向滑道的潜水钻组成。喷导管用直径273mm的无缝圆管制成，其长度大于槽深2米。该导管插入先导孔内，下端为泥浆及渣土的入口，上端为露出地面的喷出口。利用空气压缩机通过喷导管内的风道向管底输送高压空气，在风管形成真空负压，抽吸泥浆并携带渣土颗粒沿喷导管向上喷出管口，流入钻架前的渣斗口，泥浆从渣斗口过流回导槽中，渣土颗粒存留在渣斗中。因此该法又称“气举反循环”。
（3）导墙施工
导墙起着控制防渗墙轴线和标高的作用，同时还具有挡土、支撑施工机械设备、稳定泥浆液面的作用。导墙施工采用现浇钢筋混凝土结构，混凝土标号C20，导墙结构示意图如下：
导墙结构示意图
（4）划分槽段
根据施工图中混凝土防滲墙高程布置，主要考虑施工方便，在导槽上划分槽段，本工程标准槽段划分为8m；相邻槽段之间钉上钢筋头或用红油漆做好记号，并编写出槽段号。
（5）先导孔施工
在单元槽段接头处，根据防渗墙宽度,用正循环方法单钻钻出一个导孔，作为插喷导管的先导孔。当钻机启动后，启动泥浆泵，使泥浆通过泥浆管，压入孔底钻头处，携带泥渣，再从孔底经钻杆与孔壁之间的环行空间上流至孔口。
（6）成槽、清槽、换浆
先导孔完成后，将成槽机就位，并将喷导管插入先导孔中，采用双钻抱管反循环法钻孔成槽。钻孔成槽时，在成槽架头放置一个泥渣斗，启动反循环系统和钻机，让钻机沿喷导管向下钻，钻进过程中钻头切削的泥块掉到槽底，利用气举反循环气柱，将渣土随泥浆排到渣斗里。渣土沉淀后，分流的泥浆可流回槽内，泥浆重复利用，但应随时检测重复泥浆的性能，保证满足质量标准。当成槽架在施工过程中移动后，喷导管距离渣斗太远时，在喷导管与渣斗之间搭流槽，使喷出的泥浆和渣土流入斗内。
当用钻机抱管成槽完一钻时，将钻机提升，使钻头高过未钻的土面。同时将喷导管提升至离槽底面50～100cm，而后移动成槽架，钻另一钻。前后两钻位置一般重迭三分之一钻头直径，根据地层特点，每钻水平进尺控制在10～50cm内，从单元槽段的一头往另一头移动着钻进，直至整个单元槽段钻孔完毕。单元槽段成槽完毕后利用切削捣子进行修槽，槽段修理完毕后，启动反循环系统，用喷导管对槽底沉渣进行清理。让槽底的沉渣从喷导管排出。在对槽底清理的同时，根据槽里的泥浆情况，进行泥浆置换，置换后的泥浆比重控制在不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%。
（7）安放接头管
当清槽结束后，成槽质量符合要求，安放接头管。接头管安放时，两翼各靠一面导墙，保持垂直状态。当接头管需要接长时，接头牢靠。接头管底部必须插入槽底，必要时在接头管内灌入一定高度的碎石，以防止灌灰时砼从底部绕进管内。接头管安放结束后，安放拔管架。
（8）水下混凝土灌注
本工程水下混凝土单个槽段采用三根导管灌注砼，导管间距不大于3.5m，导管距离槽段端部位置1.0－1.5m。导管内径为250mm，采用螺纹扣连接，导管连接处加橡胶垫，以保证导管连接严密，不漏水。导管的分节长度应视现场情况而定。但其底管长度不宜小于4m，首节长度和次节长度不宜大于1.5m。导管底端距离槽底控制在15～25cm。
灌注砼时先在导管里放一个直径小于导管内径1cm的球胆，然后在导管口放入一个不小于60×60CM的方形漏斗。首批砼灌注量以埋管埋深1m以上为准。灌注砼埋管后，两根导管同时灌注砼，灌注过程中，砼面高差不大于30cm。灌注砼连续进行，槽内砼面上升速度不小于2m/小时，埋管深度不应小于1m，不得大于6m；不可将灌灰导管底提出砼面。砼灌注过程中，导管应上下抖落，抖落高度应控制在30cm内。砼灌注结束后，将灌灰导管缓缓拔出。
（9）拔接头管
根据砼的初凝时间和砼的灌注完毕时间确定接头管的动管和拔出时间，首次动管时间一般在首次掐管开始到砼初凝时间时进行，首次动管的高度不宜超过20cm，其后，每隔10～20分钟动管一次，上拔高度一般在10～30cm，其上拔时间应以接头管底部砼已经初凝为准，防止拔管时接头管底部砼终凝，以杜绝捍管发生。接头管最后一节拔出的时间一般在砼浇注结束后6～８小时之间。
四、 施工注意事项及常见问题处理
4.1 导墙施工前，保证导墙下原土质密实，若已扰动应反复碾压密实，进行人工开挖。导墙两轨道标高相差应小于3mm，铺设完的轨道中心线与地下连续墙中心线距离偏差不大于5mm。以免影响地下连续墙的垂直度和方向。
4.2 先导孔钻进过程中如发生倾斜、塌孔时，应停钻并采取相应的措施后方能开钻，必要的时候，回填粘土再钻。当单孔成孔达到设计深度后，关掉钻机和泥浆泵，提升钻机。
4.3 成槽过程中，为确保槽壁稳定，槽内泥浆面不得低于导墙顶面30cm。泥浆比重控制在1.05～1.25左右。在新回填区及易塌方地段，泥浆比重适当增大。
4.4 成孔过程中，随时用线锤对吊钻机的钢丝绳和喷导管进行测试检查，垂直度应符合规范和有关文件要求，如不能保证时，应调整喷导管的垂直度，因为喷导管起着垂直导向作用，直接控制着防渗墙的垂直度。
4.5 修槽时，每个槽段宜重复捣两次，捣的过程中，泥浆比重控制在1.2以下，在修槽过程中同时要进行泥浆置换。
4.6 根据地层特点，穿越砂层施工时，为防止砂子沉淀过快，甚至有可能塌方，砼浇注前的泥浆比重可以适当增大。
4.7 当砼灌注接近墙顶标高时，应控制最后一次砼灌注量，使砼顶标高比设计标高高出0.5m，以保证凿除防渗墙顶浮浆层后，墙顶砼质量能达到设计要求。
4.8 在砼灌注过程中，应常测砼顶面高度，并计算出导管埋入砼深度，其埋管深度超过6m时必须掐管。
4.9 拔管时为防止拔管过程中出现机械故障影响拔管，在拔管架安放前应对其机械性能进行检查。 在拔管过程中，如上拔力量突然超过正常时，应把拔管时间间隔适当缩短。
五、结语
气举反循环工艺成槽快，泥浆、沉渣置换彻底、喷导管导向垂直度高、槽面平整、土体扰动小，费用较低，经开挖检查墙体混凝土质量密实，槽段接头无夹泥现象，墙体完成至今近三年，防渗效果十分理想，尤其适用于砂性土层和砾石土层的成槽施工。
注：文章內所有公式及图表请以PDF形式查看。