毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻造孔施工事故與處理

趙 丹，翟新泰，敖培培

（1.中國(guó)國(guó)電四川毛灘水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 樂(lè)山 614100；2.中國(guó)水利水電第四工程局第四分局，四川 成都 610091）

1 工程概況

毛灘水電站工程系夾江縣順河鄉(xiāng)境內(nèi)的青衣江干流上，千佛巖電站至青衣江匯口河段推薦的兩級(jí)規(guī)劃方案中的第一級(jí)電站。該電站采用河床式長(zhǎng)尾水渠開(kāi)發(fā)方式，工程開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，并具備灌溉、防洪、城鎮(zhèn)工業(yè)、生活及景觀用水等功能，遠(yuǎn)期長(zhǎng)征渠修建后，且服從長(zhǎng)征渠灌溉用水及余水發(fā)電。電站為混合式開(kāi)發(fā)，水庫(kù)正常蓄水位406.0m，回水至夾江水文站下游約0.8km處，額定水頭17 m，電站設(shè)計(jì)引用流量531 m3/s，電站裝機(jī)容量102 MW，水庫(kù)總庫(kù)容3×107m3，多年平均發(fā)電量4.885 3×108kW·h，其主要水工建筑物有廠房、儲(chǔ)門(mén)槽、沖沙閘、泄洪閘、尾水渠、左右岸防洪堤等工程。

工程樞紐的主要建筑物為左右岸防洪堤、左右岸接頭壩、泄洪沖沙閘（23孔）、電站廠房（3臺(tái)立式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組）和長(zhǎng)尾水渠（6.18 km）。

2 地質(zhì)條件及施工特點(diǎn)

防滲墻成墻巖層自上而下為：①人工回填層：回填料取自松散的砂石料篩分的棄料，填筑高程為398.6～391.6 m。②第四系松散堆積層廣泛覆蓋，據(jù)鉆探和物探測(cè)試資料，查明覆蓋層厚度為88.26～104.46 m。③下伏基巖：上部棕紅色粉沙質(zhì)泥巖，夾黃、灰、褐色頁(yè)巖，泥灰?guī)r，石膏；下部紫紅色砂巖、粉砂巖夾泥巖。

施工特點(diǎn)：①防滲墻施工平臺(tái)填筑過(guò)程中，上部為漂卵石層，呈松散架空狀態(tài)，局部經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)厣笆虾Y分，為強(qiáng)透水層。②EL380.6 m以下，防滲墻地層部分位置存在膠結(jié)巖，膠結(jié)巖地層中鉆孔存在易卡鉆等問(wèn)題，導(dǎo)致沖擊鉆和抓斗施工功效極低，且鉆頭磨損和抓斗斗齒損壞嚴(yán)重。③成墻面積49 444 m2，月最高施工強(qiáng)度28 100 m2，創(chuàng)下了國(guó)內(nèi)同地質(zhì)條件下以沖擊鉆作業(yè)為主、抓斗配合施工的防滲墻強(qiáng)度新紀(jì)錄。

3 防滲墻造孔施工方案

該工程是在廠房基坑開(kāi)挖線以外形成類(lèi)似五邊形的封閉軸線上，施工混凝土塑性防滲墻，成槽地層均在砂卵石層中。工程量及施工參數(shù)，如表1所示。

表1 工程量及施工參數(shù)

3.1 施工順序

本防滲墻分上橫、右縱、下橫、左縱四個(gè)分部工程。根據(jù)各分部工程墻深等實(shí)際情況，上橫、右縱、下橫率先開(kāi)鉆，左縱陸續(xù)跟進(jìn)。施工高峰期投入沖擊鉆機(jī)108臺(tái)，抓斗9臺(tái)套。

3.2 單元槽段劃分

單元槽段的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件，結(jié)合該地層所選用的造孔方法確定，共劃分205個(gè)單元槽段（后為避免出現(xiàn)“三期槽”，調(diào)整后總槽段為204個(gè)，但工程總量不變）。本工程混凝土防滲墻為懸掛式。典型槽孔長(zhǎng)度劃分示意圖，如圖1所示。

圖1 典型槽孔長(zhǎng)度劃分示意圖

3.3 造孔成槽技術(shù)

