復(fù)雜地層混凝土防滲墻造孔技術(shù)探討

侯 麗 君， 羅 英， 龐 松

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

1 概 述

民治水電站位于四川省雅安市寶興縣境內(nèi)的東河上，為寶興河梯級開發(fā)的第二級。電站采用攔河閘壩長隧洞引水至地下廠房發(fā)電方式，水庫總庫容為88萬m3，裝機(jī)容量為105 MW。

民治水電站閘基覆蓋層較深，設(shè)計(jì)采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲，工程量約為5 182 m2，共布置 26 個槽段，設(shè)計(jì)孔深為35～60 m，施工軸線根據(jù)壩基結(jié)構(gòu)走向設(shè)計(jì)有多個拐點(diǎn)，左右岸邊坡上施工平臺的布置呈多級臺階形式。防滲墻設(shè)計(jì)墻厚0.8 m，墻體材料為二級配C20 混凝土(抗凍等級為F100，抗?jié)B等級為W6)，壩基河床中間段防滲墻為懸掛式，左右兩岸防滲墻底部需嵌入基巖1 m，巖性為花崗巖。

壩基地質(zhì)條件：

第Ⅰ層：含泥砂礫石層(fglQ3)：為冰水堆積物，分布于河床底部深槽，頂板埋深65～72.6 m，最大厚度約12.5 m，主要為砂巖、玄武巖、花崗巖，部分為灰?guī)r、凝灰?guī)r、變質(zhì)巖等，卵、礫石磨圓度較好。

第Ⅱ?qū)?：泥塊碎(卵)石夾含礫砂質(zhì)粉土(pl + alQ4)：為沖、洪積物混合堆積，分布于河床中下部，頂板埋深30～35 m，厚度為28～43 m。

第Ⅳ層：漂(塊)卵(碎)石(col + al Q4)：系崩、沖積混合堆積，分布于河床中上部，頂板埋深8～18 m，厚度為15～22 m。塊碎石成份單一，為近源花崗巖。漂(塊)石粒徑多為20～40 cm,大者一般為60～80 cm，少量為90～120 cm，約占35%；卵(碎)石為7～9cm，約占40%；礫石為0.5～1.5 cm，部分為3～6 cm，約占15%；中、下部尚見有灰～灰黃色礫質(zhì)中細(xì)～粉細(xì)砂層透鏡體，厚約1～3m。該層總體結(jié)構(gòu)較松散，局部架空，透水性較強(qiáng)～強(qiáng)。

第Ⅴ層：含礫石粉土(lQ4)：為堰塞湖相沉積物，平面分布不連續(xù)，頂板埋深8～12 m，厚3～12 m，Ⅲ線一帶厚約3～5 m。粒組以粉粒為主，約占60%～75%，粘粒含量約占13%～18%；含有少量礫石；在該層鉆進(jìn)過程中，鉆孔有明顯的縮徑現(xiàn)象，巖心呈可塑～軟塑，透水性微弱。

第Ⅵ層 砂礫石(alQ4)：系低漫灘及現(xiàn)代河床沖積物，一般厚8～11 m，分布于河床上部。主要有花崗巖、灰?guī)r、砂巖、玄武巖等。其中卵石粒徑一般為6～8 cm，大者為10～12 cm，約占10%；礫石粒徑以0.5～2 cm 為主，部分為3～6 cm，含量約55%～60%；其間充填灰色中粗砂，含量約占28%～35%。結(jié)構(gòu)松散，透水性較強(qiáng)。該層中、下部隨機(jī)分布厚1～3 m、最大厚度為5.35 m的含礫砂層透鏡體。

2 施工中遇到的重難點(diǎn)問題及采取的處理措施

在松散滑坡堆積體造孔過程中塌孔、漏漿現(xiàn)象特別嚴(yán)重，部分槽段還遇到大孤石，成槽非常困難，針對這些情況，項(xiàng)目部分別采取了以下技術(shù)措施。

