黃河西霞院壩基防滲墻“鑄管”事故處理與預(yù)防

程林剛，劉加樸，唐 靜

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

0 引言

在水利水電工程中，混凝土防滲墻是垂直止水的一種重要形式。 它可以建造在各類復(fù)雜地層中，如純沙層、淤泥層、密集孤石層、水下拋填未經(jīng)壓實(shí)的沙礫石層等[1]。 在防滲墻施工過程中，墻段間連接形式是影響防滲效果及施工進(jìn)度的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。接頭管法是目前防滲墻施工接頭處理的先進(jìn)技術(shù),尤其適用于工期緊、墻體材料強(qiáng)度高的工程[2]。 接頭管法施工有一定的技術(shù)難度，但有著其他接頭連接技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。 首先，由于接頭管的下設(shè),節(jié)約了套打接頭混凝土的時(shí)間，提高了工效，同時(shí)也節(jié)約了墻體材料，降低了費(fèi)用。 其次，接頭管法連接接頭的形狀有利于延長滲徑，保證墻體抗?jié)B要求。 再次，這種接頭連接由于具有最大的鑲嵌強(qiáng)度，增加了摩阻力，能夠更好地傳遞單元墻段之間的應(yīng)力，使墻體的上下和左右受力條件良好，形成墻體可靠連接[3]。

在接頭管法的施工過程中，由于操作人員素質(zhì)參差不齊、施工機(jī)具缺陷、鉆孔偏差等多種不利因素的影響，接頭管被鑄在混凝土接頭孔中的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。 如何正確處理和預(yù)防此類事故，成為防滲墻施工的一個(gè)重要課題。 筆者試結(jié)合西霞院反調(diào)節(jié)水庫工程，探討混凝土防滲墻接頭管“被鑄”事故的處理與預(yù)防措施。

1 工程概況

1.1 工程區(qū)地層狀況

黃河西霞院反調(diào)節(jié)水利樞紐工程位于小浪底大壩下游16km，所處區(qū)域地層主要分為兩層，上層為沖、洪積砂卵石層，層厚不一，壩址電站廠房部位，砂卵石層厚度在25～34m，為局部夾沙層透鏡體；下層以紫紅色泥質(zhì)粉砂巖和黏土巖互層為主，砂巖膠結(jié)較差，手捏即碎。

1.2 防滲墻設(shè)計(jì)和施工

西霞院反調(diào)節(jié)水庫工程垂直止水采用混凝土防滲墻。防滲墻設(shè)計(jì)嵌入基巖深度為：黏土巖1.5 m，其他3.0 m。 混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)R90 為： 強(qiáng)度等級C15，抗?jié)B等級W6。 設(shè)計(jì)墻厚0.6 m。

在混凝土防滲墻施工至廠房段時(shí)，一個(gè)一期槽段在混凝土澆筑完成后，一個(gè)接頭孔在起拔接頭管時(shí)起拔困難，雖然采取了各種應(yīng)急措施，但未能在混凝土終凝前拔出，導(dǎo)致全部接頭管體被鑄在混凝土中。

2 事故原因分析

事故發(fā)生后，西霞院反調(diào)節(jié)水庫工程項(xiàng)目部極為重視，在第一時(shí)間組織技術(shù)人員及施工工長、班組操作手等人召開事故分析會,查找事故發(fā)生的原因。會議采用“頭腦風(fēng)暴法”，與會人員各抒己見，從各個(gè)方面查找原因。

2.1 產(chǎn)生“鑄管”事故的可能原因

經(jīng)過分析，大家認(rèn)為以下幾個(gè)方面可能產(chǎn)生“鑄管”事故。

1）人為因素。 混凝土初凝前，當(dāng)班拔管機(jī)操作手未按照操作規(guī)程操作上下微動(dòng)接頭管，導(dǎo)致摩擦力增大，超出拔管機(jī)起拔力，從而造成“鑄管”。

2）機(jī)械因素。 機(jī)械因素主要是拔管機(jī)起拔力不足或出現(xiàn)故障。 當(dāng)拔管機(jī)設(shè)計(jì)起拔力小于接頭管受到的起拔阻力時(shí)，不足以將接頭管向上拔起。 當(dāng)拔管機(jī)發(fā)生故障，未能在混凝土初凝時(shí)間前上下“微動(dòng)”接頭管，導(dǎo)致摩擦力增大，超出拔管機(jī)起拔力，從而造成鑄管。

3）材料因素。 造成“鑄管”事故的材料因素包括：（1）由于接頭管質(zhì)量不符合要求，接頭管接頭部位被破壞，無法起拔；（2）混凝土拌和物質(zhì)量控制不嚴(yán)，混凝土凝結(jié)時(shí)間過早，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)差別較大。

