錦屏二級水電站攔河閘壩混凝土防滲墻造孔施工事故與處理

張貴發

(四川二灘建設咨詢有限公司，四川成都 610051)

1 工程概況

錦屏二級水電站首部攔河閘壩位于雅礱江大河彎西端貓貓灘，上距錦屏一級水電站壩址約7.5 km。攔河閘壩主要由泄洪閘和兩岸重力式擋水壩段組成，全長165 m，最大壩高34 m。施工導流枯期采用上下游圍堰擋水，導流洞過水進行攔河閘壩工程施工;汛期采用導流洞和圍堰聯合泄洪，圍堰及基礎防滲采用混凝土防滲墻。上游圍堰混凝土防滲墻長129.23 m(4 240 m3);下游圍堰混凝土防滲墻長106.22 m(3 135 m3)。設計要求嚴格控制孔斜率，確保墻體接頭的設計厚度，杜絕墻體開叉;保持墻體的連續性和整體性，杜絕斷墻事故的發生。

2 工程地質條件

上、下游圍堰河谷呈“V”型，兩岸山體雄厚，河道順直，河槽偏向右岸，兩岸岸坡較陡，枯水期1 635 m高程河寬97 m，水深9～18 m，兩岸谷坡約45°～60°，在左岸公路以下的河床內堆積有大量的公路開挖棄渣，右岸側河床上部有少量崩積物堆積，兩側山坡均為基巖裸露，河床覆蓋層較厚，粗細顆粒混雜，堰址處河床覆蓋層厚度為20～43 m，按物質組成及顆粒大小由下至上可分為含漂石卵礫石層、含砂壤土碎礫石層、卵礫石含孤塊石層、含孤塊石卵礫石層、塊碎石夾卵礫石層。

3 混凝土防滲墻造孔施工方案

3.1 造孔施工方案

(1)場地預先經平整后實施施工平臺的建造。導向槽采用“L形”或“直角梯形”斷面。

(2)防滲墻成槽施工以“鉆劈法”為主，探索反循環施工的成槽工藝。采用“鉆劈法”造孔成槽，即采用CZ－300型沖擊鉆機先鉆進主孔，待到達設計終孔孔深后再劈打副孔。

(3)采用“槽內鉆爆法”進行施工。

(4)使用SM－400型液壓回轉鉆機(或XY－2型地質鉆機)鉆進陡坡基巖爆破孔。

3.2 造孔施工布置

上、下游圍堰頂寬20 m，將上下游圍堰防滲墻鉆機平臺布置在防滲墻軸線外雅礱江一側，防滲墻軸線基坑一側依次為倒渣平臺、排漿溝以及一條6 m寬的施工道路。導向槽和施工平臺采用開挖后立模板澆筑，導向槽及施工平臺布置如圖1及2所示。

3.3 槽孔劃分

槽孔劃分如圖3所示。槽段劃分方案根據施工總體方案確定，并根據生產試驗結果進行調整。為減少接頭數量，需增加槽段長度，但考慮到砂卵礫石地層易坍塌，為確保孔壁安全，確定一期、二期槽段長度均為6.8 m。施工中根據實際情況可適當調整槽段的大小，并將合攏段安排在槽深較淺、條件較好的地方。

3.4 造孔成槽流程

該工程主要采用“鉆劈法”進行成槽施工:一期槽段先使用沖擊鉆機鉆進主孔至設計孔深，然后劈打副孔。遇到大孤石、塊石時采取“槽孔內聚能爆破法”進行處理，陡坡段使用“孔內鉆孔爆破法”施工。為減少重復劈打破碎，在劈打二期槽孔時，在兩側主孔內下設接渣斗。

圖1 導向槽結構示意圖

圖2 上、下游圍堰防滲墻施工平臺布置示意圖

圖3 槽孔劃分示意圖

質量標準不低于以下要求:孔位偏差不大于3 cm;孔斜率不大于4‰;在遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時，將孔斜率控制在6‰以內。一、二期槽孔中心線在任一深度的偏差值不得大于施工圖紙規定的墻厚的1/3。

