魯?shù)榭h月亮灣水庫防滲墻成槽施工及質(zhì)量控制

萬亮亮

(江西星光建設(shè)工程有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

月亮灣水庫地處昭通市LD縣XZ鄉(xiāng)XZ河中游，水庫庫區(qū)地理坐標(biāo)為E103°30′05″，N27°12′57″，該水庫和XZ鄉(xiāng)的直線距離3km，和LD縣城的直線距離7.5km。水庫所在的XZ河流域?qū)儆诮鹕辰蹬诮野兜囊患?jí)支流，該水庫徑流面積101km2，年平均徑流量2736×104m3。

工程區(qū)處XZ河中游，構(gòu)造侵蝕低-中山地貌。第四系為殘坡積、崩塌滑坡堆積及沖洪積；基巖主要為三迭系永寧鎮(zhèn)組下段泥灰?guī)r夾頁巖，飛仙關(guān)組上段暗紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，下段粉砂巖夾頁巖。砂泥巖弱含水性，受節(jié)理及風(fēng)化影響，強(qiáng)風(fēng)化帶巖體中等透水。大地構(gòu)造位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北段，主構(gòu)造體系為南北向和北東向。月亮灣水庫位于小寨向斜核部，巖層傾角平緩，龍樹斷層位于水庫西側(cè)約11km，昭魯斷層位于水庫東側(cè)約11.7km，沙壩斷層位于水庫下游(南側(cè))4.0km。

2 砂卵石地層成槽難點(diǎn)

水庫位于金沙江右岸支流牛欄江的右支流XZ河中游，流域內(nèi)坡陡流急，呈“V”型河谷，以構(gòu)造侵蝕峽谷中低山地貌為主。根據(jù)對工程地質(zhì)條件的勘測與分析發(fā)現(xiàn)，本工程地層情況復(fù)雜，尤其是砂卵石地層內(nèi)大粒徑礫石、漂石和孤石較多，在鉆孔過程中很容易引發(fā)孔斜、漏漿問題，不利于施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的提升。在施工前期成槽過程中擬采用的兩鉆一抓法也遇到諸多技術(shù)難題：在主孔鉆進(jìn)施工時(shí)因礫石、孤石等的存在而導(dǎo)致孔斜大大超出規(guī)范規(guī)定值，通過回填塊石進(jìn)行糾偏工效較低；抓斗抓至地下深度15-18m、22-25m及28-30m時(shí)均出現(xiàn)砂卵石級(jí)配不均、鈣質(zhì)膠結(jié)層，大大降低抓斗抓取施工效率[1]。

3 成槽施工方案

采用液壓抓斗成槽機(jī)進(jìn)行成槽施工時(shí)對與地質(zhì)條件復(fù)雜的較深基巖，需要深入基巖進(jìn)行地下連續(xù)墻施工，而液壓抓斗成槽機(jī)因抓桿深度較小、適應(yīng)地層能力不強(qiáng)、造價(jià)高、入巖效果差、施工難度大，無法保證較深地層防滲墻施工質(zhì)量。鉆抓法施工工藝見圖1。

為此，本工程在系統(tǒng)分析垂直結(jié)構(gòu)防滲施工工藝、機(jī)具設(shè)備及施工方案的基礎(chǔ)上，通過施工現(xiàn)場防滲墻造孔試驗(yàn)，將沖擊反循環(huán)成孔、液壓抓斗成槽機(jī)與鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機(jī)成孔工藝進(jìn)行比較，結(jié)果表明，液壓抓斗成槽機(jī)成槽速度快、功效高，但是對與地質(zhì)條件復(fù)雜、砂礫石層深厚的地層，必須進(jìn)入基巖，沖擊反循環(huán)成孔與液壓抓斗成槽機(jī)由于鉆桿深度不夠，對地層適應(yīng)能力不強(qiáng)，所以存在局限；而鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機(jī)成孔工藝能有效解決地質(zhì)條件復(fù)雜、砂礫石層深厚等垂直防滲施工的技術(shù)難題，大大提升施工功效。所以本工程防滲墻覆蓋層鉆孔成槽采用鉆抓法，并輔之以鉆劈法；基巖部分采用鉆劈法成槽施工工藝[2]。

(a)鉆孔施工 (b)抓槽施工

在已經(jīng)建好的施工平臺(tái)上建造防滲墻，且根據(jù)防滲墻寬度提前做好導(dǎo)墻。在采用鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機(jī)成槽施工工藝時(shí)，先打主孔，再劈打副孔，并使主副孔連接成槽孔。主孔屬于獨(dú)立的鉆孔，其施鉆鉆頭直徑與防滲墻厚度相等，而副孔則位于兩個(gè)主孔之間，寬度與墻厚相等。黏性土層和沙壤土、砂卵石地層下鉆劈法施工副孔在防滲墻軸線方向的長度分別為1.0d-1.25d和1.2d-1.5d(d表示主孔直徑，也就是槽孔實(shí)際寬度)。

考慮到鉆頭的形狀，待劈打完主副孔后，會(huì)遺留部分殘余小墻，將鉆機(jī)調(diào)整至小墻位置后由上至下鉆至設(shè)計(jì)孔深，從而形成連續(xù)、完整、等厚的槽孔。在副孔劈打時(shí)將接砂斗置放于兩主孔之間將劈落的鉆渣接出，部分鉆渣會(huì)落入主孔內(nèi)，所以必須進(jìn)行重復(fù)鉆鑿主孔的“打回填”施工。在常規(guī)沖擊鉆機(jī)造孔的過程中鉆機(jī)主孔和打回填均通過抽砂筒出渣，而在沖擊反循環(huán)鉆機(jī)造孔施工時(shí)，主要通過砂石泵抽吸出渣，輔之以抽砂筒出渣。

