金沙水電站土石圍堰工程防滲墻施工淺析

劉 同 林， 覃 定 海

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 611130)

1 概 述

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段，上距觀音巖水電站28.9 km，下距銀江水電站21.4 km。二期圍堰工程為4級建筑物，擋水標準按全年5%頻率最大瞬時流量11 400 m3/s設計，為全年擋水土石圍堰，上游圍堰軸線長約248 m，下游圍堰軸線長約224 m，上游防滲墻最大深度為46 m，下游防滲墻最大深度為55 m。防滲墻采用“兩鉆一劈法”和“平行鉆進法”成槽、“直升導管法”澆筑混凝土的方法進行施工。施工機械采用沖擊鉆機，墻段連接采用“接頭管法”和 “鉆鑿法”綜合應用的施工工藝。堰肩兩端覆蓋層深度小于5 m的槽孔根據地下水位情況可采取人工和挖裝機械相結合的方式開挖成槽后明澆。

先導孔復勘資料顯示：二期上游圍堰河道左岸為緩坡地帶，右岸邊坡稍陡，河床覆蓋層厚度為20～30 m，以卵石為主，強透水；底部分布厚3 m左右的細砂夾粉土層，其中S0+65～S0+85樁號槽段深度30～42 m之間地層情況復雜，存在超大架空強漏失層；靠河槽右側S0+45～S0+65樁號平均坡度為45°，局部出現9～11 m的陡坎。下游圍堰處金沙江河谷相對較寬，河床覆蓋層厚度一般為35～45 m，上部以卵石為主，厚15～18 m，下部粉土厚15～18 m，底部為厚3～6 m的漂石夾卵石層，卵石與漂石夾卵石層透水性強，下游左岸岸坡X0+200左右存在高12 m的陡坡，其中與一期縱向圍堰交接部位堆積了大量孤石巨漂體(埋深2～16 m，已探明孤石最大直徑約3 m)未清除，形成了孤石、巨漂架空強漏失通道。

2 施工難點及采取的對策

2.1 鉆孔預爆破

本工程圍堰原河床覆蓋層以卵石為主，含有大量的孤塊石、漂卵石等且分布不均勻，孤石多為玄武巖，巖質堅硬。施工難點主要是遇到孤石、漂石分布的部位采用重錘法施工不僅功效低、材料損耗大，同時會因沖擊鉆長時間擊打孤石而造成其上部孔壁不穩定，容易形成塌孔，而且在孤石、漂石擊碎解小過程中容易在漂、孤石位置形成空腔，造孔過程對地層的破壞重組也容易導致其上部失穩變形塌孔。為提升造孔效率，減少漏漿塌孔現象的發生，對有孤石的部位采用鉆孔爆破、重錘解小、防漏材料回填的方式進行施工，施工步驟：上、下游圍堰防滲墻預爆孔采用φ140孔徑套管沿防滲墻軸線跟管鉆進，間距2 m，鉆遇漂石、孤石、塊石時鉆透穿過，取出鉆具，隨套管將爆破筒下設至漂孤石中部后將套管上提，然后進行爆破。采取對與一期縱向圍堰交接部位中已探明的孤石范圍和深度實施鉆孔預爆，即先進行鉆孔爆破，然后利用沖擊鉆造孔成墻，該部位往往深度較淺，漏漿容易處理。對未探明的防滲墻深槽部位利用先導孔探明漂孤石縱向尺寸及距孔口位置，若遇有特大孤石、倒懸體等特殊部位，則根據現場實際情況進行加密布置。該處理措施主要的難點在于裝藥量與裝藥范圍的控制，藥量過大會對原始地層造成震動破壞；藥量過小起不到解小爆破的作用。對此，爆破之前需根據地質情況和巖層堅硬程度制定詳細的爆破設計方案。為避免對槽孔造成破壞，本工程在與一期縱向圍堰交接的防滲墻軸線淺層部位進行了孤石模擬爆破試驗，獲取了相對準確的爆破參數，對減少漏漿塌孔風險的產生起到了積極作用。但不論鉆孔定位爆破如何精確，始終會對原始地層造成擾動、槽孔受力結構改變，極易發生漏漿情況。對此，預爆前需準備好充足的堵漏材料，一旦發現應及時采取堵漏措施。

