高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術

李 東 福

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

目前西藏地區(qū)施工的水電工程都面臨著基巖覆蓋層界線判定困難、混凝土防滲墻施工造孔時易將原始河床覆蓋層中的巨孤漂石判定為基巖而導致混凝土防滲墻未真正伸入基巖而懸掛的問題，造成基坑抽排水時水壓力擊穿混凝土防滲墻下部原始覆蓋層而發(fā)生透水事故。該地區(qū)防滲墻施工存在基覆界線判定難、花崗巖性巨孤塊漂石地層處理難度大、孔斜控制難度大等技術難題。

高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術通過采取超前同軸鉆孔精準預爆技術，結合對巨孤漂石預爆、物探檢測(電磁波CT、鉆孔錄像及單孔聲波)和三維地質可視化等基覆界線判定綜合集成技術，加上調(diào)整混凝土原材料、改進施工設備等措施，安全、高效、保質保量地使大古水電站圍堰防滲墻分別提前完成。該技術先進、成熟可靠，可有效規(guī)范高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層地區(qū)混凝土防滲墻施工工藝，使防滲墻施工達到標準化、程序化作業(yè)，便于施工人員操作執(zhí)行，取得了很好的效果，所取得的經(jīng)驗對類似地質條件下防滲墻成槽施工具有重要的參考價值。筆者詳細闡述了西藏某水電站應用的高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術。

西藏某水電站擁有世界上海拔最高的RCC大壩，是目前西藏自治區(qū)裝機容量最大的水電站。施工導流應用河床全斷面擋水圍堰，導流洞泄流。上下游圍堰為土石圍堰，圍堰基礎采用1 m厚混凝土防滲墻下接帷幕灌漿作為防滲體系，防滲墻嵌入基巖1 m。

該壩壩址上下游圍堰防滲墻基巖巖性為黑云母花崗閃長巖，呈弱風化狀，巖體較完整～完整性差。圍堰河床部位總體呈V型，主要為沖積漂卵石，漂石含量為35%～40%，直徑以0.5～2 m為主，大者直徑可達7 m，中細砂充填其間，局部存在架空現(xiàn)象；巨孤漂石巖性均一，無軟弱層及分層性，巖性致密堅硬，具有很高的強度，經(jīng)測試，其強度一般為180～240 MPa。

2 混凝土防滲墻施工技術

針對高海拔高寒峽谷陡傾角邊坡、倒懸地形、覆蓋層內(nèi)巨孤漂石含量高等復雜地質條件下的圍堰混凝土防滲墻施工[1]，首先采用液壓履帶式鉆機配高風壓空壓機鉆孔，利用套管跟管方式鉆進覆蓋層成孔、下設PVC管，通過鉆孔渣樣及鉆進速度初步判定覆蓋層中巨孤漂石粒徑的大小和位置，同時，結合物探檢測(電磁波CT、鉆孔錄像及單孔聲波)和三維地質可視化等集成技術[2]，實現(xiàn)對巨漂孤石和基覆分界線的精準判定，然后采用連續(xù)不耦合方式裝藥后利用“電力導爆管聯(lián)合啟爆法”進行爆破作業(yè)，實現(xiàn)將防滲墻軸線范圍內(nèi)的巨孤漂石破碎、解決成槽困難、孔斜控制難度大的難題，然后采用沖擊鉆成槽，在松散透水地基或壩(堰)體中以泥漿固壁，在槽(孔)內(nèi)澆筑混凝土或回填其他防滲材料筑成具有防滲等功能的地下連續(xù)墻，利用聲波CT法對混凝土防滲墻質量進行檢測，同時對墻下灌漿后的帷幕進行灌后聲波CT檢測。在評定灌漿質量的同時，再次檢驗基覆界線并進行復核判定。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術的工藝流程：場地平整(泥漿系統(tǒng)建設)→孤漂石預爆→施工平臺及導墻→軌道鋪設及安裝造孔設備→單孔施工(基覆界線判定綜合集成技術)→槽段驗收→下設接頭管及灌漿埋管→混凝土澆筑成墻→接頭孔施工→完工清場(效果檢查)。

