爆破堆石壩建造混凝土防滲墻施工技術(shù)實(shí)例剖析

孟凡華，季海元

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

1 工程總體概況

己衣水庫位于云南省武定縣金沙江南岸一級支流己衣河的法保峽谷，河谷切割深200～300 m，谷口寬110～200 m，谷底寬30～50 m，兩岸均為懸崖絕壁，局部為反坡，無明顯的臺地，水庫樞紐工程由大壩、已建輸水洞和新建泄洪洞等組成。水庫總庫容1 260.2萬m3，為中型Ⅲ等工程。

大壩為1978年采用定向爆破修筑而成，爆破堆積馬鞍點(diǎn)高度74 m，爆破堆積平均高度83 m，本次除險(xiǎn)加固后最大壩高85.20 m，壩頂高程2 020.20 m，壩頂寬8 m，壩頂軸線長140 m。壩軸線在原爆破設(shè)計(jì)壩軸線下游82 m爆堆體上，為一直線布置，大壩壩型為混凝土防滲心墻碾壓堆石壩，壩體由爆破堆石、碾壓加高培厚堆石、混凝土防滲心墻等構(gòu)成。大壩防滲結(jié)構(gòu)為壩體混凝土防滲墻，結(jié)合基礎(chǔ)及兩壩肩帷幕灌漿形成整體防滲體系，1 980 m高程以下防滲墻在爆堆體中造孔澆筑，新加高碾壓堆石壩體部分采用現(xiàn)澆，并在現(xiàn)澆防滲心墻上游側(cè)設(shè)復(fù)合土模防滲。帷幕灌漿最大深度為88 m，混凝土防滲墻造孔最大孔深46 m，墻厚0.8 m。

2 地質(zhì)條件

己衣水庫定向爆破成壩后，基本未進(jìn)行任何平整處理，坡面凸凹不平，下游壩坡形成多級臺階，但沿順河方向總體為兩側(cè)高中間低，一般壩坡10°～30°，局部能到達(dá)40°。壩體堆積物為兩岸爆破形成的碎塊石、滾石夾少量碎土石，一般塊徑30～50 cm，最大達(dá)5 m以上，巖性主要為薄～中層狀白云巖，其次為頁巖、泥灰?guī)r及硅質(zhì)灰?guī)r，強(qiáng)～弱風(fēng)化，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象十分明顯。下伏河床分布第四沖洪積砂卵礫石層，厚2～5 m，結(jié)構(gòu)松散，呈狹長狀分布。

根據(jù)地表觀察和堅(jiān)井揭示，爆堆體的顆粒組成極不均一，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象明顯，豎井開挖過程中垮塌十分嚴(yán)重。根據(jù)1995年完成的《己衣水庫定向爆破壩壩體探井原型觀測研究》，爆堆體不均勻系數(shù)Cu=7～1 500，曲率系數(shù)Cc1～3，顆粒自壩頂向壩坡逐漸加粗;一般干容重γd1.7～2.65 g/cm3。干密度總體存在隨深度加深逐漸加大的趨勢;平均為2.17 g/cm3，一般孔隙率n=6～40%;一般滲透系數(shù)K=3.0×10-3cm/s～7.2×10-1cm/s，平均滲透系數(shù) K=3.0×10-1cm/s。

根據(jù)現(xiàn)場鉆孔注水試驗(yàn)，爆堆體的滲透性極大，且表現(xiàn)為極大的不均勻性。

3 防滲墻設(shè)計(jì)概況

大壩1 980 m高程以下防滲墻造孔混凝土防滲墻，設(shè)計(jì)墻厚0.8 m，R28≥10 MPa，彈性模量 E=12 000 ～19 000 MPa，滲透系數(shù) K≤1×10-1cm/s，密度≥2.1 g/cm3，允許滲透坡降＞60。墻頂高程1 980 m，最大墻深為46 m，深入基巖1.0 m。

4 防滲墻施工總體方案概述

①首先進(jìn)行施工地段的預(yù)爆預(yù)灌;②“鉆劈法”成槽，設(shè)備采用CZ30沖擊鉆機(jī)造孔，先鉆進(jìn)主孔，到設(shè)計(jì)終孔孔深后，再劈打副孔;③黏土泥漿護(hù)壁，確保孔壁穩(wěn)定，且及時(shí)監(jiān)控泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)，確保其攜帶巖碴和維護(hù)孔壁穩(wěn)定的能力;④泥漿下“直升導(dǎo)管法”澆筑混凝土工藝;⑤采用“鉆鑿法”套接接頭進(jìn)行墻段連接;⑥預(yù)埋灌漿管采用特制鋼桁架定位下設(shè)。

5 施工中主要技術(shù)難點(diǎn)及對策

5.1 施工技術(shù)難點(diǎn)