3.5 防滲墻造孔施工工藝

該工程主要采用CZF－1500型沖擊反循環鉆機，該鉆機主要應用于深厚覆蓋層防滲墻造孔施工。設備的主要技術參數見表1。

4 防滲墻造孔施工過程中出現的事故及處理

混凝土防滲墻系隱蔽工程，給施工帶來很大困難。防滲墻施工的關鍵是造孔，造孔是制約防滲墻進度、工期和效益的關鍵工序，造孔所耗用的時間、機械臺班和用工最多，造孔所發生的事故亦較多，處理難度也大，對工期影響最大。由于錦屏二級水電站首部攔河閘壩上下游圍堰覆蓋層埋藏深度和厚度大，河床地質條件復雜，有孤石、漂石、架空等現象存在，從而給防滲墻造孔施工帶來很大困難，發生了不少事故。因此，分析這些事故發生的原因，研究迅速處理好這些事故的方法，對加快防滲墻施工，提高經濟效益將會起到重要作用。錦屏二級水電站首部攔河閘壩上下游圍堰塑性混凝土防滲墻發生的造孔事故主要有孔斜、卡鉆、掉(埋)鉆、塌孔、漏漿等。

表1 CZF－1500型沖擊反循環鉆機主要技術參數表

4.1 孔 斜

為了保證防滲墻的有效厚度和各槽孔間混凝土有效搭接厚度滿足設計要求以及防滲墻的連續性，必須保證每個槽孔的垂直度。防滲墻施工規范規定槽孔孔壁應垂直，不應有梅花孔、小墻等。孔位允許偏差不得大于3 cm，孔斜率不得大于0.4%。在遇到孤石、漂石地層以及基巖傾斜度大等特殊情況下，孔斜率應控制在0.6%以內。一、二期槽孔接頭孔的兩次孔位中心在任意深度的偏差值不得大于設計墻厚的1/3，且必須保證設計墻厚。

該工程設計墻厚0.8 m，Ⅰ期槽兩端的主孔孔斜率指標為不大于0.3%，其它槽孔孔斜率不大于0.4%;在遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時，孔斜率按0.6%控制，相鄰孔不得異向;整個槽孔孔壁應當平整、無梅花孔、探頭石和波浪形小墻等。槽孔施工過程中主要采用超聲波測斜儀測量。當施工中泥漿過濃、超聲波檢測困難時，可采取重錘法進行檢測。本工程采用重錘法測量。

重錘法測量孔斜的具體方法是將沖擊鉆頭放至孔內不同深度，在鉆頭的重力作用下，鋼絲繩繃緊，根據相似三角形原理，測量孔口鋼絲的偏距，即可求得孔底偏距及孔斜率。計算簡圖見圖4。

圖4 重錘法測量孔斜原理圖

4.1.1 造孔過程中產生孔斜的原因

錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中多次出現孔斜現象，經分析，出現孔斜的主要原因如下:

(1)開始造孔下鉆時槽孔中心位置測量放線不準確，鉆頭偏離中心位置超出了規范允許范圍。

(2)開鉆時鉆頭鋼繩較長，沖程過大，鉆頭不穩，致使開孔時產生偏斜。

(3)鉆機平臺或鉆機軌道支撐基礎不穩，鉆進過程中鉆機產生移動或傾斜，致使孔偏斜。

(4)造孔過程中，槽孔內有探頭石、漂石等，地層軟硬不同，鉆頭受力不均勻而產生偏斜。

(5)造二期槽孔時，已完成的一期槽混凝土和二期槽地基之間的強度不一致，接頭孔容易偏向強度較低的一側，從而導致孔斜的產生。

4.1.2 對孔斜事故的處理

防滲墻槽孔或單孔發生偏斜后，將影響槽孔或單孔間的墻體厚度，從而將降低防滲墻墻體的總體質量和防滲效果。因此，在造孔過程中，必須嚴格按照規范規定進行操作，從而預防或減少孔斜的產生，適時進行檢查，一旦發現偏斜及時糾正。錦屏二級水電站首部攔河閘壩上下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中對孔斜進行處理主要采取的措施為:

