混凝土壩排水孔通孔技術(shù)探析

張永鑫，孫木星，劉書南，王 江

（1.豐滿發(fā)電廠，吉林省 吉林市132108；2.臨江電站籌建處，遼寧 沈陽110180；3.中國水利電力對(duì)外公司，北京100120）

1 工程概況

豐滿水電站為一等大（1）型工程，大壩于1937年4月開始興建，1942年11月水庫開始蓄水，1943年3月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。主要建筑物有混凝土重力壩，壩后式一、二期發(fā)電廠房，左岸泄洪洞、三期發(fā)電廠房及變電開關(guān)站等。

混凝土大壩為1 級(jí)建筑物，最大壩高91.7 m，壩頂全長(zhǎng)1 080 m，共分60 個(gè)壩段，壩段長(zhǎng)度為18 m。大壩自左向右9 至19 號(hào)壩段為溢流壩段，21 至31 號(hào)為發(fā)電取水壩段，其他為擋水壩段。大壩基本橫斷面為三角形，上游壩坡為1∶0.05，下游壩坡為1∶（0.75～0.78），大壩在施工時(shí)沿順河流向?qū)误w的橫斷面分為A，B，C，D 等4 個(gè)壩塊。

大壩鉆有壩基排水孔310 孔，孔深共5 085 m，孔底深入壩基巖石5.0 m；鉆有壩體排水孔256 孔，孔深共13 243 m，孔底位于檢查廊道內(nèi)。排水孔孔徑φ110 mm，出口端安裝引水裝置，將壩體滲水有組織地引入到排水溝內(nèi)。

2 通孔必要性

豐滿大壩始建于20 世紀(jì)的30年代，壩工設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平較低，施工質(zhì)量較差，壩體滲漏嚴(yán)重，壩體揚(yáng)壓力過高，及時(shí)排出壩體內(nèi)滲水是大壩安全運(yùn)行的需要。

大壩運(yùn)行時(shí)間已達(dá)70年，達(dá)到使用年限并超期服役，混凝土溶蝕量較大，鈣質(zhì)析出嚴(yán)重。排水孔孔壁被鈣質(zhì)堵塞，孔底被淤積，影響了排水效果甚至失效，從而引起壩基、壩體揚(yáng)壓力進(jìn)一步上升，給壩體穩(wěn)定帶來很大危害，影響大壩安全運(yùn)行。

在過去的多年運(yùn)行期間，大壩排水孔已進(jìn)行了5 次徹底的通孔施工，有效地控制了揚(yáng)壓力的上升，對(duì)大壩的抗滑穩(wěn)定起到了重要的作用。

3 刷孔工具

鈣質(zhì)堅(jiān)固地附著在排水孔孔壁上，不容易清理，因此需要制作專用的刷孔工具，以保證能夠徹底清除鈣質(zhì)。刷孔工具由φ90 巖芯管和φ22 鋼絲繩制作而成。使用氣焊在巖芯管上對(duì)稱切割小圓孔，使鋼絲繩能夠剛好通過圓孔穿過，單根鋼絲繩長(zhǎng)度略大于排水孔孔徑，兩根鋼絲繩水平間距20 cm，制成串長(zhǎng)100 cm 的鋼絲刷。施工中所用的鋼絲刷如圖1所示。

圖1 刷孔工具圖

4 通孔施工

4.1 機(jī)械和工具

通孔施工時(shí)主要機(jī)械和工具有：地質(zhì)鉆機(jī)及配套鉆桿、接頭、鉆具，潛水泵，灌漿泵及水管路，刷孔工具，測(cè)繩等。

4.2 施工方法

1）測(cè)量

在清孔前，用測(cè)繩測(cè)量孔深，并與原設(shè)計(jì)值比較，計(jì)算孔底淤堵深度。

2）掃孔

計(jì)算鉆桿長(zhǎng)度，連接各機(jī)械與工具?？變?nèi)有淤積時(shí)采用φ108 金剛石鉆頭掃孔，直到原設(shè)計(jì)孔深。此時(shí)掃孔不同于平常的地質(zhì)鉆孔，因?yàn)榭椎壮练e物一般沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很低，基本不能取芯，只需用鉆頭把沉積物破碎成細(xì)小顆粒即可。掃孔時(shí)鉆機(jī)易選用低轉(zhuǎn)速、小鉆壓的施工方法。

