土石壩體內(nèi)超深拔管灌漿施工關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

原偉 何登強(qiáng) 劉永

摘 要：獅子坪水電站大壩心墻充填灌漿工程采用HBR205GT潛孔鉆機(jī)利用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，成功突破了壩體內(nèi)143 m超深拔管灌漿國內(nèi)施工深度記錄，填補(bǔ)了國內(nèi)深厚覆蓋層拔管灌漿領(lǐng)域施工技術(shù)空白。介紹壩體內(nèi)套管灌漿法超深鉆孔和灌漿起拔套管的關(guān)鍵施工技術(shù)及應(yīng)用，為類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：超深壩體內(nèi)潛孔鉆施工；施工技術(shù)；跟管鉆進(jìn)143 m

中圖分類號：TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）11-0034-03

0 引言

獅子坪水電站大壩心墻充填灌漿工程壩體內(nèi)鉆灌深度最大可達(dá)143 m，施工工況復(fù)雜多變，既存在脫空、掉鉆，又存在滲漏通道松散層，且在深度120 m偏距1.5 m處設(shè)有永久設(shè)施壩基廊道，故成孔質(zhì)量要求極高。

本工程主要采取大口徑雙套跟管鉆進(jìn)技術(shù)（?194 mm/?146 mm）及自下而上分段拔管灌漿技術(shù)，其中主要難點(diǎn)為深孔雙套跟管鉆進(jìn)技術(shù)。

為尋求在壩體內(nèi)合適的變徑區(qū)間深度，施工過程中施工技術(shù)人員不斷進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，并根據(jù)各孔實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，為高質(zhì)量成孔提供了有利保障，為后續(xù)類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程特性

獅子坪水電站大壩壩高136 m，自2009年下閘蓄水以來，沉降變形和滲流值超過設(shè)計(jì)規(guī)范值且未趨于穩(wěn)定。大壩壩頂自左岸值班房到右岸發(fā)生上下游不均沉降變形，右岸混凝土路面開裂，混凝土蓋板下碾壓土石料產(chǎn)生裂縫（長約150 m、寬約10 cm、深約80 cm），并形成錯(cuò)抬（高差約50 cm）。大壩上游側(cè)防浪墻靠右岸側(cè)出現(xiàn)4處貫穿性裂縫，形成錯(cuò)抬。大壩中部及左岸側(cè)防浪墻有擠壓破壞。左岸值班房向上游傾斜，最大傾角約6°，室內(nèi)地面變形沉降。

2019年，經(jīng)采用物探、鉆探、坑探及大壩填筑料試驗(yàn)等方法，摸清了大壩礫石土心墻體實(shí)質(zhì)情況。勘探孔鉆孔深度<25 m時(shí)，波速波動(dòng)幅度較大，心墻堆積料均一性差；25 m<勘探孔鉆孔深度<80時(shí)，鉆孔取芯土樣P5含量60.8%～78.8%，黏粒含量僅為3.0%～5.7%，總體偏粗，黏粒含量較低且具有強(qiáng)透水性；80 m<勘探孔鉆孔孔深<120 m時(shí)，存在脫空、掉鉆、又存在滲漏通道松散層，河床段較為突出，具有強(qiáng)透水性；勘探孔鉆孔孔深>120 m時(shí)，為含砂漂（塊）卵礫石層（Ｑ3gl+fgl）。

為了保證已建大壩礫石土心墻內(nèi)新建防滲墻施工安全，提高大壩擋水安全性和心墻密實(shí)性。在新建防滲墻下游側(cè)、距壩軸線上游2.25 m處布置一排充填灌漿孔，采用豎直孔，最大孔深約143 m。

灌漿采用無壓（或低壓、≤0.1 MPa）自流式充填灌漿。灌漿漿液采用水泥黏土漿，水泥：黏土=1：1，漿液水固比采用2、1、0.8三個(gè)比級。灌漿方法采用“套管法”、自下而上分段灌漿，一般段長2～3 m，深孔灌漿段長5 m。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

第一，采用液壓跟管鉆機(jī)和擴(kuò)孔鉆頭套管護(hù)壁鉆孔，套管直徑為146～194 mm，套管護(hù)壁深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)孔深。