3.2 操作要點

3.2.1 場地平整及泥漿系統(tǒng)建設

正式施工前，采用挖掘機或裝載機配合振動碾壓機對防滲墻施工區(qū)域進行整平、壓實。同時，在防滲墻最大深度位置修建泥漿池、儲漿池、廢漿池等形成泥漿系統(tǒng)，以滿足槽孔建造固壁泥漿的使用及回收。

3.2.2 巨孤漂石預爆

(1)采用A66阿特拉斯全液壓履帶式鉆機配高風壓阿特拉斯XHS485空壓機進行鉆孔，使用φ152帶擴孔套同心鉆頭配φ146套管的跟管方式鉆進覆蓋層成孔，基巖采用φ110鉆頭裸鉆成孔[3]。鉆孔的出渣方式為高風壓孔內(nèi)反循環(huán)出渣，鉆孔的深度、垂直度須滿足設計要求的嵌入深度。

(2) 施工過程中，通過鉆孔渣樣及鉆進速度初步判定覆蓋層中巨孤漂石粒徑的大小和位置。

(3) 預探預爆孔鉆孔完成后，首先利用高壓風對鉆孔內(nèi)的沉渣進行沖洗。沖洗完成后，將φ110 PVC管逐節(jié)下設至孔內(nèi)，PVC管節(jié)與節(jié)之間的連接采用透明膠帶粘結，粘結厚度均勻，避免套管起拔時將PVC管帶出而造成鉆孔塌孔。PVC管下設完畢，先采用液壓拔管機將套管拔出。

(4)炸藥運進現(xiàn)場前，應確定一處炸藥保管及藥串制作的場地，場地布置警示標志、警戒線并安排專人進行值班管理。炸藥的領取需提前24 h向炸藥管理部門提出使用計劃，經(jīng)批準并完善領取手續(xù)后由專人到庫房進行領取、登記，專人負責、專車運送至現(xiàn)場。

(5)“藥串”的制作采用“綁扎法”施工工藝?！敖壴ā敝饕鶕?jù)爆破設計圖在藥串制作場地首先用鋼卷尺(50 m)放出相應的爆破孔孔深長度，然后鋪設麻繩、φ10 PVC管(采用液體強力膠及接頭接長)、導爆索，麻繩及導爆索應比爆破孔深長0.5～1 m；最后根據(jù)爆破設計圖，將炸藥與麻繩、φ10 PVC管、導爆索采用電工膠帶綁扎在一起。在“藥串”制作過程中，制作人員不得攜帶打火機、手機、對講機等進入警戒區(qū)。

(6) “藥串”加工制作完成后，采用人工運輸至孔口，沿孔內(nèi)φ110 PVC管緩緩下入，若遇孔內(nèi)卡頓，不得猛拉猛提，應緩緩活動“藥串”將其慢慢下設至孔底，若因孔內(nèi)掉塊等原因無法將炸藥下設至指定位置影響預爆效果時，應采取掃孔措施，待下一批次進行爆破作業(yè)；“藥串”下設至指定位置后，將藥串頂部預留的麻繩用木條綁扎后固定在孔口。

(7)炮眼封堵采用“灌砂法”?！八幋毕略O完成后，用細砂從孔口四周灌入爆破孔內(nèi)，將砂灌滿至孔口，然后用水浸潤使砂能夠逐漸沉淀密實，如此進行多次，直到孔口加入的細砂能夠完全填滿預爆孔與“藥串”的空隙部位。

(8)預爆孔炸藥的連線采用“串聯(lián)”方式，起爆采用“電力導爆管聯(lián)合啟爆法”。 爆破完成后，派專人對盲炮、啞炮等進行檢查，確認安全后方可解除警戒。