2.2 成槽堵漏

本工程在上游圍堰11#槽(二期槽)、12#槽(一期槽)、13#槽(二期槽)(S0+65～S0+85樁號)槽段施工過程中，在防滲墻深度約為30～42 m之間(基巖以上)存在大粒徑塊體架空地層現象，當12#槽防滲墻造孔進入架空部位時，槽內泥漿快速下降，集中滲漏通道的存在造成固壁泥漿嚴重流失，又因堰體結構本身欠密實，從而造成了槽壁坍塌、施工槽段的軌道下部形成約5 m深的塌泄區。對該事故采取的處置方式為對槽孔底部采用水泥、塑性混凝土，上部采用黏土回填，對軌道下部塌泄區設置導管澆筑塑性混凝土，利用塑性混凝土的流動性置換底部泥漿并布置插筋，待混凝土達到一定強度后開始對塌槽孔進行重新鉆孔，在接近滲漏通道前，開始回填礫石或石渣塊石，以達到減少架空部位架空尺度的目的。但回填上述材料無法降低集中滲流通道的滲流流速，對此，在這種情況下，應往槽孔內投放能隨滲流進入架空區域的空隙、但不會被滲透水流帶走的纖維材料，如稻草、麻絲、布條、棉被等，并改沖擊鉆進為沖擊鉆擠實鉆進，實施過程中加大了槽孔內的泥漿比重，以減少通道內的滲透水流稀釋漿液，達到維持孔內泥漿濃度的效果。實踐證明：11#槽、13#槽采用了同樣的堵漏措施，取得了良好的填塞空隙、堵漏減滲效果，直接提高了防滲墻造孔的施工效率。本工程地質情況較復雜，成槽施工前，應根據工程施工經驗，備好足夠的堵漏材料，尤其對上下游深槽段留作關門槽，受內外水出現壓力影響，關門槽槽孔區域形成滲流通道，極易形成槽孔滲漏、漿液稀釋情況，鉆進過程中應密切關注槽孔固壁泥漿情況，發現固壁泥漿漏失時，應根據漏失的嚴重程度采取相應的處理措施，以保證槽孔的穩定。該起事故暴露出防滲墻圍堰施工的弊端，一期槽段內如果遇水下大粒徑架空或大的滲流通道導致槽孔發生坍塌等情況，若處理不當導致時間推遲過多，將直接影響二期槽段開孔施工，從而導致整個圍堰防滲墻工期延長，給圍堰防洪度汛安全造成極大地壓力。對此，在存在大粒徑架空等復雜地質情況、施工工期有限的工程中，研究“快速防滲”圍堰構筑理念是今后需要考慮的課題。

2.3 陡坡段造孔

先導孔復勘及現場基巖鑒定成果資料顯示：上游圍堰靠河槽右側S0+45～S0+65樁號平均坡度為70°，局部出現9～11 m的陡坎，下游圍堰左岸岸坡X0+200左右區域存在12 m高的陡坡，按照防滲墻施工技術要求需嵌入基巖0.3 m 以上。在陡坡基巖中造孔、沖擊鉆在下落沖砸基巖時易出現溜鉆現象，嵌巖施工困難，施工效率低且孔斜難以控制。對此，根據以往的施工經驗及鉆孔爆破試驗參數，按照鉆鑿的難易程度，提出了重錘臺階法和聚能爆破陡坡兩種方案。首先對陡坡段進行加密地質復勘，根據復勘資料初步確定陡坎范圍和坡度，將平底鉆頭改成十字型鉆頭，優先施工槽段端頭，按照主孔、副孔、小墻施工順序形成臺階；對巖基堅硬的部位，采取地質鉆機在陡坡段基巖造孔，再向基巖內埋設炸藥進行小規模的定向爆破，將陡坡基巖形成臺階或凹坑，再用鉆具進行施工形成臺階。根據現場施工情況，上述兩種方法結合使用，極大地提高了施工功效，亦保證了嵌巖深度，確保了混凝土與基巖的接觸。需要注意的是陡坡段造孔因鉆具直接對基巖進行反復沖砸，極易造成孔斜偏差，對此，施工過程中應加大測斜頻次，發現孔斜偏差過大時應及時采取擴大鉆頭直徑的措施，通過擴張改變孔斜或在孔斜的相反方向加焊耐磨塊進行修孔糾偏，以確保成槽質量。

