潛孔沖擊鉆在水庫(kù)大壩帷幕灌漿中的應(yīng)用

于付川

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司,遼寧丹東 118000)

潛孔沖擊鉆在水庫(kù)大壩帷幕灌漿中的應(yīng)用

于付川

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司,遼寧丹東 118000)

本文結(jié)合某水庫(kù)大壩帷幕灌漿施工,介紹了潛孔沖擊鉆在帷幕灌漿鉆孔施工的應(yīng)用情況,以及施工中的應(yīng)注意的事項(xiàng)。

大壩 帷幕灌漿 潛孔沖擊鉆 施工方法

1 引言

某水庫(kù)主壩為粘土心墻砂礫石壩,壩長(zhǎng)735.63m,壩頂高程96.29m,最大壩高42.79m。主壩防滲體采用粘土心墻,在粘土心墻底部設(shè)有2m厚混凝土灌漿蓋板。灌漿蓋板底部設(shè)帷幕灌漿孔,孔距2m,0+050以左岸坡部位為雙排帷幕孔,其他部位均為單排帷幕孔,孔距2m,排距1.5m?？咨?6～38m。

由于地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔效率低,無(wú)法滿足工期要求,后經(jīng)灌漿試驗(yàn),采用潛孔沖擊鉆與地質(zhì)鉆機(jī)相結(jié)合的方法進(jìn)行鉆孔,在滿足工程施工質(zhì)量的前提下,保證了工期。為了驗(yàn)證沖擊回轉(zhuǎn)鉆在基礎(chǔ)灌漿工程中的適用性,在施工前進(jìn)行了沖擊回轉(zhuǎn)鉆與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)造孔生產(chǎn)性對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)選用鉆機(jī)機(jī)型為XY-150型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配φ60金剛石鉆頭,ECM580型潛孔鉆,配φ76合金鉆頭。

2 灌漿試驗(yàn)

本工程為水利工程,施工時(shí)執(zhí)行水利行業(yè)規(guī)范。因此剛開(kāi)始時(shí),由于監(jiān)理、設(shè)計(jì)及施工各方對(duì)規(guī)范規(guī)定的理解存在分歧,導(dǎo)致對(duì)鉆孔方式存在爭(zhēng)議,監(jiān)理及設(shè)計(jì)單位認(rèn)為按照水利規(guī)范的規(guī)定,只能采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)。而施工方認(rèn)為,水利規(guī)范中只是推薦采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工,并未規(guī)定禁止采用沖擊式及回轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)鉆進(jìn),而電力規(guī)范中明確列出“也可采用沖擊式或回轉(zhuǎn)沖擊式鉆機(jī)鉆進(jìn)”,可見(jiàn)只要能保證鉆孔及灌漿質(zhì)量,采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)及回轉(zhuǎn)沖擊鉆機(jī)均可。

考慮到工期影響,后經(jīng)各方協(xié)商,進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn),以最終檢查的灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn),來(lái)確定鉆孔方式。經(jīng)各方聯(lián)合確定灌漿試驗(yàn)部位,兩種鉆孔方式各進(jìn)行5個(gè)孔的灌漿,除鉆孔孔徑不同之外,其他灌漿參數(shù)均相同。沖擊鉆鉆孔存在孔壁存在不平整的問(wèn)題,如采用灌漿塞灌漿,則會(huì)存在封堵不嚴(yán)等問(wèn)題,因此在提出使用沖擊鉆鉆孔方案時(shí),已將此因素考慮在內(nèi),灌漿時(shí)采用孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。

從最終結(jié)果來(lái)看,采用兩種鉆孔方式施工的灌漿段,進(jìn)行鉆孔取芯及壓水試驗(yàn),結(jié)果表明均滿足設(shè)計(jì)要求,且洗孔時(shí)間及效果、灌前壓水試驗(yàn)、灌漿水泥注入率等均相差不明顯。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)比較,最終各方均同意先導(dǎo)孔、檢查孔及岸坡部位采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔,其他灌漿孔采用潛孔沖擊鉆鉆孔。

3 兩種鉆孔方式對(duì)比

3.1 潛孔沖擊鉆鉆孔及地質(zhì)鉆機(jī)配金剛石鉆頭鉆孔原理

沖擊鉆鉆孔原理是,鉆機(jī)工作時(shí),推進(jìn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)推進(jìn),并使鉆頭始終與孔底巖石接觸。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)。同時(shí),裝在鉆桿前端的沖擊器,在壓氣的作用下,其活塞不斷沖擊鉆頭。鉆頭被沖擊后獲得能量,潛入孔底,產(chǎn)生使巖石受擠壓的沖擊力。鉆具回轉(zhuǎn)避免了鉆頭重復(fù)打擊在相同的鑿痕上,并產(chǎn)生了對(duì)孔底巖石起刮削作用的剪切力。在沖擊器活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的剪切力作用下,巖石不斷地被壓碎和剪碎。壓氣由回轉(zhuǎn)供氣機(jī)構(gòu)進(jìn)入,經(jīng)由中空鉆桿直達(dá)孔底,把剪碎后的巖渣,從鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間吹到孔外,從而形成鉆孔。

