安谷水電站防滲墻成槽工藝探討

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，611731)

1 工程簡(jiǎn)介

安谷水電站工程位于四川省樂(lè)山市安谷鎮(zhèn)境內(nèi)大渡河干流上，為大渡河干流下游梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的最后一級(jí)。電站采用混合式開(kāi)發(fā)方式，水庫(kù)正常蓄水位高程398.00m，電站裝機(jī)容量772MW，最大壩高30.7m，廠后接長(zhǎng)約9.5km尾水渠。水庫(kù)區(qū)水工建筑物主要有左右岸副壩，右岸副壩長(zhǎng)約4.7km，左岸副壩長(zhǎng)約10.3km。左右岸副壩及尾水渠左堤均采用混凝土防滲墻防滲。其中庫(kù)區(qū)左右岸副壩為C25常態(tài)混凝土防滲墻，墻厚60cm～80cm；尾水渠左堤為塑性混凝土防滲墻，墻厚40cm，墻體嵌入基巖深度均為1.0m。

2 防滲墻成槽工藝及技術(shù)

防滲墻因其施工工藝簡(jiǎn)捷易行、防滲性能可靠，在水利水電工程中廣泛應(yīng)用。造孔成槽是防滲墻施工的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是施工中至關(guān)重要的一個(gè)步驟。本工程防滲墻成槽主要采用了鉆劈法、鉆抓法和抓取法等三種工藝。

2.1 鉆劈法成槽

鉆劈法是防滲墻施工最古老最原始的成槽方法之一，其工作原理是利用鋼繩沖擊鉆機(jī)提升鉆頭產(chǎn)生重力勢(shì)能，對(duì)砂卵石地層形成較大的沖擊力來(lái)?yè)羲樯奥咽?；特點(diǎn)是施工方法簡(jiǎn)單易行，適用于各種覆蓋層地層，特別是覆蓋層中孤漂卵石等大粒徑物質(zhì)成份含量較大或較集中時(shí)較為適用。施工時(shí)沿防滲墻軸線劃分不同長(zhǎng)度的槽段，相鄰兩個(gè)槽段分一、二期先后施工，每個(gè)槽段按槽長(zhǎng)劃分若干個(gè)主孔和副孔，常見(jiàn)的以三主兩副和四主三副居多；成槽方式采用鋼繩沖擊鉆機(jī)分主、副孔鉆進(jìn)，當(dāng)相鄰兩個(gè)主孔鉆進(jìn)一定深度后，再劈打副孔；施工過(guò)程中采用粘土泥漿固壁，造價(jià)低廉。由于鉆孔過(guò)程中鉆碴需采用抽砂筒抽除，因此施工效率較慢，造孔成槽時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)工期影響較大。

2.2 鉆抓法成槽

使用沖擊鉆機(jī)鉆鑿主孔，抓斗抓取副孔，可以?xún)摄@一抓，也可以三鉆兩抓或四鉆三抓，形成不同長(zhǎng)度的槽孔。本工程施工過(guò)程中既有三鉆兩抓，也有四鉆三抓成槽，槽段長(zhǎng)度為7.6m。三鉆兩抓法1、3、5號(hào)主孔長(zhǎng)度均為0.4m，與墻體厚度一致，二抓和四抓副孔長(zhǎng)度均為2.2m，四鉆三抓法1、3、5、7號(hào)主孔長(zhǎng)度為0.4m，與墻體厚度一致，二抓、四抓和六抓長(zhǎng)度分別為2.4m、1.2m和2.4m。采用鉆抓法成槽能充分發(fā)揮兩種機(jī)械的優(yōu)勢(shì)，沖擊鉆機(jī)的鑿巖能力較強(qiáng)，可鉆進(jìn)不同巖性的地層，先鉆主孔為抓斗開(kāi)路作鋪墊，抓斗抓取副孔的效率較高，所形成的孔壁也較平整，抓斗在副孔施工中若遇到漂(孤)石等大粒徑物質(zhì)時(shí)，可隨時(shí)換上沖擊鉆機(jī)重鑿。此法比單用沖擊鉆機(jī)成槽功效提高2～3倍，地層適用性也較廣，同時(shí)主孔的導(dǎo)向作用也能有效防止抓斗造孔時(shí)發(fā)生偏斜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用鉆抓法施工，單臺(tái)抓斗24h成槽面積可達(dá)40m2～50m2(墻厚40cm)。鉆抓法成槽一般采用澎潤(rùn)土漿液作護(hù)壁泥漿，后期清孔換漿時(shí)限相對(duì)較短，但成本較為昂貴，工程造價(jià)也相對(duì)較高。當(dāng)砂卵石地層中孤漂卵石含量較多或較大時(shí)，抓斗不能進(jìn)行抓掘作業(yè)，會(huì)頻繁采用沖擊鉆機(jī)反復(fù)重鑿，對(duì)施工進(jìn)度亦有一定影響；在下伏基巖面起伏較大或基巖臥坡較陡以及在基巖強(qiáng)度較高的地段，抓斗難以抓掘，槽孔嵌入基巖深度也難滿足設(shè)計(jì)要求，一般也需要沖擊鉆機(jī)進(jìn)行重鑿。