4 防滲墻成槽施工及質(zhì)量控制

4.1 施工機(jī)械的選擇

本水庫工程防滲墻施工采用鋼繩沖擊鉆機(jī)和液壓抓斗兩種成槽機(jī)械。鋼繩沖擊鉆機(jī)包括CZ-6型和ZZ-5型兩種，CZ-6型鋼繩沖擊鉆機(jī)鉆孔直徑400-2200mm，鉆孔孔深50-300m，鉆具質(zhì)量4500kg，沖擊次數(shù)達(dá)36-42次，鉆桿高8-12m，功率55kW；ZZ-5型鋼繩沖擊鉆機(jī)鉆孔直徑400-2000mm，鉆孔孔深10-300m，鉆具質(zhì)量3500kg，沖擊次數(shù)達(dá)36-42次，鉆桿高8-12m，功率55kW。所使用的兩種沖擊鉆機(jī)對與軟弱地層和硬質(zhì)礫石地層均較為適用，且操作簡便，技術(shù)成熟。鉆頭均采用鉆速快、重量3.5-4.5t的厚壁大直徑空心鉆頭。

液壓抓斗采用廣泛適用于堤壩防滲、基坑圍護(hù)等地下連續(xù)墻施工領(lǐng)域的SG-40A型施工機(jī)械，機(jī)械化程度高，整機(jī)移動(dòng)方便，性能穩(wěn)定，性價(jià)比優(yōu)越。液壓抓斗所采用的推板糾偏方式較傳統(tǒng)的重力糾偏方式更高效，也更穩(wěn)定，便于抓斗體的快速復(fù)位。月亮灣水庫在施工高峰期共投入4臺(tái)液壓抓斗機(jī)械，包括3臺(tái)JT液壓抓斗和1臺(tái)WZ-800抓斗，抓斗機(jī)械最大開斗度均達(dá)到2800mm，成槽寬度均在800mm及以上。

4.2 泥漿系統(tǒng)

根據(jù)工程防滲墻施工實(shí)際，在水庫中堤樁號(hào)ZD0+584和ZD0+950處庫底平臺(tái)新建泥漿拌合站，并在各拌合站設(shè)置2臺(tái)攪拌機(jī)，1座100m3的儲(chǔ)漿池、1座100m3的回漿池和1座200m3的供漿池。泥漿池采用磚砌的形式，池底為C15混凝土底板，池頂為磚混結(jié)構(gòu)的防護(hù)棚頂?？紤]到水庫工程防滲墻施工段地質(zhì)條件復(fù)雜，且主要為滲漏大的砂卵石地層，所以以膨潤土泥漿為造孔護(hù)壁泥漿。并根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行泥漿配比的確定，通過稱量控制膨潤土、水等的摻加量，并將摻量誤差控制在±5%以內(nèi)[3]。拌制好的膨潤土泥漿加入分散劑并存放24h充分水化后使用。本工程每方膨潤土泥漿的(重量)配合比為水:膨潤土:堿粉:CMC為970∶80∶3.5∶0.3。

制備好的膨潤土泥漿性能指標(biāo)詳見表1所示，泥漿池內(nèi)的漿液必須定期攪動(dòng)，預(yù)防沉淀和結(jié)塊。

表1 泥漿性能指標(biāo)表

4.3 槽段劃分及成槽施工

在綜合考慮工程區(qū)地質(zhì)條件、槽深及地下水影響、施工機(jī)械性能、混凝土澆筑施工能力、防滲墻平面與立面布置特性等的基礎(chǔ)上，將本水庫防滲墻施工槽深確定為30m，使地下水位比槽底高出4-6m，該深度主要為回填砂卵石地層。各槽段包括3個(gè)孔徑0.8m的主孔和2個(gè)副孔，副孔長度按照液壓抓斗開斗度最大值確定，一、二期槽段長度均為6.4m。

本水庫防滲墻液壓抓斗直抓施工工效可達(dá)189m2/臺(tái)·d，整個(gè)工程成槽施工工效達(dá)71m2/臺(tái)·d，沖擊鉆機(jī)主孔鉆鑿施工工效達(dá)9.0m/臺(tái)·d。

5 結(jié) 論

本水庫地下防滲墻規(guī)模大，且防滲墻較深，地質(zhì)條件復(fù)雜，砂卵石覆蓋層較厚，通過CZ-6型和ZZ-5型兩種鋼繩沖擊鉆機(jī)和鉆劈法施工，成功總結(jié)出一套應(yīng)對覆蓋層深厚、地質(zhì)條件復(fù)雜，并存在大粒徑塊石、漂石的地層垂直防滲墻體超深超厚并需嵌入基巖的施工工藝技術(shù)，為類似水利工程防滲墻成槽施工提供了可靠的工藝方法、技術(shù)指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)借鑒。工程應(yīng)用結(jié)果表明，該施工技術(shù)方案能迅速組織現(xiàn)場施工，有效保證工期和質(zhì)量，且無復(fù)雜的工藝和設(shè)備配合，其對施工成本的節(jié)約程度在20%左右，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。