地質(zhì)鉆機(jī)配金剛石鉆孔原理是,由鉆機(jī)及鉆具自重提供一定的壓力,使鉆頭金剛石顆粒嵌入巖石,然后由鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力,對(duì)巖石產(chǎn)生剪切破壞。冷卻水由中空鉆桿進(jìn)入孔底,對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻,并將鉆渣由鉆桿與孔壁之間的空隙帶出孔外。施工時(shí)需根據(jù)巖石情況確定鉆頭類(lèi)型、鉆壓及轉(zhuǎn)速等。

3.2 鉆孔操作對(duì)比

ECM580型潛孔鉆機(jī)：為自行式鉆機(jī),鉆身自重大,因此穩(wěn)定性好;鉆臂可多方位調(diào)整角度,因此施工時(shí)角度、位置調(diào)整均較方便;鉆機(jī)本身可操控性優(yōu)于地質(zhì)鉆機(jī)。

地質(zhì)鉆機(jī)：挪動(dòng)、調(diào)整則較慢,地勢(shì)不平時(shí),則需人工墊平或搭作業(yè)平臺(tái)。另外地質(zhì)鉆機(jī)配套三角架挪動(dòng)也較麻煩,尤其是對(duì)于帷幕灌漿分序分段施工來(lái)說(shuō),需要頻繁的移動(dòng)。

3.3 鉆孔速度對(duì)比

本工程帷幕灌漿施工中,普通強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化混合花崗巖采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,平均效率約為10～30m/天,而采用潛孔鉆機(jī)鉆孔平均效率可達(dá)到120～200m/天,巖層越硬,兩種鉆機(jī)的對(duì)比效果越明顯。

3.4 鉆孔質(zhì)量對(duì)比

(1)通過(guò)原理對(duì)比可見(jiàn),沖擊鉆鉆孔主要靠強(qiáng)力沖擊,使巖石產(chǎn)生碎塊狀及粉末狀破壞,因此孔壁是凹凸不平的,由此可見(jiàn)這種鉆孔方式不適用自下而上灌漿塞法灌漿;而使用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配金剛石鉆頭鉆孔,孔壁光滑,可適用于各種灌漿方法。

(2)沖擊鉆鉆孔,由于其設(shè)備本身性能所限,不適于角度要求較嚴(yán)的傾斜帷幕灌漿孔鉆孔施工,在鉛直孔鉆孔過(guò)程中,我們通過(guò)采取安裝孔口管的方式來(lái)控制孔斜,另采取加強(qiáng)施工過(guò)程中的測(cè)斜工作,每段均進(jìn)行測(cè)斜,發(fā)現(xiàn)有發(fā)生超過(guò)允許偏差可能時(shí),則進(jìn)行鉆孔糾偏,通過(guò)施工過(guò)程中采取的一系列手段,將孔向偏差基本控制在允許偏差范圍內(nèi)。而使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,對(duì)斜孔及鉛直孔施工均適用,雖然角度調(diào)整操作較困難,但通過(guò)相同的孔向控制措施,相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易保證。

(3)潛孔沖擊鉆鉆孔是全斷面破碎,產(chǎn)生的鉆渣較多,鉆渣靠壓縮風(fēng)吹出孔外,會(huì)有大量的鉆渣會(huì)粘附在孔壁上,堵塞孔壁裂隙,因此對(duì)灌漿來(lái)說(shuō)不利。在施工中,我們通過(guò)加強(qiáng)孔壁及裂隙沖洗作業(yè),確保盡可能將鉆渣沖洗干洗,將不利影響降到最低。實(shí)際進(jìn)行鉆孔沖洗時(shí),通入大流量高壓清水,返渣量相對(duì)多一些,但是在裂隙沖洗時(shí),和地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔的灌漿孔情況差不多,沒(méi)有明顯的區(qū)別,說(shuō)明鉆渣沒(méi)有進(jìn)入裂隙。

而使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,鉆渣相對(duì)來(lái)說(shuō)較少且較細(xì)較均勻(由于巖層破碎產(chǎn)生的掉塊現(xiàn)象除外),并能夠及時(shí)通過(guò)冷卻水沖洗出來(lái),因此其對(duì)鉆孔裂隙產(chǎn)生的不利于灌漿影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)灌漿試驗(yàn)及后期灌漿施工效果驗(yàn)證,潛孔沖擊鉆用于孔口封閉帷幕灌漿鉛直孔鉆孔施工,其速度優(yōu)勢(shì)明顯,只要在施工中采取適當(dāng)?shù)拇胧?控制鉆孔孔斜,并加強(qiáng)灌漿孔沖洗,其施工質(zhì)量可滿足規(guī)范要求。因此在工程量大、施工工期緊的情況下,可以考慮采用。另一點(diǎn)需要注意的是由于潛孔沖擊鉆在鉆鉛直孔時(shí),使用壓縮空氣進(jìn)行排渣,當(dāng)孔深達(dá)到一定深度時(shí),排渣困難,因此其鉆孔深度受到限制。實(shí)際施工時(shí),可根據(jù)鉆機(jī)性能及灌漿孔深合理選擇。

于付川,(1970年08月18日—),男,漢族,遼寧省丹東市人,本科,高級(jí)工程師,從事水利水電施工、市政基礎(chǔ)設(shè)施、房屋建筑行業(yè),身份證號(hào)碼：210624197008187813,畢業(yè)院校：北京水電學(xué)院。