由于本工程爆破體顆粒組成不均勻系數(shù)高達(dá)1 500，孔隙率高達(dá)40%，平均滲透數(shù)達(dá)到3.0×10-1cm/s，地下水位偏低，根據(jù)現(xiàn)場鉆孔注水試驗(yàn)，爆破體有滲透性極大，且表現(xiàn)為極大的不均勻性，一般塊徑30～50 cm，最大塊徑達(dá)到5m以上，基于上述各種不利因素，混凝土防滲墻施工技術(shù)難點(diǎn)為:①混凝土防滲墻造孔難，在大孤石及架空地層中造孔難度較大;②混凝土防滲墻成槽難，在架空地層中施工，漏漿踏孔嚴(yán)重，成槽難度大;③發(fā)生事故時(shí)處理難。

5.2 主要對策

5.2.1 預(yù)灌濃漿

根據(jù)工程實(shí)際需要，首先進(jìn)行預(yù)灌濃漿處理，對存在較大滲漏通道的部位采用預(yù)灌濃漿的方法堵塞滲漏通道，防止防滲墻施工時(shí)槽內(nèi)泥漿大量漏失，確保施工安全和正常作業(yè)。

5.2.1 .1 設(shè)備選用

鉆孔采用SM400型工程鉆機(jī)，以及配套的KHP750型空壓機(jī);攪漿和靜壓注漿采用ZJ-400高速攪拌機(jī)，灌漿泵可采用2SNS型灌漿泵。

5.2.1 .2 工藝流程

預(yù)灌濃漿施工程序:自下而上分段灌漿法。

施工工藝流程:鉆孔至終孔深度——提取鉆具——提升套管1 m——灌注第一段——提升套管1 m——灌注第二段，……，反復(fù)進(jìn)行至本孔結(jié)束，封孔。

5.2.1 .3 預(yù)灌濃漿施工方法

孔位布置:預(yù)灌預(yù)爆孔為梅花型布置，間隔距離為2 m一個(gè)，先施工單號孔再施工雙號孔。

鉆孔:采用SM400型鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，孔徑為Φ114。

灌漿:套管內(nèi)靜壓灌漿法;段長選擇1 m，壓力為0.2～1 MPa。

漿液配比:漿液配比須根據(jù)工程實(shí)際情況結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)確定，一般灌注水泥黏土漿，水泥:黏土 =1∶3，水固比為:1∶1和0.8∶1(或0.7∶1)，如果吸漿量較大，可加入適量的速凝劑，并且配合間歇灌漿、降壓、限流等措施。在嚴(yán)重漏失地帶，可選用灌注砂漿的方法。

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)灌漿吸漿量小于5 L/min時(shí)，即可結(jié)束本段灌漿，提升套管灌注下一段，直至超出漏失層以上1 m，結(jié)束本孔的灌漿工作。預(yù)灌濃漿工藝流程見圖1。

圖1 預(yù)灌濃漿工藝流程圖

5.2.2 預(yù)防漏漿和塌孔

由于本工程地層特殊性，爆堆體的顆粒極不均一，結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象明顯，在施工中可能造成大量的集中漿液漏失，進(jìn)而影響成槽過程中的孔壁穩(wěn)定。為此，我們擬采取10種措施來處理:①初始開孔時(shí)盡量充填黏土料;②選用優(yōu)質(zhì)的固相黏土泥漿;③施工前備足大量的堵漏材料(如砂、石子、黏土等)，根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，危險(xiǎn)性管涌土，會加劇地層滲漏通道的滲漏，鉆進(jìn)時(shí)，要加強(qiáng)泥漿損失測估，改變鉆進(jìn)工藝，準(zhǔn)備好足夠的堵漏材料及時(shí)處理好滲漏，尤其是槽孔的副孔鉆劈時(shí)，要小心提防;④密切關(guān)注成槽過程中的地層變化，地層較為疏松時(shí)應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，采取“反復(fù)式”回填堵漏材料、重鑿擠密的方法確保孔口穩(wěn)定造孔過程中，如遇少量漏漿，則采用加大泥漿黏度，投堵漏劑等處理，如遇大量漏漿，單孔采用回填黏土鉆進(jìn)處理，槽孔采用投鋸末、水泥、稻草或高水速凝材料等進(jìn)行堵漏處理，并沖擊鉆擠實(shí)鉆進(jìn)，確保孔壁、槽壁安全;⑤成槽施工時(shí)，保持槽內(nèi)泥漿面的適當(dāng)高度，觀察泥漿面的變化及時(shí)補(bǔ)充泥漿以保持孔口穩(wěn)定;⑥減小孔口地面荷載，盡量減小各種機(jī)械振動(dòng)，優(yōu)化槽孔劃分長度等;⑦槽孔完成后，應(yīng)減小空孔歷時(shí)，合理安排后序工序，盡快進(jìn)行澆筑，減小塌孔機(jī)率;⑧為提高工效，如有可能可考慮下置截砂斗，減小沖擊消耗;嚴(yán)格控制水量沖洗，以防稀釋泥漿;⑨塌孔處理:由于爆破體級配不均，造孔中可能出現(xiàn)塌孔。發(fā)現(xiàn)有塌孔跡象，首先提起施工機(jī)具，根據(jù)塌孔程度采取回填黏土、柔性材料或低標(biāo)號混凝土等處理;如孔口塌孔，采取布置插筋、拉筋和架設(shè)鋼木梁等措施，保證槽口的穩(wěn)定;⑩如槽內(nèi)塌孔嚴(yán)重，必要時(shí)可澆筑固化灰漿后重新造孔。