2.3 抓取法成槽

抓取法亦稱(chēng)純抓法，即使用抓斗直接抓取成槽，可以單抓成槽，也可以多抓成槽。單抓成槽即一次抓取一個(gè)槽孔，形成的槽段較短，由于目前常用的抓斗最大張開(kāi)度僅為2.8m，槽段太短會(huì)導(dǎo)致接頭管埋設(shè)增多，對(duì)后期工序影響較大，所以除迫不得已一般不采用單抓成槽。多抓成槽分主、副孔施工，每個(gè)槽段由三抓或多抓形成。本工程施工過(guò)程中均采用三抓成槽，槽長(zhǎng)7.6m；一抓和三抓為主孔，長(zhǎng)度均為2.8m，等于抓斗的最大張開(kāi)度；二抓為副孔，長(zhǎng)度為2.0m，略大于主孔的2/3長(zhǎng)度。施工次序?yàn)橄茸ト∫?、三抓主孔，后抓取二抓副孔。一、三抓主孔在抓取過(guò)程中，二抓副孔的砂卵石能對(duì)槽壁的穩(wěn)定起到支撐作用。抓取法多適用于細(xì)顆粒地層，當(dāng)砂卵石層中孤漂石等粗顆粒物質(zhì)含量較高或較集中時(shí)，對(duì)施工影響較大，甚至出現(xiàn)無(wú)法抓取的現(xiàn)象，反而會(huì)影響施工進(jìn)度。尤其是在大江大河干流中、上游地段，砂卵石地層內(nèi)粗粒徑成份含量往往較高，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)大量孤漂石集中分布的情況，因此在這些區(qū)域建議不采用此法，否則可能會(huì)導(dǎo)致事倍功半的后果。另外，抓取法和鉆抓法成槽一樣，在成槽過(guò)程中一般也采用澎潤(rùn)土漿液作護(hù)壁泥漿，清孔換漿時(shí)限相對(duì)較短，成本較為昂貴，工程造價(jià)也相對(duì)較高；當(dāng)下伏基巖面起伏較大或基巖臥坡較陡以及在基巖強(qiáng)度較高時(shí)，抓斗在基/覆接觸面附近難以抓掘成槽，也不能進(jìn)行嵌巖作業(yè)，這時(shí)仍需要沖擊鉆機(jī)進(jìn)行重鑿或采用其他方式配合，方能保證墻體嵌入基巖的深度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 三種造孔成槽工藝的綜合特性對(duì)比

鉆劈法、鉆抓法和抓取法是水利水電工程防滲墻施工中常用的三種造孔成槽工藝。根據(jù)安谷電站工程實(shí)踐，三種工藝對(duì)砂卵石地層的造孔成槽均有一定的適應(yīng)性，但在地層的適應(yīng)性、施工工效、成槽質(zhì)量、擴(kuò)孔系數(shù)等諸多方面仍存在較大的差異。其綜合特性見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)造孔成槽工藝綜合特性對(duì)比

4 施工中的常見(jiàn)事故及處理措施

防滲墻造孔成槽施工中容易出現(xiàn)的事故有導(dǎo)向槽變形或破壞、槽壁坍塌、漏漿、孔斜、鉆機(jī)卡鉆或抓斗斗體被卡等。

4.1 導(dǎo)向槽變形或破壞

4.1.1 變形或破壞的原因。導(dǎo)致導(dǎo)向槽變型或破壞主要有以下幾個(gè)方面的原因：施工平臺(tái)自身或填筑部份地層密實(shí)度較差，導(dǎo)向槽的強(qiáng)度不足，導(dǎo)向槽底部產(chǎn)生坍塌或受到淘刷破壞，作用于導(dǎo)向槽的荷載過(guò)大，導(dǎo)向槽沒(méi)有設(shè)置支撐或支撐被破壞等。