(9)預爆孔爆破完成后，按照有關要求做到工完場清。

3.2.3 基覆界線的判定

由于在預探預爆施工中進行了鉆孔施工，將所收集到的渣樣由設計單位、監(jiān)理單位與建設單位的地質專業(yè)工程師通過常規(guī)的方法進行現(xiàn)場查看與鑒定，通過渣樣和鉆進速度初步判斷巨孤漂石粒徑的大小及位置與防滲墻基覆界線。為了確保數(shù)據(jù)的準確性，在預爆、防滲墻造孔前，選用電磁波CT法對巨孤漂石防滲墻基覆界面進行鑒定。

電磁波CT法：深V峽谷河段存在基巖陡傾角邊坡與倒懸地形，兩檢測孔的間距不得超過15 m；對于坡度較大的位置可調(diào)整為10 m；為避免將覆蓋層內(nèi)的巨孤漂石誤判為基巖，鉆孔深度應比孤漂石預爆、地質勘探等初探深度再向下延伸15 m；同一工程位置、不同剖面選用相同頻率及相同的觀測方法，以避免系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的累計；CT掃描采用水平同步、斜同步、定點發(fā)射和定點接收的扇形束觀測三種方式。檢測過程中，嚴格校對孔口高程及孔底深度，在測試過程中，每5 m校對一次深度。

采用電磁波CT掃描的方式，將地質情況探測由“點”式擴展為“面”式，進而大大提高了基礎與覆蓋層分界判斷的準確性。經(jīng)過聲波CT對地層的檢測，根據(jù)測量所得的波速值，按照1 m的間距，通過分析計算出基礎與覆蓋層的分界線。

3.2.4 導向槽施工

導向槽設計為倒直角梯形且作為圍堰蓋帽的基礎不拆除。導墻基礎碾壓密實后，再布筋立模澆筑導墻。導墻的修建必須滿足以下技術要求：

(1)導墻應平行于防滲墻中心線，其允許偏差為±1.5 cm。

(2)導墻頂面高程(整體)的允許偏差為±2 cm。

(3)導墻頂面高程(單幅)的允許偏差為±0.5 cm。

(4)導墻間凈距的允許偏差為±0.5 cm。

(5)導墻內(nèi)墻的垂直度允許偏差為≤0.2%。

(6)導向槽混凝土澆筑時，沿軸線每間隔20～50 m設置一個混凝土錯臺作為施工分縫。

(7)為保證導向槽的整體性，沿軸線每間隔10 m(一般為二期槽3號孔)布設一道高1.2 m，寬1.1 m，厚0.3 m的混凝土支撐墻。

(8)導向槽每澆筑完成一段，需及時對混凝土面采取保溫措施。

3.2.5 造 孔

臨建設施完成后，由施工技術人員按照槽段劃分圖紙進行槽段的劃分，待槽孔施工設備就位后進行施工。槽段采用沖擊鉆成槽，鉆孔過程中需經(jīng)常測量孔斜，若孔斜超出要求須及時進行糾偏。防滲墻典型槽段長度為7 m，一、二期槽孔均分為三主兩副，鉆孔設備主要選用CZ-6D型沖擊鉆機。采用槽孔孔斜控制輔助裝置，做到了防滲墻成槽最大孔斜率的平均值不超過0.19%，其控制指標超出設計標準。

3.2.6 清 孔

清孔時，如果單元槽段內(nèi)各孔孔深不同，清孔次序應為先淺后深。清孔采用“氣舉法”：成槽以后，先用抽筒對槽段進行初清，即用抽筒將槽內(nèi)較大顆粒的鉆渣及槽底沉渣清理出槽，再用“氣舉法”吸取孔底沉渣，并將經(jīng)泥漿凈化機凈化后的泥漿返回槽內(nèi)，用刷壁器清除槽段接頭處的凝膠物。清槽后的泥漿性能及淤積等指標必須滿足規(guī)范與設計要求。清孔換漿完成后，及時下放預埋灌漿管，并在清孔驗收合格4 h內(nèi)開始澆筑混凝土。