結(jié)合本工程地質(zhì)條件和工期等要求，混凝土防滲墻采用“三鉆兩抓法”成槽，方法如下：①由于上層結(jié)構(gòu)松散，空隙大且透水性強(qiáng)，僅靠泥漿無(wú)法固壁，須改變孔壁土層的松散狀態(tài)結(jié)構(gòu)，封堵滲漏通道，才能成槽，因此鉆進(jìn)主孔采用“邊鉆進(jìn)，邊回填”的方法。鉆進(jìn)過(guò)程中，向孔內(nèi)填入黏土，在鉆頭反復(fù)沖擊的作用下，部分泥漿附著在孔壁上，形成致密泥皮，封堵滲漏通道，部分黏土膨化成泥漿，起增大孔底泥漿懸浮沉渣的作用。②副孔造孔主要采用抓斗抓取的方法。當(dāng)主孔穿過(guò)回填層進(jìn)入原始砂卵石地層后，發(fā)揮抓斗設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高了造孔和成墻效率。遇抓斗不能有效抓取的底層，采用沖擊鉆進(jìn)行鉆進(jìn)。

4 造孔施工過(guò)程中出現(xiàn)的事故及處理方法

造孔環(huán)節(jié)是制約防滲墻施工進(jìn)度和效益的關(guān)鍵工序，造孔所需時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生造孔事故的概率就越大，對(duì)工期和效益的負(fù)面影響也隨之加大。毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻受防滲墻施工區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變的影響，孔會(huì)出現(xiàn)的頻次和嚴(yán)重程度也大大增加。所以，正確分析造孔事故發(fā)生的原因，尋找合理的處理手段，對(duì)加快防滲墻施工速度，整體提高施工效益，將有著很大的促進(jìn)作用。毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻在施工過(guò)程中的問(wèn)題，主要有造孔孔斜偏差、掉（埋）鉆、漏漿、卡鉆、塌孔等。

4.1 造孔孔斜偏差

為使防滲墻的有效厚度及各槽段間的有效搭接厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，保證防滲墻連續(xù)的可靠性，根據(jù)《水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范DL/T5199-2004》的規(guī)定：①槽孔應(yīng)垂直，無(wú)梅花孔、小墻等。②孔位允許偏差不超過(guò)3 cm，孔斜率不得大于0.4%.③在遇到孤石、漂石地層以及基巖傾斜度大等特殊情況下，孔斜率應(yīng)控制在0.6%以?xún)?nèi)。④一、二期槽孔接頭孔的兩次孔位中心在任意深度的的搭接厚度不得小于設(shè)計(jì)墻厚的2/3，且必須保證設(shè)計(jì)墻厚。

本工程選用原始的重錘法對(duì)空斜進(jìn)行測(cè)量。方法如下：將鉆頭放至槽段內(nèi)不同深度位置（一般以2 m為單位），鋼絲繩繃緊后，測(cè)量鋼絲繩在孔口的位置偏距，根據(jù)相似三角形原理，即可計(jì)算得出孔底偏距和孔斜率。

4.1.1 孔斜偏差產(chǎn)生的原因

①開(kāi)孔時(shí)，槽孔中心位置測(cè)量放線不精準(zhǔn)，導(dǎo)致鉆頭偏離中心位置且超出了規(guī)范允許范圍。②開(kāi)鉆時(shí)，鋼絲繩自由行程較長(zhǎng)，導(dǎo)致鉆頭跑偏，致使開(kāi)孔時(shí)就產(chǎn)生偏斜。③鉆機(jī)平臺(tái)和鉆機(jī)軌道基礎(chǔ)固定不牢，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)位置發(fā)生偏移或傾斜，導(dǎo)致孔斜。④造孔過(guò)程中，地層軟硬程度不同，鉆頭受力不均勻產(chǎn)生孔斜。⑤二期槽造孔過(guò)程中，已成槽的一期槽混凝土和二期槽砂卵石之間的強(qiáng)度不同，接頭孔易向二期槽一側(cè)傾斜，導(dǎo)致孔斜產(chǎn)生。

4.1.2 對(duì)孔斜偏差的處理措施

防滲墻槽段發(fā)生孔位偏差后，將影響槽段的墻體厚度，從而直接降低防滲墻墻體的有效搭接厚度，最終影響防滲效果。所以，在造孔施工中，要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)程進(jìn)行施工，預(yù)防孔斜的發(fā)生，并在過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)偏斜及時(shí)采取措施進(jìn)行處理是最行之有效的方法。

毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻在造孔施工中，采取了以下主要措施對(duì)孔斜偏差進(jìn)行處理：①一般原因?qū)е碌目仔?，采用回填碎石和黏土后重新鉆進(jìn)的方法進(jìn)行處理，且鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行糾偏，直至孔斜率達(dá)到規(guī)范要求。②因地層軟硬不均引起的孔斜，采用十字鉆頭低頻次劈打，將硬度高的地層修直，直至空斜率達(dá)到規(guī)范要求。③因探頭石、孤石、漂石造成的孔斜，采用回填碎石和黏土后重新鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)糾偏，直至偏斜率達(dá)到規(guī)范要求。因本防滲墻工程施工部位系砂卵石地層的特殊性，為避免對(duì)其他施工區(qū)域的擾動(dòng)，未采用槽內(nèi)鉆孔爆破和聚能爆破。

上面4.1.1孔斜偏差產(chǎn)生的原因所述的①，②，③，是人為客觀原因所致，在實(shí)際過(guò)程中注意對(duì)上述因素的回避即可，在此就不贅述了。需要指出一點(diǎn)，采用抓斗進(jìn)行抓取施工，在很大程度上可以避免或減小槽段孔斜的發(fā)生。采用“接頭管法”工藝進(jìn)行槽段連接，可以確保接頭孔部位的搭接質(zhì)量，幾乎可以忽略一、二期間的接頭孔孔斜問(wèn)題。

4.2 卡鉆、埋（掉）鉆

在造孔過(guò)程中，SH-21、SH-36各發(fā)生一次卡鉆，SH-39、YZ-10、YZ-14、ZZ-39都發(fā)生埋鉆事故，尤其是SH-39埋鉆處理的時(shí)間最長(zhǎng)。（注：SH指上游橫向段，YZ指右縱向段，ZZ指左縱向段，XH指下游橫向段，下同）

4.2.1 發(fā)生卡鉆、埋（掉）鉆的主要原因

①EL398.6～391.6 m是人工回填區(qū)域，回填料取自松散的砂石料篩分棄料，導(dǎo)致回填區(qū)域出現(xiàn)架空現(xiàn)象，鉆頭鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生跑斜后導(dǎo)致卡鉆。②打回填材料為黏土的主孔時(shí)，鉆進(jìn)速度偏快，出渣不及時(shí)，造成卡鉆。③副孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭向主孔懸空部位偏斜，造成“溜孔”，小墻部分卡住鉆頭，導(dǎo)致卡鉆。④造孔過(guò)程中發(fā)生塌孔，埋住鉆頭。

4.2.2 對(duì)卡鉆、埋（掉）鉆事故采取的處理措施

結(jié)合本工程實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)施工中主要采取以下處理措施：①根據(jù)造孔施工經(jīng)驗(yàn)分析卡鉆、埋（掉）鉆孔內(nèi)情況，大致明確卡鉆、埋（掉）鉆深度和地層情況，采用低頻率重復(fù)向上提拉動(dòng)作，逐步?jīng)_開(kāi)卡鉆、埋鉆區(qū)間，取出鉆具。②埋鉆事故處理中采用上述方法仍然無(wú)法取出鉆具時(shí)，則移動(dòng)鉆機(jī)，再次鉆劈打相鄰孔位，清空被埋鉆具兩旁障礙物后，取出鉆具。③特殊情況下，通過(guò)各種努力鉆頭仍然不能取出的時(shí)候，可考慮采取將鉆頭劈打擠出防滲墻的成墻區(qū)域，進(jìn)行“棄鉆”處理。需要特別指出的是，該方法要確保棄鉆的位置在防滲墻成墻區(qū)域以外，否則不能保證成墻的質(zhì)量，后期將很有可能形成滲漏通道。

4.3 塌孔（槽）

SH-39、YZ-6、ZZ-24、SH-41各發(fā)生了一次嚴(yán)重塌槽事故，現(xiàn)場(chǎng)采用混凝土澆筑回填，回填后重新造孔，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失和工期耽誤。

