復雜地層混凝土防滲墻造孔技術探討

侯 麗 君， 羅 英， 龐 松

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

1 概 述

民治水電站位于四川省雅安市寶興縣境內的東河上，為寶興河梯級開發的第二級。電站采用攔河閘壩長隧洞引水至地下廠房發電方式，水庫總庫容為88萬m3，裝機容量為105 MW。

民治水電站閘基覆蓋層較深，設計采用混凝土防滲墻進行防滲，工程量約為5 182 m2，共布置 26 個槽段，設計孔深為35～60 m，施工軸線根據壩基結構走向設計有多個拐點，左右岸邊坡上施工平臺的布置呈多級臺階形式。防滲墻設計墻厚0.8 m，墻體材料為二級配C20 混凝土(抗凍等級為F100，抗滲等級為W6)，壩基河床中間段防滲墻為懸掛式，左右兩岸防滲墻底部需嵌入基巖1 m，巖性為花崗巖。

壩基地質條件：

第Ⅰ層：含泥砂礫石層(fglQ3)：為冰水堆積物，分布于河床底部深槽，頂板埋深65～72.6 m，最大厚度約12.5 m，主要為砂巖、玄武巖、花崗巖，部分為灰巖、凝灰巖、變質巖等，卵、礫石磨圓度較好。

第Ⅱ層 ：泥塊碎(卵)石夾含礫砂質粉土(pl + alQ4)：為沖、洪積物混合堆積，分布于河床中下部，頂板埋深30～35 m，厚度為28～43 m。

第Ⅳ層：漂(塊)卵(碎)石(col + al Q4)：系崩、沖積混合堆積，分布于河床中上部，頂板埋深8～18 m，厚度為15～22 m。塊碎石成份單一，為近源花崗巖。漂(塊)石粒徑多為20～40 cm,大者一般為60～80 cm，少量為90～120 cm，約占35%；卵(碎)石為7～9cm，約占40%；礫石為0.5～1.5 cm，部分為3～6 cm，約占15%；中、下部尚見有灰～灰黃色礫質中細～粉細砂層透鏡體，厚約1～3m。該層總體結構較松散，局部架空，透水性較強～強。

第Ⅴ層：含礫石粉土(lQ4)：為堰塞湖相沉積物，平面分布不連續，頂板埋深8～12 m，厚3～12 m，Ⅲ線一帶厚約3～5 m。粒組以粉粒為主，約占60%～75%，粘粒含量約占13%～18%；含有少量礫石；在該層鉆進過程中，鉆孔有明顯的縮徑現象，巖心呈可塑～軟塑，透水性微弱。

第Ⅵ層 砂礫石(alQ4)：系低漫灘及現代河床沖積物，一般厚8～11 m，分布于河床上部。主要有花崗巖、灰巖、砂巖、玄武巖等。其中卵石粒徑一般為6～8 cm，大者為10～12 cm，約占10%；礫石粒徑以0.5～2 cm 為主，部分為3～6 cm，含量約55%～60%；其間充填灰色中粗砂，含量約占28%～35%。結構松散，透水性較強。該層中、下部隨機分布厚1～3 m、最大厚度為5.35 m的含礫砂層透鏡體。

2 施工中遇到的重難點問題及采取的處理措施

在松散滑坡堆積體造孔過程中塌孔、漏漿現象特別嚴重，部分槽段還遇到大孤石，成槽非常困難，針對這些情況，項目部分別采取了以下技術措施。

2.1 漂卵石堆積層結構松散、存在架空現象，鉆進過程中易塌孔

遇到這類地層時，一般按照以下兩種方法進行處理：第一種為回填碎塊石、粘土、水泥等材料；第二種為先超前預灌濃漿、再視情況決定是否回填碎塊石、粘土。

超前灌漿孔采用300型地質鉆機跟管鉆進 ，深度根據基巖面深度及邊坡堆積體大塊石、孤石含量及地層架空情況初步確定為20 m。鉆孔遇大塊石或孤石跟管困難時，換用φ80沖擊器φ91風動潛孔錘鉆穿該層，然后對大塊石或孤石進行爆破處理。鉆孔至預定深度后，采用0.5∶1∶1的水泥、粘土、細砂漿液進行無壓預灌濃漿。超前預灌濃漿孔布置在防滲墻軸線上，孔間距為1 m。開挖邊坡后灌入的水泥砂漿擴散達到了5 m，未出現過漏漿及塌孔現象，節約了防滲墻的施工工期及材料損耗。

2.2 邊坡段堆積體地層特性復雜，造孔過程中遇到大量的漂石、孤石，成槽困難

地層中存在大量漂石、孤石，直徑最大達1.5 m，巖性為花崗巖，非常堅硬，沖擊鉆機成槽速度極慢，采取的應對措施如下：

(1)對于塊石密集地層，放慢成孔速度，提高沖擊功，同時根據地層漏失情況向槽孔內回填粘土，以免漏漿。

(2)遇到直徑超過50 cm的孤石時，沖擊鉆效率非常低下，直接改用鉆孔爆破方法對孤石進行處理后再進行沖擊。鉆孔爆破施工程序：施工準備→跟管鉆孔→遇到大塊石后用潛孔錘鉆穿塊石→裝炸藥→拔套管→爆破→……重復以上工序，直至預計孔深→拔套管無壓預灌濃漿。