4.1.2 處理措施。首先，防滲墻施工平臺(tái)應(yīng)堅(jiān)固平整，適合于重型設(shè)備和運(yùn)輸車(chē)輛行走，平臺(tái)高程應(yīng)高出地下水位1.5m以上，并能順暢排出廢水、廢漿和廢渣。導(dǎo)向槽基礎(chǔ)應(yīng)置于較密實(shí)、變形較小的地層上，頂部應(yīng)高出施工平臺(tái)50mm以上，導(dǎo)向槽可采用現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土構(gòu)筑，但應(yīng)有足夠強(qiáng)度，導(dǎo)墻外側(cè)填土應(yīng)夯實(shí)。當(dāng)導(dǎo)向槽變形不大且尚未斷裂時(shí)，可采取加強(qiáng)頂撐、減少荷載、用鋼梁加固、用低標(biāo)號(hào)混凝土或低強(qiáng)度材料封堵導(dǎo)向槽底部等措施進(jìn)行處理；當(dāng)導(dǎo)向槽變形過(guò)大或已斷裂時(shí)，一般應(yīng)回填槽孔，將已變形破壞部位的導(dǎo)向槽拆除，重新建造導(dǎo)向槽，如果槽孔深度較大且接近完成時(shí)發(fā)生局部導(dǎo)墻破壞，為減少工期和經(jīng)濟(jì)損失，也可不必回填槽孔和恢復(fù)破壞部位的導(dǎo)向槽，而采用沿墻軸線方向架設(shè)大型型鋼的方法繼續(xù)施工。

4.2 槽壁坍塌

4.2.1 主要原因。造成槽壁坍塌的原因主要有以下幾個(gè)方面：地層結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度較差，層間夾有薄層粉細(xì)砂層或透鏡體；施工平臺(tái)過(guò)低，地下水位過(guò)高或地下水流速過(guò)大；固壁土料質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，護(hù)壁泥漿性能不適應(yīng)地質(zhì)情況或泥漿質(zhì)量差；槽內(nèi)泥漿漏失未能及時(shí)補(bǔ)充，單元槽段劃分過(guò)長(zhǎng)等。

4.2.2 處理措施。當(dāng)孔深較小時(shí)發(fā)生槽壁坍塌，一般采用回填槽孔方式處理，下部用粘土或砂卵礫石回填，上部用低標(biāo)號(hào)混凝土或固化灰漿回填，然后再重新開(kāi)孔。若成槽孔較深較大且導(dǎo)致導(dǎo)向槽斷裂時(shí)，為減少損失，可沿墻軸線方向鋪設(shè)數(shù)根30號(hào)以上的型鋼跨過(guò)塌坑支承枕木鐵軌，使鉆機(jī)能繼續(xù)工作，直至槽孔完成。若成槽孔深較小，也可緊貼導(dǎo)向槽外緣每隔30cm～50cm向下斜插鋼筋或鋼管，并打入坍孔形成的斜坡體內(nèi)；然后用袋裝土封堵塌坑下部，用混凝土封堵塌坑上部；必要時(shí)也可重新劃分槽段，縮短槽孔長(zhǎng)度。

4.3 漏漿

4.3.1主要原因。漏漿是防滲墻造孔成槽過(guò)程中極為常見(jiàn)的現(xiàn)象，在防滲墻施工中都會(huì)出現(xiàn)，尤其是砂卵石地層中可以說(shuō)是無(wú)槽不漏，只是程度不同而已。造成槽孔漏漿主要有以下幾方面的原因：地層較松散，砂卵礫石、孤漂石等地層中存在架空現(xiàn)象，基巖中存在溶洞、溶槽、斷層、裂隙等集中滲漏通道，壩體填筑質(zhì)量不好，存在滲漏通道，固壁用粘土質(zhì)量不合格，泥漿防滲性能差等。

4.3.2 處理措施

首先要做好預(yù)防措施，常用的預(yù)防措施有：對(duì)槽孔兩側(cè)一定深度內(nèi)的土體振沖加密，在槽孔兩側(cè)先預(yù)灌濃漿，增加槽內(nèi)漿液的稠度，漏失地層中單槽的主孔未完成時(shí)不得劈打或抓鑿副孔；必要時(shí)在泥漿中加入防漏失材料。常用的處理措施有：產(chǎn)生大量漏漿時(shí)立即起鉆或停止抓斗作業(yè)，中斷造孔，迅速向槽內(nèi)增補(bǔ)漿液并在泥漿中加入粉煤灰、鋸未、棉子殼、紙屑、人造纖維等堵漏材料；向孔底投放粘土、水泥、砂、碎石、粘土球等堵漏材料，并用鉆頭或抓斗搗實(shí)，將其擠入漏漿通道內(nèi)；若遇到溶洞、溶槽、溶穴等大的集中滲漏通道，可采用磚塊、瓦礫摻合一定數(shù)量的粘土裝袋投入槽內(nèi)，再用鉆頭沖搗將其擠入滲漏通道進(jìn)行堵塞。