4.3.1 塌孔（槽）產(chǎn)生的原因

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，塌孔（槽）的發(fā)生有以下主要因素：①水下填筑層未經(jīng)過(guò)碾壓，填筑質(zhì)量差，因此密實(shí)度差，填筑體抗剪強(qiáng)度不高，導(dǎo)致槽壁容易失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。②泥漿質(zhì)量不合格，在造孔過(guò)程中不能形成致密泥皮，或造孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，槽段長(zhǎng)時(shí)間處于浸泡中，引起坍塌。③地下水位偏高，槽壁受到的外水壓力較大從而引起坍塌。④抓斗施工過(guò)程中，對(duì)槽段的擾動(dòng)影響大，發(fā)生坍塌。

4.3.2 塌孔（槽）的處理措施

塌孔（槽）的處理措施應(yīng)根據(jù)工程所在地層的地質(zhì)特性和工程施工特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮。一般情況下，對(duì)坍塌嚴(yán)重的區(qū)域都采取混凝土進(jìn)行回填，在選擇混凝土的時(shí)候要充分考慮后期造孔的難度。塑性混凝土具有強(qiáng)度低的特點(diǎn)，能很大程度上降低后期造孔的難度。

4.4 漏漿

漏漿是防滲墻施工過(guò)程中最易發(fā)生的鉆孔事故。若漏漿處理不及時(shí)，槽段將會(huì)出現(xiàn)反復(fù)漏漿，進(jìn)而引起塌孔、埋鉆等嚴(yán)重事故。毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻共劃分204個(gè)槽段，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，共有98個(gè)槽段均發(fā)生了多次不同程度的漏漿，尤其是YZ-5、YZ-3、YZ-1反復(fù)程度尤甚。

4.4.1 導(dǎo)致漏漿發(fā)生的原因

①本工程所屬砂卵石地層相對(duì)松散，顆粒級(jí)配不連續(xù)、不均勻，造成層間接觸部分發(fā)生漏漿。②人工回填區(qū)域?qū)游茨雺好軐?shí)，存在滲漏通道引發(fā)漏漿。③槽段內(nèi)外水位差大，因壓力差而產(chǎn)生滲流通道。④泥漿質(zhì)量差，不能在孔壁上形成致密完整的護(hù)壁泥皮，引起漏漿。

4.4.2 采取的堵漏處理措施

①對(duì)漏漿的槽段，采取向槽內(nèi)回填黏土、鋸末、膨潤(rùn)土粉等材料進(jìn)行堵漏處理，并及時(shí)向槽段內(nèi)補(bǔ)充泥漿，避免出現(xiàn)槽段坍塌。②對(duì)于嚴(yán)重漏漿的槽段，多次堵漏無(wú)效時(shí)，要根據(jù)漏漿通道的大小，先投放大塊石、后投入黏土，用鉆具搗實(shí)從而堵住漏漿通道或縫隙，以達(dá)到堵漏目的。③定期抽檢漿液質(zhì)量，從源頭將人為因素引起的事故概率降至最低。

5 結(jié)束語(yǔ)

毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻由于在施工過(guò)程中，及時(shí)對(duì)諸多事故進(jìn)行了行之有效的處理，使得總工期提前12 d（既定節(jié)點(diǎn)目標(biāo)是2010年5月20日，實(shí)際完工時(shí)間是2010年5月8日），單位工程質(zhì)量被評(píng)為優(yōu)良，后續(xù)廠房小基坑開(kāi)挖后實(shí)際防滲效果達(dá)到預(yù)期。

混凝土防滲墻造孔施工是由很多不確定、不可預(yù)見(jiàn)性因素影響的復(fù)雜過(guò)程，對(duì)孔故的處理必須客觀、細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)。果斷地處理各種孔故，盡快成墻，盡可能避免各種孔故的發(fā)生或加劇，才能從根本上確保防滲墻的施工進(jìn)度和質(zhì)量，獲得更大的效益，而豐富的經(jīng)驗(yàn)對(duì)孔故處理有著很大的益處。毛灘水電站廠房小基坑混凝土防滲墻項(xiàng)目的成功實(shí)踐，對(duì)其他類(lèi)似地質(zhì)構(gòu)造的混凝土防滲墻施工具有一定的借鑒意義。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).D L/T5199—2004水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]陶景良.混凝土防滲墻施工[M].北京：水利水電出版社，1988.