3 造孔方法

3.1 造孔工藝流程

由于塊碎石堆積層的特殊性，其施工程序及工藝與普通混凝土防滲墻相比有所不同，在防滲墻正式施工前增加了預灌濃漿、鉆孔預爆工序；在防滲墻造孔施工中采用了回填擠密、孔內造漿、風動攪漿等工藝；同時，考慮到地層因素及現場場地條件制約等，制漿工藝及泥漿的回收凈化處理也有所不同。具體的防滲墻造孔施工程序主要有：場地平整→臨建施工(導向槽建造、泥漿凈化系統等)→預灌濃漿結合鉆孔預爆槽孔→造孔施工(回填擠密、孔內造漿、風動攪漿)→槽孔驗收。

3.2 造孔機具

根據該工程地層情況，選用CZ-8D型鋼絲繩沖擊鉆機配十字鉆頭為主鉆進，抽砂筒出渣。

3.3 造孔技術措施

(1)造孔方法采用常規的“鉆劈法”，即同一槽孔先鉆進主孔，待主孔鉆至設計深度后再劈打副孔及小墻、最后成槽的施工方法(圖1)。

圖1 防滲墻鉆劈法施工示意圖

(2)回填擠密：預灌濃漿結束后，即可開始防滲墻施工。在防滲墻施工時，先對槽孔導墻底部以下一定深度(一般10～15 m范圍內架空明顯、極易發生塌孔的部位)分段反復2～3次回填碎石、粘土混合料，并用平底十字鉆頭將土石混合料擠入兩側槽孔壁，待孔壁擠壓密實后再向下正常造孔鉆進。

(3)孔內造漿：由于塊碎石堆積體多處于邊坡，因此，防滲墻施工時受場地限制一般無法修建泥漿池及制漿站，因此，考慮在造孔過程中直接向槽孔內添加粘土、在孔內造漿的方法制取泥漿。加入槽孔內的粘土在鉆頭的反復沖擊下，一部分直接被擠入槽孔兩側的孔壁空隙內，一部分被鉆頭研磨攪拌形成含泥屑鉆渣的泥漿。該泥漿在鉆頭上下擾動下懸浮于鉆頭上下活動區域，隨著鉆孔加深、鉆渣含量增加，將逐漸沉淀于孔底。

(4)風動攪漿：為了降低泥漿的沉淀速度，保證槽孔上部的泥漿濃度，維持上部槽孔壁的穩定，在孔內造漿的同時，隨鉆頭一起下入風管(1 in(1 in=2.54 cm)鋼編管)至孔底，用空壓機送入壓縮空氣，攪動孔底泥漿，使其在槽孔內不停地上下翻滾循環，此時可加入適量的堿(碳酸鈉)或CMC(羧基甲基纖維素)以提高泥漿的穩定性、增加泥漿的黏度。同時，由于孔底泥漿攜帶孔底鉆渣一起不停地翻滾循環，減少了孔底鉆渣的淤積沉淀，使孔底始終處于較為干凈的狀態，鉆頭能隨時接觸到較為新鮮的地層，減少了對鉆渣的重復破碎碾磨，實現了“少抽砂、多鉆進”，加快了鉆孔施工進度。

(5) 造孔中遇到大孤石時，在保證孔壁安全的前提下，可采用鉆孔爆破或定向聚能爆破的方法進行處理。爆破作業由炮工進行。二期槽孔的爆破在混凝土接頭孔施工完成后方能實施。鉆孔和定向聚能爆破情況見圖2和圖3。

①槽內鉆孔爆破：在防滲墻造孔過程中遇到大孤石時，可采用地質鉆機在槽內下設導管，鉆穿孤石后，提出鉆具，在孤石內下置爆破筒，爆破筒內的裝藥量按孤石大小確定為2～3 kg/m。

②定向聚能爆破：在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。在二期槽孔內則采用減震爆破筒，即在爆破筒外面加設一個屏蔽筒，以減輕沖擊波對已澆筑墻體的作用。

4 結 語

民治水電站閘壩基礎混凝土防滲墻通過采用預灌濃漿、鉆孔預爆結合等方法對堆石架空層和孤石進行處理，有效地防止了造孔過程中塌孔、漏漿情況的發生，較好地解決了崩積塊碎石體地層為主的防滲墻施工技術難題，不僅保證了混凝土防滲墻施工質量和工期，還比傳統處理方法大大降低了了材料及人工等成本的消耗，取到了一定的經濟效益，值得類似工程借鑒。

圖2 鉆孔爆破示意圖

圖3 定向聚能爆破示意圖