水利大壩造孔施工技術(shù)

張龍

【摘要】造孔施工技術(shù)是水利大壩工程的關(guān)鍵技術(shù)，其施工質(zhì)量直接影響著大壩的正常運行。本文介紹了卵礫層與土層地質(zhì)的大壩造孔施工技術(shù)，并分析了造孔施工中的常見問題與控制措施。

【關(guān)鍵詞】大壩；造孔；斜孔；塌孔

一、工程概況

某水電站混凝土拱壩為3級建筑物，建基面高程470.00m，壩頂高程578.50m，最大壩高108.5m。體型采用拋物線型變厚雙曲拱壩，壩軸線長284.123m，共分16個壩段。壩頂厚4.5m，底厚20.0m，厚高比0.18。壩體內(nèi)設(shè)灌漿廊道、交通廊道、集水井、抽水泵和放空管等，壩外設(shè)灌漿平洞、排水洞、交通橋、壩后橋和電梯井等。

二、大壩造孔施工技術(shù)

（一）壩頂造孔

本工程壩體上部厚度為20～50m卵礫石層，根據(jù)本工程地質(zhì)條件造孔擬采用金剛石單管導(dǎo)向管柱鉆進(jìn)。本工程擬采用φ430mm金剛石鉆頭開孔，鉆孔深度等于孔口導(dǎo)向管長度，下入φ377mm孔口導(dǎo)向管（長2m左右），管外用水泥砂漿固結(jié)，再以φ330mm、φ280mm金剛石單管鉆進(jìn)，以φ220mm終孔；必要時，可變徑以φ180mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)至終孔。造孔施工中，其粗徑鉆具長度不小于10m，以保證倒垂孔的垂直精度。

1、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的確定

為保證鉆孔的垂直精度，為防止鉆孔偏斜，必須嚴(yán)格控制并隨時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)?？椎足@壓控制在2～2.5Mpa，轉(zhuǎn)速65～95r/min，沖洗液量80～110L/min，鉆速控制為0.5cm/min，以控制鉆速來調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺。

2、鉆機的安裝與調(diào)整

鉆機的安裝是倒垂孔鉆機的重要環(huán)節(jié)之一，必須認(rèn)真對待。鉆機安裝在基臺木上，再以三根18#槽鋼作壓梁，通過預(yù)埋的螺桿，將鉆機基臺牢固固定在壩臺面上，保證鉆機安裝穩(wěn)固，水平，周正，同時當(dāng)松開螺桿時鉆機又可前、后、左、右四個方向自由移動，以適應(yīng)鉆孔糾斜時鉆機的平面位移。鉆機安裝后，應(yīng)采用兩臺經(jīng)緯儀校正鉆機立軸，使其上、下死點與孔口中心偏差控制在1mm以內(nèi)。

3、孔口導(dǎo)向管的安裝與調(diào)整

孔口導(dǎo)向管下入時，應(yīng)使孔口導(dǎo)向管距孔底20cm左右，使導(dǎo)向管懸吊于孔內(nèi)，并對其垂直精度進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的調(diào)整。其垂直精度高于倒垂孔精度，其中心偏差控制在2mm以內(nèi)，調(diào)整后灌入水泥砂漿使其與孔壁固結(jié)。

4、成孔

（1）鉆進(jìn)多采用減壓鉆進(jìn)，即孔底的鉆壓不超過鉆桿、錘頭、壓塊重力之和的80%（扣除浮力），以避免或減少斜孔、彎孔和擴孔現(xiàn)象。不同地層采用不同類型的鉆頭和鉆壓，土層采用普通旋挖鉆頭，進(jìn)巖層或孤石后采用鑿巖錘頭。

（2）在不同的地層采用不同的鉆速，一般螺旋桿的轉(zhuǎn)數(shù)為12～16/每分鐘。當(dāng)空壓機供氣時，以適合轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動螺紋桿，從而開始鉆孔，當(dāng)接觸到巖石時，潛孔錘開始工作；在水下鉆巖3孔時，在供氣正常后逐漸將潛孔錘放下，當(dāng)它接觸到巖石時，潛孔錘開始工作。這時回轉(zhuǎn)的螺旋鉆桿將碎石和泥土排出。

（3）潛孔錘和它的螺旋桿停留在孔內(nèi)時不能終止鉆孔，因為土的壓力會阻止它們轉(zhuǎn)動，從而可能使鉆機被粘留在所鉆的孔內(nèi)（卡鉆）；在鉆孔時，不準(zhǔn)將螺旋桿反轉(zhuǎn)，因為驅(qū)動體和頂端體的螺紋連接可能被松開，這會使得鉆具和潛孔錘掉落在孔內(nèi)。

（4）按鉆孔深度要求，螺旋鉆桿可通過連接加長桿來加長鉆孔深度，但用加長桿來接長的螺旋鉆桿，不準(zhǔn)超越樁架底盤的最大負(fù)荷；當(dāng)潛孔錘浸入水內(nèi)時，不能將加長桿連接到螺旋鉆桿上，如果此時分離螺旋鉆桿，水和其他東西會倒流，若要分離螺旋鉆桿，應(yīng)先將潛孔錘提離地面，從螺旋鉆桿上清除泥沙和雜物，釋放孔內(nèi)的殘余壓力，安裝定位圈，然后再將加長桿連接到螺旋鉆桿上。

（二）土層成孔方法

1、上部土層成孔方法

上部土層成孔方法主要包括左右壩肩，右岸防滲墻部分埋設(shè)儀器鉆孔的成孔方法。這些部位的鉆孔開孔就是土層，孔深一般是20～40m，地層主要有人工回填土、原狀土及部分卵石、基巖。根據(jù)質(zhì)量要求，主要采用沖擊法成孔。