3）刷孔

將刷孔工具連接在鉆桿接頭上，用鉆機(jī)帶動(dòng)刷孔工具低速旋轉(zhuǎn)，并上下起落刷孔3 個(gè)循環(huán)，孔壁淤堵嚴(yán)重時(shí)也可適當(dāng)增加循環(huán)次數(shù)，以達(dá)到更好的通孔效果。刷孔同時(shí)用清水沖洗孔壁，清除孔壁附著物。為保證施工質(zhì)量，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，鉆機(jī)易選擇低速檔位轉(zhuǎn)動(dòng)，刷孔起落速度一般不超過1.0 m/min。

4）洗孔

①水沖法。即在刷孔完成后，取下刷孔工具，再下入鉆桿至孔底，開大水流，使孔內(nèi)鉆渣隨循環(huán)水流懸浮帶出孔外。沖孔水量要盡可能地大一些，直至回水清澈，肉眼觀察無巖粉為止，沖洗后孔底沉積厚度不大于20 cm。如果這樣不能沖洗干凈，不能達(dá)到孔底沉積小于20 cm 的要求，那就要采取撈砂取粉等措施。如果孔壁有很多黏著物，或有特殊的沖洗要求，還應(yīng)當(dāng)專門對(duì)孔壁進(jìn)行側(cè)向沖洗。水沖法的特點(diǎn)是：孔口不封閉，沖洗水流的水量大，但壓力不一定大。沖洗時(shí)間以回水變清為原則。

②脈動(dòng)沖洗。是指采用脈動(dòng)壓力水等介質(zhì)對(duì)鉆孔周圍孔壁的裂隙或孔隙進(jìn)行的沖洗。高壓時(shí)裂隙縫口的一部分充填物被壓力水沖刷挾帶流出孔外，不能從孔口沖洗出的充填物被壓力水推移至離孔壁較遠(yuǎn)的位置；低壓時(shí)裂隙內(nèi)水壓力高于孔內(nèi)壓力，形成反向水流將充填物帶出。沖洗時(shí)先安裝孔口封閉裝置，使用灌漿泵向孔內(nèi)壓入循環(huán)水流，水壓力由回水管閥門調(diào)節(jié)，先使用較大的壓力沖洗數(shù)分鐘；接著完全放開回水閥門，低壓大流量沖洗。如此反復(fù)脈動(dòng)，直至返出的水潔凈并持續(xù)一段時(shí)間為止。

5 效果分析

在使用孔內(nèi)電視進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，孔壁的附著物清除比較徹底。清理面積達(dá)95%左右，說明自制的刷孔工具有很好的實(shí)用性。排水孔采用通孔技術(shù)處理后，80%的排水孔漏水量都有不同程度的增加，通孔施工對(duì)于提高排水孔的排水效果起到了明顯的改善作用，通孔前后排水量變化情況見表1。排水孔道經(jīng)疏通后，壩體內(nèi)的滲水能夠及時(shí)排出，改善了大壩工作條件，降低了壩體滲透壓力，發(fā)揮了排水孔的作用，通孔效果顯著。

表1 排水孔通孔前后排水量變化情況統(tǒng)計(jì)表

壩體混凝土析鈣不但附著在孔壁表面，也同樣充填在孔壁周圍的裂隙或孔隙內(nèi)，刷孔工具不能清除這部分鈣質(zhì)，所以選擇脈動(dòng)沖洗的方法是必要的。但是鈣質(zhì)與混凝土間有一定的附著力，裂隙內(nèi)的鈣質(zhì)不可能完全被沖洗出來，所以脈動(dòng)沖洗的作用是有限的。

［1］ 司燕玲.淺談鉆孔施工中清孔的方法［J］.建筑與工程，2011（38）：320-320.

［2］ 楊小云.丹江口混凝土壩排水孔處理［J］.水利工程管理技術(shù)，1988（4）：37-38.

［3］ 李雪林.新豐江水電站壩基排水孔淤積處理［J］.廣東科技，2008（12）：172-173.