4）施工方法因素。 可能造成“鑄管”事故的施工方法有：（1）鉆孔偏斜，尤其是底部偏斜過大。 混凝土澆筑時(shí)，在混凝土側(cè)壓力作用下，接頭管底部貼向二期槽段孔壁。 （2）接頭孔開孔壓向二期槽段過多。 為保證槽段接頭連接可靠，接頭孔偏斜率一般應(yīng)控制在0.3%以內(nèi)，深槽孔甚至要求在0.2%以內(nèi)。鉆孔操作人員為了使偏斜率在要求內(nèi)，采用了接頭孔位向二期槽孔移位的措施。 （3）未偏斜未超標(biāo)，但產(chǎn)生“S”形孔。 由于地層中含有較大的孤石，且分部不均，鉆孔受其影響，產(chǎn)生“S”形彎曲。 （4）接頭管起拔方法有誤，未按照操作規(guī)程操作。

5）環(huán)境因素。 （1）接頭管起拔時(shí)，槽段混凝土正在澆筑過程中，工序交叉，起拔操作受到影響。 （2）氣溫高，混凝土初凝時(shí)間縮短。

2.2 事故原因確認(rèn)

經(jīng)過反復(fù)分析和現(xiàn)場勘察，排除了設(shè)備、材料和環(huán)境因素可能導(dǎo)致事故發(fā)生的可能，確認(rèn)本次事故產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?因地層中含有較大的孤石，鉆孔操作人員為了順利通過接頭孔孔斜驗(yàn)收，人為地將接頭孔位向二期槽段移動(dòng)較多。 質(zhì)檢員及接頭管下設(shè)人員對此不知情。 接頭孔驗(yàn)收時(shí)，按原孔位驗(yàn)收合格，接頭管按原孔位下設(shè)。 在混凝土澆筑時(shí)，接頭管底部在混凝土側(cè)向沖擊和壓力作用下貼向二期槽段孔壁，接頭管形成彎曲，導(dǎo)致接頭管受力變化。 當(dāng)負(fù)責(zé)接頭管起拔的操作人員按常規(guī)流程操作，因未考慮到接頭管的變化情況，按既定的時(shí)間去“微動(dòng)”接頭管時(shí)，已經(jīng)無效，從而導(dǎo)致了接頭管被鑄事故的發(fā)生。

3 事故處理和預(yù)防措施

3.1 事故處理措施

接頭孔是混凝土防滲墻連接的重要措施，也是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，必須對事故進(jìn)行處理。 事故處理遵循安全有效、有針對性的原則，防止出現(xiàn)事故累加的不利情況。 處理前，制訂完善的處理措施，并制訂應(yīng)急措施，以防備不利情況的發(fā)生。 常用的處理措施有：在事故部位上游側(cè)增補(bǔ)一段墻、高噴墻加固處理，灌漿處理等。

根據(jù)對事故分析，以上處理方法可能對墻體防滲效果有影響，處理時(shí)間長、費(fèi)用高，非最佳方案。本次事故發(fā)生的部位墻體深度中等（37m），混凝土強(qiáng)度中等（90 天強(qiáng)度為15MPa），地層鉆孔難度不大，于是，將接頭孔全部拔出為最優(yōu)方案。 本次事故處理方案最終確定為： 先清除接頭管兩側(cè)的包裹物，再用拔管機(jī)起拔接頭管。 處理方案上報(bào)監(jiān)理批復(fù)后實(shí)施。

3.1.1 清除接頭管包裹物

在混凝土澆筑完成并達(dá)到終凝時(shí)間后，用空心階梯鉆頭鉆除接頭管一期槽段側(cè)包裹的混凝土。 布置孔位時(shí)，事故處理孔與接頭孔孔位間距大于墻厚3cm，以防止在鉆除混凝土過程中，鉆具對接頭管造成破壞。 孔位布置如圖1 所示。

圖1 “鑄管”事故處理孔位布置示意圖Fig.1 “Casting Pipe” accident treatment hole site location

在鉆孔過程中，要求有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的操作人員時(shí)刻觀察鋼絲繩的擺動(dòng)情況和接頭管狀態(tài)，防止鉆具偏向接頭管，把接頭管打壞。 鉆孔深度要求達(dá)到接頭管底部。 圓形孔鉆到深度后，接頭管周圍尚包裹有混凝土（圖中斜線部分），換用改裝過的鉆具（鉆具一側(cè)焊裝有反弧板，專用于清除尖角部位混凝土）鉆孔。 改裝的鉆具由于加裝了反弧部分，重心偏移，加上已形成圓形空孔，鉆孔時(shí)不能采用連續(xù)沖擊的方式，應(yīng)采用間斷沖擊的方式。

