深厚覆蓋層槽孔混凝土防滲墻施工中地質(zhì)問題綜述

孫領(lǐng)輝

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

0 前 言

目前新疆正在開發(fā)及待開發(fā)的水利項目中，地質(zhì)條件越來越復雜，常遇到在深厚覆蓋層上修建大壩工程。修建水利工程地基處理難度越來越大，尤其是深厚覆蓋層的查明及處理問題。

隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展，防滲墻的設(shè)計經(jīng)驗及施工方法越來越成熟，而且防滲墻在深厚覆蓋層中的防滲效果較其他防滲效果有著明顯的優(yōu)勢，而且材料的選擇、墻體的寬度及深度可根據(jù)設(shè)計要求及實際地質(zhì)條件進行調(diào)整，檢測方法成熟、可靠，工程質(zhì)量容易保證。

吐魯番市二塘溝水庫大壩基礎(chǔ)防滲墻按照設(shè)計要求完成施工，在施工過程中遇到的承壓水、漏漿及基巖面的判定問題的解決處理，為類似工程提供了有益的參考經(jīng)驗。

1 工程簡介

二塘溝河發(fā)源于東天山支脈——博格達山南坡，二塘溝水庫位于二塘溝河山區(qū)河段上，壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，總庫容2360萬m3，最大壩高63.8m，為中型Ⅲ等工程。

2 工程地質(zhì)條件

壩址庫區(qū)位于中山區(qū)峽谷內(nèi)，庫區(qū)兩岸基巖山體雄厚，海拔1550-2000m，相對高差100-550m ，谷坡坡角一般30°-70°，谷底寬120-500m，呈“U”字型。河谷走向近南北向，縱坡坡降約3%，河谷兩岸分布Ⅰ-Ⅳ級階地，其中Ⅰ、Ⅱ級階地相對較發(fā)育，階面較寬，Ⅲ、Ⅳ級階地零星分布。

壩址區(qū)主要出露上古生界石炭系上石炭統(tǒng)石人子溝組(C3s)地層和第四系地層。

2.1 上古生界石炭系上石炭統(tǒng)石人子溝組(C3s)地層

巖性主要為凝灰?guī)r和英安巖。

英安巖巖體呈塊狀構(gòu)造，巖石堅硬、性脆，巖體完整性較好。主要分布在壩址區(qū)左岸及河床覆蓋層底部及右岸坡角處，另在壩址右岸上游僅局部出露，與右岸凝灰?guī)r呈侵入接觸，為塊狀結(jié)構(gòu)，巖石堅硬、性脆。

凝灰?guī)r以中厚層狀為主，巖石堅硬。由于褶皺作用的影響，巖層揉皺現(xiàn)象明顯，巖層產(chǎn)狀變化較大。主要分布于壩址區(qū)右岸，另壩址左岸上部局部出露，以中厚層狀為主，產(chǎn)狀主要為285°-330°SW∠25°-40°，凝灰?guī)r層中局部夾薄層凝灰質(zhì)砂巖。

2.2 第四系地層

壩址區(qū)第四系堆積物主要有：Ⅳ級階地上的中更新統(tǒng)沖積(Q2al)砂卵礫石層、Ⅲ級階地上的上更新統(tǒng)沖積(Q3al)砂卵礫石層、河床和Ⅰ、Ⅱ級階地上的全新統(tǒng)沖積(Q4al)砂卵礫石層。

在壩軸線處，河床最大寬度約122m，覆蓋層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，河床覆蓋層按顆粒組成和性質(zhì)大致可分為下列4層，具體見表1。

表1 壩軸線河床覆蓋層物探測試參數(shù)表

根據(jù)勘探資料，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008)判定，河床覆蓋層為不液化砂礫石層。

第①層 深度0-6.0 m，為河床表層，受河流沖刷改道作用表面高低起伏，高差一般1-2m；地表細顆粒沖失，沉積顆粒粗大，最大粒徑1000mm左右，結(jié)構(gòu)疏松。

第②層 深度6.0m-13m，顆粒組成與第①層基本一致，結(jié)構(gòu)較上層密實，滲透系數(shù)40m/d(4.6×10-2cm/s)，為強透水層。

第③層 深度13-42m，巖性為砂卵礫石，呈次圓狀-次棱角狀，磨圓度較好，結(jié)構(gòu)密實，粒徑較上層小，大漂石及卵石含量較低，滲透系數(shù)17m/d(1.9×10-2cm/s)，為強透水層。

該層上部可見粗細顆?；蝇F(xiàn)象，局部可見承壓水，承壓水最大水頭高于地面2.4m，承壓水涌水量為2.23-6.28L/s。由于水頭高度不大，不影響大壩安全穩(wěn)定，但在防滲墻施工造孔過程中，會稀釋孔內(nèi)的護壁泥漿，導致孔內(nèi)護壁效果差，造成塌孔。

第④層 深度42-48.5m，巖性為含泥碎石，碎石呈棱角狀，磨圓度差；上部可見夾有卵礫石，結(jié)構(gòu)密實。

3 混凝土防滲墻設(shè)計

壩軸線部位河床寬約122.0m，河床覆蓋層最大厚度約48.5m，覆蓋層巖性為砂卵礫石，為強透水層。設(shè)計采用槽孔混凝土防滲墻、墻厚1.0m、長125m、最大深度50m?；炷练罎B墻與瀝青混凝土通過基座混凝土連接。并在防滲墻下基巖設(shè)帷幕灌漿1排，帷幕灌漿標準為<10Lu線以下2-3m，與兩岸帷幕灌漿形成整體的防滲體系。

