魯甸縣月亮灣水庫防滲墻成槽施工及質量控制

萬亮亮

(江西星光建設工程有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

月亮灣水庫地處昭通市LD縣XZ鄉XZ河中游，水庫庫區地理坐標為E103°30′05″，N27°12′57″，該水庫和XZ鄉的直線距離3km，和LD縣城的直線距離7.5km。水庫所在的XZ河流域屬于金沙江水系牛欄江右岸的一級支流，該水庫徑流面積101km2，年平均徑流量2736×104m3。

工程區處XZ河中游，構造侵蝕低-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組下段泥灰巖夾頁巖，飛仙關組上段暗紫紅色泥質粉砂巖，下段粉砂巖夾頁巖。砂泥巖弱含水性，受節理及風化影響，強風化帶巖體中等透水。大地構造位于川滇經向構造帶北段，主構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約11km，昭魯斷層位于水庫東側約11.7km，沙壩斷層位于水庫下游(南側)4.0km。

2 砂卵石地層成槽難點

水庫位于金沙江右岸支流牛欄江的右支流XZ河中游，流域內坡陡流急，呈“V”型河谷，以構造侵蝕峽谷中低山地貌為主。根據對工程地質條件的勘測與分析發現，本工程地層情況復雜，尤其是砂卵石地層內大粒徑礫石、漂石和孤石較多，在鉆孔過程中很容易引發孔斜、漏漿問題，不利于施工進度和施工質量的提升。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難題：在主孔鉆進施工時因礫石、孤石等的存在而導致孔斜大大超出規范規定值，通過回填塊石進行糾偏工效較低；抓斗抓至地下深度15-18m、22-25m及28-30m時均出現砂卵石級配不均、鈣質膠結層，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進行成槽施工時對與地質條件復雜的較深基巖，需要深入基巖進行地下連續墻施工，而液壓抓斗成槽機因抓桿深度較小、適應地層能力不強、造價高、入巖效果差、施工難度大，無法保證較深地層防滲墻施工質量。鉆抓法施工工藝見圖1。

為此，本工程在系統分析垂直結構防滲施工工藝、機具設備及施工方案的基礎上，通過施工現場防滲墻造孔試驗，將沖擊反循環成孔、液壓抓斗成槽機與鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機成孔工藝進行比較，結果表明，液壓抓斗成槽機成槽速度快、功效高，但是對與地質條件復雜、砂礫石層深厚的地層，必須進入基巖，沖擊反循環成孔與液壓抓斗成槽機由于鉆桿深度不夠，對地層適應能力不強，所以存在局限；而鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機成孔工藝能有效解決地質條件復雜、砂礫石層深厚等垂直防滲施工的技術難題，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

在已經建好的施工平臺上建造防滲墻，且根據防滲墻寬度提前做好導墻。在采用鉆劈法配合CZ-6型沖擊鉆機成槽施工工藝時，先打主孔，再劈打副孔，并使主副孔連接成槽孔。主孔屬于獨立的鉆孔，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，也就是槽孔實際寬度)。

考慮到鉆頭的形狀，待劈打完主副孔后，會遺留部分殘余小墻，將鉆機調整至小墻位置后由上至下鉆至設計孔深，從而形成連續、完整、等厚的槽孔。在副孔劈打時將接砂斗置放于兩主孔之間將劈落的鉆渣接出，部分鉆渣會落入主孔內，所以必須進行重復鉆鑿主孔的“打回填”施工。在常規沖擊鉆機造孔的過程中鉆機主孔和打回填均通過抽砂筒出渣，而在沖擊反循環鉆機造孔施工時，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量控制

4.1 施工機械的選擇

本水庫工程防滲墻施工采用鋼繩沖擊鉆機和液壓抓斗兩種成槽機械。鋼繩沖擊鉆機包括CZ-6型和ZZ-5型兩種，CZ-6型鋼繩沖擊鉆機鉆孔直徑400-2200mm，鉆孔孔深50-300m，鉆具質量4500kg，沖擊次數達36-42次，鉆桿高8-12m，功率55kW；ZZ-5型鋼繩沖擊鉆機鉆孔直徑400-2000mm，鉆孔孔深10-300m，鉆具質量3500kg，沖擊次數達36-42次，鉆桿高8-12m，功率55kW。所使用的兩種沖擊鉆機對與軟弱地層和硬質礫石地層均較為適用，且操作簡便，技術成熟。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、基坑圍護等地下連續墻施工領域的SG-40A型施工機械，機械化程度高，整機移動方便，性能穩定，性價比優越。液壓抓斗所采用的推板糾偏方式較傳統的重力糾偏方式更高效，也更穩定，便于抓斗體的快速復位。月亮灣水庫在施工高峰期共投入4臺液壓抓斗機械，包括3臺JT液壓抓斗和1臺WZ-800抓斗，抓斗機械最大開斗度均達到2800mm，成槽寬度均在800mm及以上。

4.2 泥漿系統

根據工程防滲墻施工實際，在水庫中堤樁號ZD0+584和ZD0+950處庫底平臺新建泥漿拌合站，并在各拌合站設置2臺攪拌機，1座100m3的儲漿池、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，池頂為磚混結構的防護棚頂。考慮到水庫工程防滲墻施工段地質條件復雜，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壁泥漿。并根據試驗進行泥漿配比的確定，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[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詳見表1所示，泥漿池內的漿液必須定期攪動，預防沉淀和結塊。

表1 泥漿性能指標表

4.3 槽段劃分及成槽施工

在綜合考慮工程區地質條件、槽深及地下水影響、施工機械性能、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個孔徑0.8m的主孔和2個副孔，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189m2/臺·d，整個工程成槽施工工效達71m2/臺·d，沖擊鉆機主孔鉆鑿施工工效達9.0m/臺·d。

5 結 論

本水庫地下防滲墻規模大，且防滲墻較深，地質條件復雜，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和鉆劈法施工，成功總結出一套應對覆蓋層深厚、地質條件復雜，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，為類似水利工程防滲墻成槽施工提供了可靠的工藝方法、技術指導和經驗借鑒。工程應用結果表明，該施工技術方案能迅速組織現場施工，有效保證工期和質量，且無復雜的工藝和設備配合，其對施工成本的節約程度在20%左右，具有很強的經濟效益和社會效益。