4.4 孔斜

4.4.1 主要原因。在防滲墻施工過(guò)程中，無(wú)論采用什么施工方法成槽，產(chǎn)生孔斜都不可避免，因此控制孔斜是防滲墻施工質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)于孔斜率，《水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》(DL/T5199—2004)規(guī)定“鉆劈法、鉆抓法和銑削法施工時(shí)不得大于4‰；遇含孤石地層及基巖陡坡等特殊情況，應(yīng)控制在6‰。抓取法施工時(shí)不得大于6‰，遇含孤石地層及基巖陡坡等特殊情況，應(yīng)控制在8‰”。產(chǎn)生過(guò)大孔斜的原因歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：首先是造孔設(shè)備安裝不當(dāng)，固定不穩(wěn)；其次是開(kāi)孔不正，放繩過(guò)多，進(jìn)尺過(guò)快；鉆進(jìn)過(guò)程中地層中有大孤(漂)石、探頭石或陡坡巖面等。但采用鉆抓法或抓取法成槽時(shí)，在抓鑿過(guò)程中如基/覆分界面附近基巖臥坡較陡或巖面起伏較大時(shí)，也可能導(dǎo)致孔斜過(guò)大。

4.4.2 處理措施。當(dāng)孔斜超過(guò)規(guī)范要求時(shí)，一般需要回填孔斜段重新造孔，回填材料可用堅(jiān)硬的塊石或低標(biāo)號(hào)混凝土，重新鉆孔時(shí)須向與孔斜相反的方向適當(dāng)移動(dòng)鉆孔中心，并注意輕打慢放，并隨時(shí)檢查修孔效果，直至滿足規(guī)范要求。對(duì)于探頭石造成的孔斜，可將探頭石爆破后再修孔；采用抓取法成槽時(shí)，可利用抓斗的測(cè)斜糾偏裝置進(jìn)行糾偏。

4.5 卡鉆

4.5.1 主要原因。造成防滲墻造孔成槽過(guò)程中鉆頭或抓斗被卡的的主要原有以下幾個(gè)方面：停鉆時(shí)，鉆具沒(méi)有及時(shí)提出槽孔，以致泥漿中的鉆渣沉淀時(shí)將鉆具卡??；地層中有較多的漂石和孤石分布，孔斜過(guò)大；下鉆時(shí)或鉆進(jìn)中，上部孔壁掉落石塊；鉆具的形狀和尺寸不符合要求，鉆頭補(bǔ)焊的直徑過(guò)大等。

4.5.2 處理措施。認(rèn)真分析卡鉆原因，如果卡鉆是由于泥漿中鉆渣沉淀造成，可采用高壓射水裝置和空氣升液法清除鉆孔四周的渣土；如果是探頭石卡鉆，可用爆破的方法處理；如果是槽孔孔壁凹凸過(guò)大造成卡鉆，可采用直徑稍大的空心鉆具擴(kuò)孔，使被卡鉆頭脫離孔壁。

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土防滲墻因其防滲技術(shù)成熟，施工工藝簡(jiǎn)捷易行，防滲性能可靠而在水利水電工程中廣泛應(yīng)用。我國(guó)富源遼闊，江河眾多，工程所處工程地質(zhì)條件差異較大，設(shè)計(jì)工況也不盡相同，因此在防滲墻施工過(guò)程中應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，做到高效、低耗、保質(zhì)，順利完成施工任務(wù)。通過(guò)安谷水電站的工程實(shí)踐，我們認(rèn)為應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：

(1)施工前應(yīng)收集、研究有關(guān)施工要求、施工條件的文件、圖紙、資料和標(biāo)準(zhǔn)；

(2)精心編制施工組織設(shè)計(jì)和施工細(xì)則；

(3)認(rèn)真閱讀相關(guān)設(shè)計(jì)文件和圖紙，了解設(shè)計(jì)工況和意圖；

(4)全面收集和仔細(xì)研究工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，特別是防滲墻所經(jīng)段的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征以及物質(zhì)組成和滲漏特性等，并據(jù)此確定最適合工程區(qū)地層特點(diǎn)的造孔成槽工藝；

(5)由于工程勘察設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)鉆孔數(shù)量有限，所揭示的地層巖性局部會(huì)有一定甚至較大的變化，因此應(yīng)重視補(bǔ)充勘察鉆孔。它對(duì)防滲墻準(zhǔn)確入巖和確保嵌巖深度有著至關(guān)重要的作用；

(6)防滲墻施工過(guò)程中有大量的廢水、廢漿、廢渣產(chǎn)生，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)“三廢”的回收管理，避免造成環(huán)境污染。