2.4 預埋管

圍堰工程往往面臨度汛壓力。為減少墻下帷幕造孔的時間，防滲墻混凝土澆筑前均采用預先埋設鋼管作為后續帷幕灌漿造孔的導向管。而作為防滲墻施工工序的一部分，預埋管施工的重要程度往往容易被忽視。由于受防滲墻澆筑過程中混凝土側向壓力及浮托力的影響，預埋管很容易受擠壓偏斜，預埋管的偏斜將直接影響后續帷幕灌漿造孔的孔斜，也往往因預埋管偏斜較大導致其作廢而直接在防滲墻中造孔，不僅失去了預埋管的導向作用，而且會因在防滲墻中造孔破壞了防滲墻的整體性，亦給防滲墻的抗滲穩定帶來隱患。因此，預埋管的孔位偏差、彎直率直接影響到防滲墻和后續帷幕灌漿施工的質量和進度。對此，預埋管施工前，應由測量人員放出帷幕灌漿孔孔位。預埋管根據設計要求選用壁厚不小于3.5 mm的無縫鋼管，按照槽孔尺寸設置鋼管定位架，定位架采用φ25鋼筋焊接制作，每節鋼管采用絲扣形式進行上下連接。為了防止在其下設過程中管件脫落，每根灌漿管外側設置了不少于3道連接加強鋼筋。下設過程中，第一個桁架距孔底3 m控制，其他每隔10 m下設一個，以起到對預埋管的定位和控制孔斜的作用。現場實際施工情況驗證，埋管成功率達到93%，對預埋管固定進行了有效控制，極大地提高了帷幕灌漿造孔施工效率。根據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T5148-2012)規定，混凝土防滲墻下的基巖帷幕灌漿應采用自上而下分段灌漿法灌漿，不宜利用墻體內預埋的灌漿管進行孔口封閉灌漿。針對灌漿規范相關要求，本工程和很多類似工程墻下帷幕灌漿采用下設“隔管法”(灌漿第1段接觸段鉆孔埋設孔口管)進行灌漿施工，但應在防滲墻施工前充分考慮下設預埋管、孔口管尺寸和孔口管是否滿足先導孔取芯、掉鉆擴孔等其他設計要求和異常事故處理的要求，一旦考慮不周或對卡鉆、掉鉆情況處理不到位，將直接造成灌漿孔作廢。在防滲墻上重新開孔不僅使施工時間延長，而且會破壞防滲墻的整體性，從而影響圍堰墻下的防滲效果。因此，應根據工程特性和工期等其他因素，綜合考慮墻下帷幕灌漿方法。

2.5 防滲墻的混凝土澆筑

防滲墻混凝土澆筑最重要的是做好原材料選擇、配合比試驗及現場試拌檢驗工作，以準確確定塑性混凝土各項性能指標，同時根據塑性混凝土的拌合、運輸方法和能力，準確掌握混凝土入孔時的坍落度、初凝時間與終凝時間。為取得有關防滲墻成墻的各項參數，本工程選定在防滲墻中心線上進行了防滲墻生產性試驗，通過防滲墻生產性試驗，不僅驗證了成槽各設備運行的性能和合理的機械設備與人員配置，同時亦為更精確地掌握混凝土上升速度、接頭管起拔時間提供了施工依據。為保證防滲墻混凝土澆筑質量滿足設計規范要求，澆筑過程中，加強了混凝土出機口、入槽口的取樣檢測，混凝土澆筑應保證連續進行，槽孔內的混凝土應均勻上升，上升速度應結合試驗確定的參數進行澆筑，應將槽孔內相鄰導管的混凝土高程控制在合理的范圍內，澆筑過程中應定時測量混凝土上升情況，準確填寫和繪制筑墻指標圖。本工程防滲墻混凝土質量采取的檢查方法包括混凝土澆筑槽口隨機取樣檢查、鉆孔取芯試驗、鉆孔注水試驗、芯樣室內物理力學性能試驗等，同時，利用預埋灌漿管、取芯檢查孔，采用跨孔聲波為主，單孔聲波測試、層析成像(CT)和孔內電視測試為輔的方案對防滲墻質量進行了檢測。各項檢測數據表明：防滲墻混凝土成墻質量良好，滿足設計要求的各項抗滲指標。

3 結 語

金沙水電站二期圍堰河床覆蓋層深厚，地質條件復雜，工期緊，綜合施工難度大。通過對該工程特性和地質特點進行深入研究，有針對性地借鑒國內相似工程經驗，采取了相關生產性試驗和綜合性的施工控制措施，解決并總結出一系列施工經驗和控制方法，大大提高了防滲墻施工質量和進度，對后續類似圍堰工程防滲結構施工和控制具有一定的借鑒意義。