2.1 漂卵石堆積層結(jié)構(gòu)松散、存在架空現(xiàn)象，鉆進(jìn)過程中易塌孔

遇到這類地層時，一般按照以下兩種方法進(jìn)行處理：第一種為回填碎塊石、粘土、水泥等材料；第二種為先超前預(yù)灌濃漿、再視情況決定是否回填碎塊石、粘土。

超前灌漿孔采用300型地質(zhì)鉆機(jī)跟管鉆進(jìn) ，深度根據(jù)基巖面深度及邊坡堆積體大塊石、孤石含量及地層架空情況初步確定為20 m。鉆孔遇大塊石或孤石跟管困難時，換用φ80沖擊器φ91風(fēng)動潛孔錘鉆穿該層，然后對大塊石或孤石進(jìn)行爆破處理。鉆孔至預(yù)定深度后，采用0.5∶1∶1的水泥、粘土、細(xì)砂漿液進(jìn)行無壓預(yù)灌濃漿。超前預(yù)灌濃漿孔布置在防滲墻軸線上，孔間距為1 m。開挖邊坡后灌入的水泥砂漿擴(kuò)散達(dá)到了5 m，未出現(xiàn)過漏漿及塌孔現(xiàn)象，節(jié)約了防滲墻的施工工期及材料損耗。

2.2 邊坡段堆積體地層特性復(fù)雜，造孔過程中遇到大量的漂石、孤石，成槽困難

地層中存在大量漂石、孤石，直徑最大達(dá)1.5 m，巖性為花崗巖，非常堅(jiān)硬，沖擊鉆機(jī)成槽速度極慢，采取的應(yīng)對措施如下：

(1)對于塊石密集地層，放慢成孔速度，提高沖擊功，同時根據(jù)地層漏失情況向槽孔內(nèi)回填粘土，以免漏漿。

(2)遇到直徑超過50 cm的孤石時，沖擊鉆效率非常低下，直接改用鉆孔爆破方法對孤石進(jìn)行處理后再進(jìn)行沖擊。鉆孔爆破施工程序：施工準(zhǔn)備→跟管鉆孔→遇到大塊石后用潛孔錘鉆穿塊石→裝炸藥→拔套管→爆破→……重復(fù)以上工序，直至預(yù)計(jì)孔深→拔套管無壓預(yù)灌濃漿。

3 造孔方法

3.1 造孔工藝流程

由于塊碎石堆積層的特殊性，其施工程序及工藝與普通混凝土防滲墻相比有所不同，在防滲墻正式施工前增加了預(yù)灌濃漿、鉆孔預(yù)爆工序；在防滲墻造孔施工中采用了回填擠密、孔內(nèi)造漿、風(fēng)動攪漿等工藝；同時，考慮到地層因素及現(xiàn)場場地條件制約等，制漿工藝及泥漿的回收凈化處理也有所不同。具體的防滲墻造孔施工程序主要有：場地平整→臨建施工(導(dǎo)向槽建造、泥漿凈化系統(tǒng)等)→預(yù)灌濃漿結(jié)合鉆孔預(yù)爆槽孔→造孔施工(回填擠密、孔內(nèi)造漿、風(fēng)動攪漿)→槽孔驗(yàn)收。

3.2 造孔機(jī)具

根據(jù)該工程地層情況，選用CZ-8D型鋼絲繩沖擊鉆機(jī)配十字鉆頭為主鉆進(jìn)，抽砂筒出渣。

3.3 造孔技術(shù)措施

(1)造孔方法采用常規(guī)的“鉆劈法”，即同一槽孔先鉆進(jìn)主孔，待主孔鉆至設(shè)計(jì)深度后再劈打副孔及小墻、最后成槽的施工方法(圖1)。