采用單鋼絲繩沖擊鉆機(jī)時(shí)，鉆具會在鋼絲繞向的作用下回轉(zhuǎn)，而加裝反弧部分的特制鉆具已不能旋轉(zhuǎn)，所以鉆具與鋼絲繩的連接應(yīng)由固定式改為活銷式，或者采用反循環(huán)雙繩鉆機(jī)解決。

清除接頭管二期槽段側(cè)原地層的方法與清除一期槽段側(cè)混凝土的方法相同。

3.1.2 拔起接頭管

接頭管兩側(cè)的包裹物全部被清除后，在接頭管上套上拔管機(jī)進(jìn)行拔管。 開始先用較小的起拔力試拔，在兩側(cè)鉆孔內(nèi)輔用加重鉆桿進(jìn)行斜向撞擊，并邊撞擊邊施加起拔力，直至被鑄的接頭管被全部拔出。

3.2 事故預(yù)防措施

接頭管事故發(fā)生后，處理不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、增加施工成本，當(dāng)處理不妥當(dāng)時(shí)，還會對接頭部位的防滲效果產(chǎn)生較大的影響。 若要做到不發(fā)生事故，或少發(fā)生事故，應(yīng)采取“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則。預(yù)防是指在工程施工前，做好技術(shù)交底，制訂出應(yīng)急預(yù)案；在施工過程中，重視過程控制，加強(qiáng)過程監(jiān)管，增強(qiáng)現(xiàn)場值班人員責(zé)任心。 若能做好以下幾點(diǎn)，就可大大降低事故發(fā)生率。

（1）鉆孔施工過程中，現(xiàn)場值班人員應(yīng)加大對接頭孔的監(jiān)管力度，防止孔位壓向二期槽段。 孔位控制應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。

（2）加大對接頭孔在鉆孔過程中孔斜率的抽檢頻率，避免“S”形等特殊孔形出現(xiàn)。

（3）對于出現(xiàn)“S”形孔的接頭孔，在接頭管下設(shè)過程中，若遇到阻礙時(shí)，禁止強(qiáng)行沖擊。 對底部未下設(shè)到位的部分，可采用套打法的接頭孔施工方案。

（4）針對檢查中發(fā)現(xiàn)的接頭孔孔位壓向二期槽段情形，質(zhì)檢員應(yīng)對孔位的偏移情況進(jìn)行詳細(xì)檢查，并將實(shí)際孔位數(shù)據(jù)通報(bào)給接頭管下設(shè)人員，以保證接頭管下設(shè)到正確的孔位。

（5）在一期槽段混凝土澆筑時(shí)，尤其是在澆筑初期，負(fù)責(zé)接頭管拔管的人員應(yīng)密切觀察接頭管的變化，并適時(shí)“微動(dòng)”接頭管。 若出現(xiàn)阻力過大狀況，可以適當(dāng)上拔接頭管。 若上拔失效，應(yīng)及時(shí)中斷混凝土澆筑，以減小處理難度。

（6）加大混凝土拌和物的質(zhì)量控制，避免混凝土凝結(jié)時(shí)間變化對接頭管拔管產(chǎn)生不利的影響。

（7）對于氣候變化可能對施工產(chǎn)生的影響應(yīng)有預(yù)見性。

（8）加強(qiáng)拔管機(jī)械的保養(yǎng)、維修工作，降低拔管過程中機(jī)械故障發(fā)生率。

（9）做好施工導(dǎo)墻，防止因?qū)Τ休d力不足造成不能實(shí)施拔管的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

在水利水電施工中，接頭管法是施工混凝土防滲墻墻段間接頭孔的一個(gè)主要技術(shù)方法。 由于各種原因，接頭管被卡、被鑄事故頻繁發(fā)生，從而影響工程質(zhì)量。 因此，在施工過程中，應(yīng)增強(qiáng)現(xiàn)場值班人的責(zé)任心，重視過程控制、加強(qiáng)過程監(jiān)管，盡可能預(yù)防事故的發(fā)生。 事故發(fā)生后，應(yīng)查找、分析事故原因，制訂有針對性的處理方案。

[1] 陶景良. 混凝土防滲墻施工[M]. 北京：水利電力出版社，1988：1-3.

[2] 叢藹森. 地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用[M]. 北京：中國水利水電出版社，2000：851-859.

[3] 楊粟，朱敏，焦龍飛. 接頭管施工工藝在防滲墻工程中的應(yīng)用[J]. 北京水務(wù)，2012（2）：48-50.