(1)一般性孔斜。回填塊石、碎石和粘土后重新慢慢鉆進，邊鉆邊糾偏，直至偏斜率滿足規范要求。

(2)由于地層軟硬不均引起的孔斜，采取小沖程、高頻次和十字鉆頭、大沖程、低頻次劈打，將硬質地層修直，達到糾偏的目的。

(3)由于探頭石、孤石、漂石引起的孔斜，可采取槽內鉆孔爆破和聚能爆破。

①槽內鉆孔爆破(圖5)。即在防滲墻造孔中遇漂卵石、孤石時，采用SM－400型全液壓工程鉆機跟管鉆進，在槽內下置定位器進行鉆孔，待鉆到規定深度后，提出鉆具，在漂卵石、孤石部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵石、孤石被破碎，從而加快鉆進速度。

②聚能爆破(圖6)。在漂卵石、孤石表面下置聚能爆破筒進行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55°～60°，裝藥量控制在 3 ～6 kg，最大為 8 kg。在二期槽孔內則采用減震爆破筒，即在爆破筒外

圖5 槽內鉆孔爆破示意圖

圖6 槽內聚能爆破示意圖

面加設一個屏蔽筒，以減輕沖擊波對已澆筑墻體的作用。槽內聚能爆破方法簡便易行，對防滲墻施工干擾很小，有時還用于修正孔斜處理故障等。錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻實施過程中主要采用十字鉆頭大沖程、低頻次劈打的方法，直接清除了硬質障礙物。(4)在導向槽上采用支架支挑或拉緊沖擊鉆鋼繩，調整鉆頭重心，劈打偏斜向反側槽壁，從而達到糾偏的目的。

4.2 卡鉆、埋(掉)鉆

錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻造孔過程中，上游圍堰17－1號孔和14－3號孔各發生一次卡鉆;下游圍堰4－3號孔、5－3號孔、6－1號孔、8－1號孔、9－3號孔、12－1號孔各發生一次埋鉆，尤其是5－3號孔和6－1號孔埋鉆較深、處理時間最長。在工期緊張的情況下，卡鉆、掉(埋)鉆事故造成停機無疑是對工期最大的制約因素，且造成的經濟損失也較大，因此，一旦發生卡鉆、埋(掉)鉆事故，必須立即進行處理，處理方法的得當也是減少損失的重要手段。

4.2.1 發生卡鉆、埋(掉)鉆的主要原因

(1)戧堤截流采用的特殊材料被下沖后大量堆積在上游圍堰防滲墻軸線附近，形成架空、空隙，鉆進時發生偏斜后卡鉆。

(2)下游圍堰水下直接拋填較深，且拋填材料多為強風化洞渣料，致使填筑層不密實，造孔過程中發生塌孔而造成埋鉆事故。

(3)劈打副孔時，鉆具偏斜向主孔，發生“溜孔”后，剩余小墻卡住鉆具。

(4)打回填材料為粘土的主孔時，鉆進速度偏快，抽砂不及時也會造成卡鉆。

4.2.2 結合實際情況，對卡鉆、埋(掉)鉆事故采取的處理措施

(1)根據經驗分析孔內情況，確定卡鉆、埋(掉)鉆深度、地層、鉆具規格，采用手動控制鉆機，低頻率重復上提動作，慢慢沖開卡鉆、埋鉆體，取出鉆具并回填后重新鉆進的方式進行處理。

(2)當在下游圍堰埋鉆事故處理中采用上述方法仍然無法取出鉆具時，取下鋼繩，移動鉆機，再次鉆劈打相鄰孔位，使被埋鉆具兩旁沒有障礙物后，取出鉆具。

4.3 塌孔(槽)

錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中，上游圍堰17號槽段和下游圍堰16號槽段各發生了一次嚴重塌槽事故，上游17號槽段塌槽長4.5 m，寬3.5 m，采用塑性混凝土回填79 m3;下游圍堰16號槽段塌槽長3.6 m，寬2.8 m，采用塑性混凝土回填42 m3;回填后重新造孔，造成了一定的經濟損失。

4.3.1 塌孔(槽)產生的原因

上、下游圍堰防滲墻塌槽事故均發生在填筑層，經分析認為其產生的主要原因為:

(1)水下直接拋填填筑層不密實，填筑質量差，填筑體抗剪強度低，致使槽壁失穩而坍塌。

(2)泥漿質量較差，不能形成有效護壁泥皮，或造孔時間太長，槽孔浸泡時間過長，引起坍塌。

(3)地下水位高，槽壁受到較大的外水壓力引起坍塌。

4.3.2 塌孔(槽)事故的處理

塌孔(槽)的處理應根據地質特性及工程特點綜合考慮確定有效措施。錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻因受工期制約，對塌槽事故的處理不容耗費太多時間，且塌槽后必須立即采取有效措施進行處理。上游圍堰防滲墻17號槽段塌槽經業主、設計、監理、施工單位四方聯合現場查勘，一致確定將鉆機移開后采用塑性混凝土直接回填，由于塑性混凝土強度低，從而減少了二次造孔難度。下游圍堰防滲墻總共劃分為17個槽段，在一期槽16號槽段塌槽時，14號槽段已完成了澆筑，在采取與上游圍堰防滲墻17號槽段相同的處理方式進行處理的同時，將16號槽段的鉆機分別移到15號和17號槽段展開原定的二期槽施工，將16號槽段轉為二期槽，從而避免了停工，在降低了經濟損失的同時加快了施工進度。

4.4 漏 漿

漏漿是防滲墻造孔過程中頻繁發生的經常性事故。孔內泥漿的大量流失，若不采取適當措施進行處理，將會引起塌孔、埋鉆等事故。錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻造孔共有41個槽段，其中35個槽段均發生了多次不同程度的漏漿。

4.4.1 漏漿的原因

(1)漂石卵礫石層、含砂壤土碎礫石層、卵礫石含孤塊石層、含孤塊石卵礫石層、塊碎石夾卵礫石層相對松散，顆粒級配較差，層間接觸帶發生漏漿。

(2)填筑層顆粒不均勻或未碾壓密實，存在漏漿通道而引起漏漿。

(3)泥漿質量差，不能在孔壁上形成密實完整的護壁泥皮，引起漏漿。

(4)上、下游水位差大、壓力大而產生滲流，泥漿隨滲水流失。

4.4.2 采取的堵漏處理措施

(1)在槽孔內直接投入適量碎石、粘土進行堵漏，或在粘土內添加編織袋(即人造纖維材料)，增強泥皮護壁的拉力，保證了堵漏效果;

(2)對于漏漿嚴重的槽孔，在多次堵漏無效時，分析漏漿通道的大小，先投放大塊石、再大量投入粘土，用鉆具搗實、擠密、堵住漏漿通道或縫隙，從而達到漏漿堵漏效果。

5 結語

錦屏二級水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻由于對造孔過程中諸多事故的及時有效處理，總體工期提前6 d，分部工程總體質量達到優良標準，防滲效果達到了預期目標。

總之，混凝土防滲墻造孔是一個較長而復雜的過程，對事故的處理必須耐心、細致，根據實際情況，慎重、快速地完成塌孔事故的處理，快速成墻，避免塌孔事故的重復發生，從而有效保證防滲墻的施工質量和進度，減少經濟損失。

[1]水電水利工程混凝土防滲墻施工規范，DL/T5199－2004[S].

[2]水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范，SL174－96[S].