沖擊成孔法使用的主要設(shè)備包括XY-2型300鉆機及卷揚機，配φ9mm鋼絲繩，φ108mm簡易式?jīng)_擊鉆具，長度為4～6m。操作時先用300型鉆機升降系統(tǒng)提拉沖擊鉆具，然后松動手把，自由落體，沖擊地層，取心并反復(fù)沖擊到設(shè)計孔深后進(jìn)行清孔。一般每小時可進(jìn)尺3～6m，正常時僅需2人操作。

2、下部土層成孔方法

下部土層主要指卵礫石覆蓋層下厚20～50m的土層。該土層由人工回填土和原狀土壤組成，大部分在水位以下，水已飽和。從表面看，下部土層松軟成孔很容易，但實際上由于其縮徑膨脹、層厚、孔徑要求大、孔斜度要求高、不準(zhǔn)帶水作業(yè)等原因，成孔非常困難。經(jīng)過反復(fù)摸索總結(jié)采用綜合成孔法。綜合成孔法就是根據(jù)孔內(nèi)的實際情況分別采用沖擊成孔、無泵鉆進(jìn)、套管跟進(jìn)、砸套管等多種辦法，成孔后將φ108mm護(hù)壁管下到預(yù)定的深度，并進(jìn)行清孔。無泵鉆進(jìn)所用的合金鉆頭外徑比正常大4～6mm。

采用綜合成孔法應(yīng)注意的事項包括：實施前，對設(shè)備及各種鉆具進(jìn)行全面的檢查、修理，準(zhǔn)備好現(xiàn)場所要用的各種管材、用料；對所用套管的絲扣、彎曲度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，保證內(nèi)壁規(guī)格、光滑；配備足夠的1.5～2.0m的短套管，套管的外壁均要涂潤滑劑。套管下孔前對套管的根數(shù)、每根的長度、序號都要進(jìn)行認(rèn)真的丈量、記錄，并由技術(shù)人員復(fù)測。對于每根套管在孔內(nèi)的位置，深度都要丈量準(zhǔn)確，記錄在案。

三、水利大壩造孔常見問題與控制

（一）鉆頭脫落

1、原因分析

鉆頭由于使用周期過長，沒有對上面受到較大程度磨損的鋼絲繩進(jìn)行及時的更換。鉆頭用鋼絲繩進(jìn)行連接，沒有及時發(fā)現(xiàn)鋼絲繩子夾子抬動而造成嚴(yán)重抽脫。沒有按照要求安裝保護(hù)繩以及不干凈孔底等都會造成嚴(yán)重坍塌，最終導(dǎo)致埋鉆的事故發(fā)生。

2、控制措施

經(jīng)常檢查轉(zhuǎn)向裝置，保證靈活，經(jīng)常檢查鉆桿、鋼絲繩及聯(lián)結(jié)裝置的磨損情況，及時更換磨損件，防止掉鉆。用低沖程時，隔一段時間要更換高一些的沖程，使沖錐有足夠的轉(zhuǎn)動時間，避免形成梅花孔而卡鉆。

對于掉鉆，宜迅速用打撈叉、鉤、繩套等工具打撈。對于埋鉆，較輕的是糊鉆，此時應(yīng)對泥漿稠度，鉆渣，進(jìn)出口，鉆桿內(nèi)徑大小，排渣設(shè)備進(jìn)行檢查、計算，并控制適當(dāng)?shù)倪M(jìn)尺。如是坍孔或其他原因造成的埋鉆，應(yīng)使用空氣吸泥機吸走埋鉆的泥砂。提出鉆頭。

（二）斜孔

1、原因分析

很多問題都可能導(dǎo)致斜孔的出現(xiàn)，如孔內(nèi)有鉆渣、鉆頭嚴(yán)重磨損、不當(dāng)?shù)乃衫K等問題都有可能導(dǎo)致鉆頭無法垂直下落以及不妥當(dāng)變層處理等。

2、控制措施

首先，孔內(nèi)的泥漿粘稠度要合適，同時也要一直保持孔內(nèi)干凈。其次，隨時糾正鉆頭補焊的過程和方法。再次，松繩的時候要適當(dāng)，鉆頭在孔內(nèi)工作的時候要保持鉆頭的穩(wěn)定性，更不能打空錘。為了能夠?qū)κ┕みM(jìn)程進(jìn)行及時的掌握以及保證施工的安全，要求每個工作小組要多檢查、勤檢查。

（三）孔底沉淤

1、原因分析

在鉆孔成孔，拆除鉆桿泥漿，停止循環(huán)至吊放鋼筋籠，澆灌水下混凝土的全過程中，施工環(huán)節(jié)多，時間長，會在孔底淤積較厚的淤泥而影響成樁質(zhì)量.靜置的時間越長，淤積的淤泥越多。

2、控制措施

一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥漿性能，延長清孔時間等進(jìn)行清孔。在下完鋼筋籠后，再檢查沉渣量，如沉渣量超過規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)行二次清孔，二次清孔可利用導(dǎo)管進(jìn)行，準(zhǔn)備一個清孔接頭，一頭可接導(dǎo)管，一頭接膠管，在導(dǎo)管下完后，提離孔底0.4m，在膠管上接上泥漿泵直接進(jìn)行泥漿循環(huán)。沉渣厚度達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求后，應(yīng)盡快進(jìn)行水下混凝土灌注。

參考文獻(xiàn)

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