二期槽孔清孔換漿結束前，應分段刷洗槽段接頭混凝土孔壁的泥皮，以達到刷子與鉆頭上不再帶有泥屑及槽底淤積層厚不再增加為準。

3.2.7 灌漿預埋管施工

(1) 預埋管的布置。根據(jù)預埋灌漿管的間距、槽孔長度與深度、防滲墻澆筑導管的布設要求確定防滲墻中需要埋設灌漿管的根數(shù)和位置。一般加工制作成可埋設3孔灌漿管的整體支架；對于特殊槽段或特殊部位，則根據(jù)實際槽孔情況單獨制作；一定要確保相鄰灌漿管的間距為200 cm，并隨時注意調(diào)整一期槽孔與二期槽孔端頭部位相鄰兩灌漿管的間距為200 cm。

(2)預埋灌漿管桁架的制作。根據(jù)設計要求，預埋管選用Φ110鋼管連接而成，單根鋼管的考慮長度為12 m，預埋管最大下設深度為51 m。桁架用φ25鋼筋焊接制作。下設過程中，第一個桁架距孔底按3 m控制，其他每隔12 m下設一個，以起到對預埋管的定位和控制孔斜的作用。

(3)預埋管的下設。當槽孔清孔驗收合格后，采用25 t吊車在槽孔現(xiàn)場起吊下設。初步對中后校正上、下兩根預埋鋼管的垂直度，待其偏斜率符合要求后，桁架與預埋管用電焊點焊的方式固定，基本固定后再分組連接上、下灌漿預埋管。預埋管的連接采用絲扣形式進行上下連接。為防止下設過程中管件脫落，每根預埋管外側設置3道連接加強鋼筋。下設結束后，對管口進行保護，防止混凝土進入管內(nèi)。

(4)預埋灌漿管施工質量的控制與檢測。

①預埋灌漿管應具有足夠的強度和剛度，管接頭應牢固，下設前應先在地面上組裝，檢查其是否順直，其彎曲度應小于0.6%。

②埋設過程中要注意保持預埋管的垂直度，特別是上、下兩根預埋管的連接應保持對正。

③在防滲墻混凝土澆筑過程中，嚴格控制澆筑速度，如果澆筑管混凝土速度上升過快且上升不均勻，極易導致澆筑管傾斜和定位架造成刮卡而引起埋管事故，因此，應保證混凝土均勻上升且需及時提升澆筑管。

④應保護好預埋管，防止異物墜入。

3.2.8 墻段連接的施工

(1)防滲墻墻段連接采用“接頭管法”施工，一期槽段清孔驗收完成后，在一期槽兩端孔處下設接頭管。下設前應檢查并確保接頭管底閥開閉正常、底管內(nèi)的淤積清除完畢、接頭管的卡片是否齊全、鎖塊活動自如等。接頭管下設完成后需保證其在孔內(nèi)的垂直度。

(2)一期槽段開始澆筑時，通過混凝土現(xiàn)場取樣試驗確定混凝土的初凝、終凝時間，從而確定接頭管的起拔時間。

(3)安排專職人員負責接頭管的起拔，隨時掌握混凝土面的深度和接頭管的埋深情況，準確檢測混凝土的初、終凝時間，隨時觀察接頭管的起拔力，避免發(fā)生鑄管事故。

3.2.9 接頭清理

在二期槽成槽施工完成后、預埋灌漿管下設前，對相應的接頭孔采用專用裝置進行清理。接頭清理合格的標準按有關要求執(zhí)行，合格后進行下一工序施工。

3.2.10 混凝土澆筑

混凝土的拌制由系統(tǒng)拌和樓統(tǒng)一拌制，采用10 m3罐車將混凝土運輸?shù)礁鱾€澆筑面進行澆筑。

混凝土澆筑使用直徑不小于250 mm的導管。導管下設前，事先在地面進行導管組合，使每根不同位置的導管能夠適應其所處位置的孔深情況。導管組合完畢，認真作好記錄，以便指導其下設和拆除。