第二，鉆機(jī)應(yīng)安裝平整穩(wěn)固，鉆孔方向應(yīng)按施工圖紙要求確定，鉆孔時(shí)必須保證孔向準(zhǔn)確。

第三，灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不大于 10 cm，孔深不小于設(shè)計(jì)孔深，實(shí)際孔位、孔深有記錄。

第四，灌漿孔孔底偏斜率不大于1.5%，嚴(yán)格控制孔深20 m以內(nèi)的孔斜率，發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜值超過設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正或重新鉆孔。

第五，鉆孔結(jié)束后撈除孔內(nèi)殘留物，孔底沉淀厚度不宜大于 20 cm。

第六，鉆孔過程進(jìn)行記錄，遇地層變化，發(fā)生“掉鉆”、坍孔、鉆速變化、孔口返渣異常等情況應(yīng)詳細(xì)記錄。

1.3 設(shè)備參數(shù)

設(shè)備參數(shù)如表1所示。

1.4 管材技術(shù)指標(biāo)

管材技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

2 超深覆蓋層套管灌漿法關(guān)鍵技術(shù)

2.1 成孔工藝選擇

為了有效成孔，本工程提出采取大口徑雙套跟管鉆進(jìn)技術(shù)，即上部采取Ф194 mm孔徑的厚壁無縫鋼管進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至一定深度，變換跟Ф146 mm管徑的厚壁無縫剛管跟管鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。

綜合施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行受力分析如下：①本工程孔深較深，受地質(zhì)較為松散條件影響，需考慮進(jìn)行跟管鉆進(jìn)。②受鋼管材質(zhì)影響，一種孔徑跟管無法達(dá)到設(shè)計(jì)孔深要求，因此考慮采用雙套管跟管鉆進(jìn)施工工藝。③灌漿孔段為下半部時(shí)，整個(gè)拉拔過程中，均不考慮跟管自身重力，主要考慮巖層對小口徑無縫鋼管的側(cè)摩擦力。④灌漿孔段為上半部，整個(gè)拉拔過程中，均不考慮跟管自身重力，主要考慮巖層對大口徑無縫鋼管的側(cè)摩擦力。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本工程前期預(yù)選的146 mm無縫鋼管絲扣拉拔應(yīng)力為620～750 kN，Ф194 mm無縫鋼管絲扣拉拔應(yīng)力為930～1 100 kN。

對于向上拔管過程中側(cè)摩擦力的計(jì)算一般參照摩擦樁單樁軸向受拉承載力計(jì)算方法計(jì)算，據(jù)此可得知土層與跟管側(cè)摩阻力計(jì)算公式如式（1）所示。

（1）

式中：qk為土層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按照密實(shí)粗砂取值為98 kN；u為管身周長；αi為周邊鉆孔對各土層管側(cè)摩阻力的影響系數(shù)，取1.0；li為土層厚度。

根據(jù)計(jì)算可知，灌漿孔下半部分灌注、取接觸孔深為85 m時(shí)，對146 mm無縫鋼管的最大側(cè)摩擦力為572 kN。灌漿孔上半部灌注、取接觸孔深為90 m時(shí)，對194 mm無縫鋼管的最大側(cè)摩擦力為805 kN。選取雙套管施工的方法進(jìn)行施工，綜合計(jì)算要求194 mm無縫跟管不超過90 m孔深，146 mm無縫跟管不超過85 m。考慮到施工過程中，無縫鋼管絲扣會(huì)受到不同程度的磨損，為避免灌漿過程中出現(xiàn)脫絲掉管的孔內(nèi)事故，應(yīng)隨時(shí)檢查并及時(shí)更換灌漿跟管[1]。

2.2 主要施工技術(shù)控制要點(diǎn)

具體有以下10點(diǎn)。

第一，測量定位后進(jìn)行鉆機(jī)就位，確保機(jī)座平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤中心與孔位偏差不得大于20 mm，必須做到三點(diǎn)一線，確保開孔孔向準(zhǔn)確符合施工圖紙要求。鉆孔示意圖如圖1所示。