圖1 防滲墻鉆劈法施工示意圖

(2)回填擠密：預(yù)灌濃漿結(jié)束后，即可開始防滲墻施工。在防滲墻施工時，先對槽孔導(dǎo)墻底部以下一定深度(一般10～15 m范圍內(nèi)架空明顯、極易發(fā)生塌孔的部位)分段反復(fù)2～3次回填碎石、粘土混合料，并用平底十字鉆頭將土石混合料擠入兩側(cè)槽孔壁，待孔壁擠壓密實(shí)后再向下正常造孔鉆進(jìn)。

(3)孔內(nèi)造漿：由于塊碎石堆積體多處于邊坡，因此，防滲墻施工時受場地限制一般無法修建泥漿池及制漿站，因此，考慮在造孔過程中直接向槽孔內(nèi)添加粘土、在孔內(nèi)造漿的方法制取泥漿。加入槽孔內(nèi)的粘土在鉆頭的反復(fù)沖擊下，一部分直接被擠入槽孔兩側(cè)的孔壁空隙內(nèi)，一部分被鉆頭研磨攪拌形成含泥屑鉆渣的泥漿。該泥漿在鉆頭上下擾動下懸浮于鉆頭上下活動區(qū)域，隨著鉆孔加深、鉆渣含量增加，將逐漸沉淀于孔底。

(4)風(fēng)動攪漿：為了降低泥漿的沉淀速度，保證槽孔上部的泥漿濃度，維持上部槽孔壁的穩(wěn)定，在孔內(nèi)造漿的同時，隨鉆頭一起下入風(fēng)管(1 in(1 in=2.54 cm)鋼編管)至孔底，用空壓機(jī)送入壓縮空氣，攪動孔底泥漿，使其在槽孔內(nèi)不停地上下翻滾循環(huán)，此時可加入適量的堿(碳酸鈉)或CMC(羧基甲基纖維素)以提高泥漿的穩(wěn)定性、增加泥漿的黏度。同時，由于孔底泥漿攜帶孔底鉆渣一起不停地翻滾循環(huán)，減少了孔底鉆渣的淤積沉淀，使孔底始終處于較為干凈的狀態(tài)，鉆頭能隨時接觸到較為新鮮的地層，減少了對鉆渣的重復(fù)破碎碾磨，實(shí)現(xiàn)了“少抽砂、多鉆進(jìn)”，加快了鉆孔施工進(jìn)度。

(5) 造孔中遇到大孤石時，在保證孔壁安全的前提下，可采用鉆孔爆破或定向聚能爆破的方法進(jìn)行處理。爆破作業(yè)由炮工進(jìn)行。二期槽孔的爆破在混凝土接頭孔施工完成后方能實(shí)施。鉆孔和定向聚能爆破情況見圖2和圖3。

①槽內(nèi)鉆孔爆破：在防滲墻造孔過程中遇到大孤石時，可采用地質(zhì)鉆機(jī)在槽內(nèi)下設(shè)導(dǎo)管，鉆穿孤石后，提出鉆具，在孤石內(nèi)下置爆破筒，爆破筒內(nèi)的裝藥量按孤石大小確定為2～3 kg/m。

②定向聚能爆破：在孤石表面下置聚能爆破筒進(jìn)行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55°～60°，裝藥量控制在3～6 kg。在二期槽孔內(nèi)則采用減震爆破筒，即在爆破筒外面加設(shè)一個屏蔽筒，以減輕沖擊波對已澆筑墻體的作用。

4 結(jié) 語

民治水電站閘壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻通過采用預(yù)灌濃漿、鉆孔預(yù)爆結(jié)合等方法對堆石架空層和孤石進(jìn)行處理，有效地防止了造孔過程中塌孔、漏漿情況的發(fā)生，較好地解決了崩積塊碎石體地層為主的防滲墻施工技術(shù)難題，不僅保證了混凝土防滲墻施工質(zhì)量和工期，還比傳統(tǒng)處理方法大大降低了了材料及人工等成本的消耗，取到了一定的經(jīng)濟(jì)效益，值得類似工程借鑒。

圖2 鉆孔爆破示意圖

圖3 定向聚能爆破示意圖