5.2.3 孤石鉆進(jìn)

孤石鉆進(jìn)工效低，易產(chǎn)生孔斜，事故多，是本工程防滲墻造孔施工的主要技術(shù)難點(diǎn)，針對這一難點(diǎn)可采取下面2個(gè)措施處理:①鉆孔預(yù)爆:在預(yù)灌濃漿鉆孔過程中，在遇到大孤石布設(shè)爆破孔，采用SM-400型全液壓工程鉆機(jī)，配置TUBEX偏心擴(kuò)孔鉆具進(jìn)行跟管(Φ114 mm)鉆進(jìn)，穿過孤石密集帶，取出孔內(nèi)鉆具，在套管內(nèi)對孤石密集帶下置爆破筒拔管啟爆。該方法爆破效果好，不危及槽孔安全。鉆孔預(yù)爆工藝見圖2。②槽內(nèi)鉆孔爆破在防滲墻造孔中遇孤石和硬巖時(shí)，可采用SM-400型全液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，在槽內(nèi)下置定位器進(jìn)行鉆孔，鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，在漂卵孤石和硬巖部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵孤石和硬巖被破碎，加快了鉆進(jìn)速度。爆破筒內(nèi)裝藥量按巖石段長2～3 kg/m，如系多個(gè)爆破筒則安設(shè)毫秒雷管分段爆破，以避免危及槽孔安全。因SM-400型全液壓工程鉆機(jī)采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖擊鉆進(jìn)，其在硬巖中的鉆進(jìn)速度可達(dá)1.5 m/h，可快速穿透漂卵孤石，為爆破做好準(zhǔn)備。該方法節(jié)省鉆孔工程量，爆破效果也好，施工時(shí)需注意安全。

圖2 鉆孔預(yù)爆示意圖

6 施工效果

6.1 混凝土質(zhì)量檢查

從混凝土的物理性能來看，機(jī)口取樣檢查混凝土28d抗壓強(qiáng)度抽查13組均不小于10.0 Mpa，最大強(qiáng)度為16.3 Mpa(TQ3槽)，最小強(qiáng)度為10.9 MPa(TQ10槽)，平均強(qiáng)度為13.3 MPa，抗壓強(qiáng)度合格率為100%;抽查5組抗?jié)B試件，最大滲透系數(shù)3.86E-08(TQ13槽)，最小滲透系數(shù)1.62E-08(TQ16槽)，均≤1×10-7cm/s，滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，合格率100%。抽查3組彈性模量試件試驗(yàn)結(jié)果均大于10 000 MPa，最大21 700 MPa(TQ16 槽)，最小13 500 MPa(TQ13槽)，平均值17 667 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，合格率100%。從混凝土機(jī)口取樣分析，混凝土質(zhì)量合格，施工控制均勻，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 檢查孔質(zhì)量檢查

根據(jù)土建項(xiàng)目部頒發(fā)的XXY(2003)-0056號文件，現(xiàn)場由監(jiān)理隨機(jī)布置了3個(gè)檢查孔，檢查孔施工資料如表1所示。

表1 防滲墻檢查孔施工資料一覽表

檢查孔鉆孔進(jìn)尺共計(jì)114.50 m，注水18段，最大滲透系數(shù)為K=6.59×10-8cm/s(TQJ2號孔)，最小滲透系數(shù)為K=2.46×10-8cm/s(TQJ3號孔)，全部符合設(shè)計(jì)滲透系數(shù)K≤1×10-7cm/s，合格率達(dá)到100%，滿足防滲墻墻體防滲要求。

7 結(jié)束語

本工程在防滲墻施工前，通過采取了鉆孔預(yù)裂爆破和預(yù)灌濃漿的方式處理后，很好的解決了特大孤石及架空漏漿踏孔這兩種特殊地質(zhì)情況同時(shí)存在的防滲墻施工難題，為今后類似條件下的混凝土防滲墻施工開辟了一條新路。