澆筑導管的下設根據(jù)工程實際情況選用合適的設備，導管間距需滿足設計與規(guī)范要求。

混凝土澆筑采用“直升導管法”。開澆前，將橡皮球放入導管中隔離泥漿。在澆筑過程中，槽口設現(xiàn)場技術員觀測，根據(jù)澆筑導管的混凝土埋深情況起拔和拆卸導管。混凝土澆筑要求連續(xù)、均勻上升，直至達到設計高程，終止混凝土澆筑后拔出導管。

3.2.11 完工清場

防滲墻施工完成后，按照有關要求做到工完場清，工作面移交，進行下一工序施工。

4 實施效果

采用高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術，對巨孤漂石進行預處理，通過三維地質可視化建模、物探CT、孔內(nèi)攝像等基覆界線判定綜合集成技術，實現(xiàn)了防滲墻優(yōu)質、高效施工，其質量檢查成果見表1。

表1 質量檢查成果表

5 結 語

西藏大古水電站圍堰防滲墻地層巨孤漂石含量高，強度大，防滲墻施工工期緊，工程量較大，巨孤漂石地層成槽難度大，施工質量難以保證。我公司在西藏大古水電站圍堰防滲墻施工過程中研究并應用的高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層混凝土防滲墻施工技術較好地解決了防滲墻成槽的難題，該技術的特點為：

(1)常規(guī)的鉆孔取芯判斷地層覆蓋層與基巖的分界線在地層起伏不大的條件下十分實用，其主要是通過單點取樣，然后通過地質剖面連線以確定某一區(qū)域的基巖與覆蓋層的分界線，但以上技術僅在常規(guī)地質條件下適用。對于像雅魯藏布江深V峽谷河段花崗巖性巨孤漂石地層基覆界線判定難、處理難度大、孔斜控制難度大等技術難題則需采用巨孤漂石預爆、物探檢測(電磁波CT、鉆孔錄像及單孔聲波)和三維地質可視化等基覆界線判定綜合集成技術，方可實現(xiàn)對覆蓋層中巨孤漂石的精準定位和基覆界線的準確判定，解決了傳統(tǒng)單一方式易將巨孤漂石判定為基巖的弊端。

(2)針對巨孤漂石地層條件，采用超前同軸鉆孔精準預爆技術與新型導向槽一體澆筑、槽孔孔斜控制輔助裝置等，能夠高效解決全孔多次爆破對地層擾動大、孔斜控制難度大、回填塊石架空漏失地層漏漿塌孔的難題。

(3)針對高海拔峽谷高寒氣候環(huán)境和防滲墻透水系數(shù)要求指標高的特點，通過調(diào)整混凝土抗壓強度指標，增設抗?jié)B、抗凍指標等參數(shù)(將塑性混凝土調(diào)整為剛性混凝土)，可以避免混凝土施工期凍裂影響防滲質量的情況發(fā)生。

(4)針對該技術研發(fā)的環(huán)狀和條狀鉆具耐磨防護裝置、高架回轉式鉆具修復裝置[5]解決了花崗巖地層施工中鉆具磨損嚴重、鉆具修復頻率高的難題。以上裝置的研發(fā)，加快了施工進度，降低了勞動強度，對高海拔高寒環(huán)境下作業(yè)工人的職業(yè)健康與勞動保護產(chǎn)生了積極的作用，同時，也解決了高原環(huán)境施工效率低的問題。

該技術適用于高海拔高寒峽谷巨孤漂石地層條件下水利水電工程土石圍堰、堆石壩等工程的混凝土防滲墻施工，對一般地區(qū)巨孤漂石地層條件下的混凝土防滲墻施工亦有借鑒作用。