第二，灌漿開孔孔位與計(jì)劃孔位的偏差應(yīng)不大于10 cm，孔深應(yīng)不小于計(jì)劃孔深，實(shí)際孔位、孔深應(yīng)有記錄。遇特殊情況需調(diào)整孔位，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際并征得設(shè)計(jì)與監(jiān)理人同意。

第三，灌漿孔采用JD110B/JD180B型履帶式液壓跟管鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，上部0～90 m鉆孔孔徑為194 mm，跟管孔深不低于60 m，不超過90 m。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，在60～90 m開始切換鉆孔孔徑為146 mm，跟管鉆進(jìn)至終孔孔深。

第四，鉆孔孔底偏斜率應(yīng)不大于1.5%，鉆孔施工過程中應(yīng)每10 m進(jìn)行一次孔斜測試，發(fā)現(xiàn)鉆孔偏差值大于1.5%時(shí)，應(yīng)及時(shí)向監(jiān)理人匯報(bào)，并及時(shí)糾正或按監(jiān)理人指示采取補(bǔ)救措施[2]。

第五，鉆孔結(jié)束后清除孔內(nèi)殘留物，孔底沉淀厚度不宜大于20 cm。

第六，鉆進(jìn)結(jié)束等待灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，對孔口進(jìn)行堵蓋并妥善保護(hù)，防止流進(jìn)污水和落入異物。

第七，當(dāng)灌漿孔周圍埋有基礎(chǔ)監(jiān)測儀器、止水片、槽鋼時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔偏斜，避免因鉆孔偏差導(dǎo)致儀埋設(shè)施、止水片損壞失效。

第八，對鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)的各種情況，如涌水、漏水、塌孔、掉塊、卡鉆、斷裂構(gòu)造、巖層、巖性變化及覆蓋層和混凝土厚度等均應(yīng)作詳細(xì)記錄，并將其反映在鉆孔綜合成果表中，作為確定加強(qiáng)灌漿、分析灌漿效果或孔內(nèi)保護(hù)措施及保護(hù)范圍的基本依據(jù)[3]。

第九，每個(gè)灌漿孔終孔后，采用測繩或量測孔內(nèi)鉆桿鉆具進(jìn)行孔深測量驗(yàn)收，并進(jìn)行終孔孔斜驗(yàn)收。

第十，拔管灌漿施工終孔驗(yàn)收結(jié)束后，對滿足終孔要求的灌漿孔進(jìn)行自下而上拔管灌漿。

3 施工質(zhì)量控制及成果

3.1 施工質(zhì)量控制

3.1.1事前控制措施

第一，采取GPS定位開孔位置。第二，委派經(jīng)驗(yàn)豐富的潛孔鉆操作人員。第三，選取較為合適的無縫鋼管作為鉆孔護(hù)壁跟管。第四，提前準(zhǔn)備應(yīng)急措施。

3.1.2事中控制措施

第一，定時(shí)抽檢灌漿孔孔斜質(zhì)量情況。第二，對發(fā)現(xiàn)問題的灌漿孔進(jìn)行整改。

3.2 施工質(zhì)量成果

鉆孔成果統(tǒng)計(jì)顯示，超過140m深的孔，在60～90 m間進(jìn)行變管操作（?194換?146）的孔成孔率為100%，且施工過程中未發(fā)生塌孔、孔斜大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的問題。鉆孔成果統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示。

4結(jié)束語

應(yīng)用超深壩體內(nèi)潛孔鉆施工方法，解決了本工程心墻內(nèi)充填灌漿的技術(shù)難題，保證了143 m超深灌漿孔的順利成孔，突破了壩體內(nèi)潛孔鉆施工的深度記錄，為電站新舊防滲墻搭接安全穩(wěn)定提供保障，以期相關(guān)技術(shù)為類似工程施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 王曉飛.拔管法灌注雙液漿工藝在青田水利樞紐臨時(shí)圍堰防滲工程中的應(yīng)用[J].四川水利，2017，38（6）：118-120.

[2] 殷國權(quán).向家壩水電站地下廠房蝸殼和壓力鋼管灌漿工藝[J].水電站設(shè)計(jì)，2012，28（3）：103-106.

[3] 王廷益，王來所.拔管法回填灌漿在鋼襯底部中的應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2009，25（S1）：66-67+73.