4 防滲墻施工組織設(shè)計

防滲墻位于壩軸線河床段，根據(jù)河道徑流情況，河流于6月-9月為豐水期，流量較大，10月-次年5月為枯水期，流量相對較小，故選擇在10月至次年5月即一個枯水期施工完畢。槽孔混凝土的施工分兩期進行：一期為主孔施工，采用沖擊鉆造孔；為加快施工進度，二期采用液壓抓斗抓取成槽；經(jīng)參建方驗收滿足設(shè)計條件后方可進行混凝土的澆筑。

5 防滲墻施工中造孔的地質(zhì)問題及對策

5.1 強漏失地層

河床砂礫石表層0-13m受水流沖積，細顆粒被帶走，粗顆粒集中，最大粒徑1000mm左右，結(jié)構(gòu)松散，局部可見架空結(jié)構(gòu)，是主要的滲漏通道。在造孔過程中護壁泥漿大量漏失，嚴重時可導致孔壁失穩(wěn)、槽孔坍塌，因此在造孔前采取預(yù)灌濃漿進行封閉強該地層的滲漏通道，為減小孔壁失穩(wěn)、便于順利造孔創(chuàng)造有利條件；當造孔發(fā)生嚴重漏漿時，及時向槽內(nèi)投放黏土、碎石土、膨潤土、水泥等堵漏材料，并及時補漿，必要時采用速凝材料堵漏，以避免槽孔繼續(xù)發(fā)生坍塌[1]。

5.2 基巖面的鑒定

防滲墻設(shè)計為入巖1.0m，基巖面的判定關(guān)系到防滲墻能否完全入巖的關(guān)鍵。

地面42.0m以下，巖性為含泥碎石層，呈棱角狀，粒徑大小不一，為河床左岸上游約100m的1號沖溝洪積而成，碎石母巖成分為凝灰?guī)r、英安巖 ，與基巖巖性基本一致，增大了基巖面的判定難度。

防滲墻施工使用沖擊鉆造主孔，抓斗抓副孔的方法施工。主孔采用沖擊鉆鉆進成孔，副孔采用液壓抓斗抓取成槽。在副孔施工過程中，抓取深度未到到設(shè)計深度時，抓取困難，并在抓取物中可見基巖碎塊，經(jīng)各參建方共同在現(xiàn)場初判為基巖面，并與前期勘察資料對比，基巖頂面差異較大[2]。為了準確判定基巖頂面的高程，確保防滲墻底部深入基巖內(nèi)，業(yè)主、施工單位、監(jiān)理、設(shè)代人員協(xié)商，初步判定依據(jù)沖擊鉆取出的巖渣，后在槽孔內(nèi)布置取芯孔，具體方法為：結(jié)合現(xiàn)場情況對所有主副孔均采取在孔底部取巖渣樣進行判定，初判為基巖后，再選擇部分孔槽采用地質(zhì)鉆取芯驗證，實際取芯深度為5-11m。在壩軸線河床段壩基(樁號0+134.307-0+257.307)槽段共計完成了9個取芯鉆孔(見表2槽孔混凝土施工期取芯鉆孔)，對建基面進行驗證，確定了基巖面。

表2 槽孔混凝土施工期取芯鉆孔(槽孔頂面高程為1417.5m)

根據(jù)槽孔防滲墻施工采用沖擊鉆取巖渣樣鑒定、抓斗抓取巖性觀察、地質(zhì)鉆取巖芯確定基巖面的方法，準確的判定了基巖面，對槽孔混凝土防滲墻入巖提供了充足的依據(jù)[3]。

5.3 孔內(nèi)坍塌

在防滲墻的施工過程中，孔內(nèi)坍塌是難以避免的，在本工程防滲墻施工時，孔內(nèi)垮塌主要有一下兩個原因：

1)承壓水及地下動水的影響：

根據(jù)勘探資料，河床砂礫石有承壓水，承壓水的水頭高于地面約2.4m，且承壓水出露高程不一，從13.7m-40.0m均有承壓水溢出地表。在承壓水及地下動水的影響下，護壁泥漿極易被稀釋，造成孔壁失穩(wěn)。在施工過程中，采用高性能泥漿，以黏土漿及膨潤土漿為主，在不良地層段采用新型白色MMH正電膠泥漿 ，盡可能的保持泥漿護壁效果的良好性。

2)大漂石的影響：

河床砂卵礫石中存在大漂石，可見最大粒徑約1.0m，在主孔造孔及副孔抓取的過程中，極易導致孔壁失穩(wěn)、孔內(nèi)坍塌。本工程在施工過程中多次碰到大漂石，在造孔成槽的過程中，多次發(fā)生垮塌現(xiàn)象，為防止孔內(nèi)進一步垮塌，采取碎石土、黏土進行回填、夯實后，進一步鉆進。通過這種方法，有效的防止了孔內(nèi)繼續(xù)垮塌。

6 結(jié) 語

二塘溝水庫河床段槽孔混凝土防滲墻于2012年11月份開工、2013年5月完成。施工進度快，質(zhì)量滿足設(shè)計要求，防滲墻在不均一砂卵礫石、有承壓水、大漂石、強漏失的地層中施工的孔內(nèi)護壁及坍塌處理的成功經(jīng)驗可為類似工程提供參考及借鑒。

[1]韓守都、余華英.二塘溝水庫壩基混凝土防滲墻設(shè)計施工技術(shù)難點和對策[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2015(01)：52-54.

[2]葉焰中，李榮，羅賽虎.深厚覆蓋層中防滲墻施工的若干問題[J].水利科技與經(jīng)濟，2008(08)：23-24.

[3]張文義.大壩混凝土 防滲墻施工中槽孔大漏漿的處理方法[J].廣東水利水電，2011(07)：69-70.