江邊水電站防滲墻造孔事故處理

胡建純

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410007)

1 問題的提出

江邊水電站壩區(qū)位于四川省九龍縣踏卡河口至岱家溝口的九龍河段上，河床呈不對(duì)稱U形，兩岸山體高聳雄厚，谷坡陡峭，谷底地形寬緩。水電站大壩基礎(chǔ)基本坐落在深厚覆蓋層上，基礎(chǔ)防滲結(jié)構(gòu)主要是采用懸掛式防滲墻防滲，墻體左岸至右岸總長度256.4m，從左至右共分39個(gè)槽段進(jìn)行施工，設(shè)計(jì)混凝土防滲墻軸線平面布置為折線型，防滲墻體厚0.8 m，最深處達(dá)44.7 m。防滲墻施工是整個(gè)江邊水電站施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)鍵線路上的關(guān)鍵工作，如它發(fā)生滯后，將會(huì)造成整個(gè)工程的進(jìn)度滯后。

江邊水電站防滲墻采用沖擊鉆造槽施工，膨潤土和粘土混合料制漿護(hù)壁，其中膨潤土采用湖南澧縣的鈣質(zhì)膨潤土，粘土取自當(dāng)?shù)?。防滲墻根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，應(yīng)于2008年5月開始施工，于2010年5月底施工完畢。實(shí)際施工過程中，防滲墻在2008年5月開始施工至2009年12月，因地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及其他各種因素影響，防滲墻造孔過程中，經(jīng)常性發(fā)生漏漿、槽孔坍塌、卡鉆、埋鉆及地下水侵襲沖刷跨槽、平臺(tái)塌陷等多種質(zhì)量事故。從開始施工到2009年12月，共發(fā)生了槽孔坍塌12次，埋掉鉆頭6個(gè)，地下水侵襲沖刷15 m，平臺(tái)坍塌3次。因這些質(zhì)量事故的出現(xiàn)，致使防滲墻造孔困難，不僅使防滲墻施工成本急劇增加，更重要的是使防滲墻施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后，從2008年5月開始施工到2009年12月，防滲墻施工才完成20個(gè)槽段，時(shí)間過去了3/4，但實(shí)際完成進(jìn)度才50%，防滲墻施工成為了制約江邊水電站整個(gè)施工進(jìn)度的關(guān)鍵。

2 造孔事故原因分析

為解決施工過程中出現(xiàn)的各種造孔事故，加快防滲墻成槽的施工進(jìn)度，從地質(zhì)條件、施工方法、施工環(huán)境等方面入手，經(jīng)充分分析事故出現(xiàn)的原因，主要由以下幾方面的因素造成的。

2.1 地質(zhì)條件影響

江邊水電站大壩區(qū)域出露地層主要為二疊系下甲黃溝群和第四系沖積層、崩坡積地層，勘探揭示河流右側(cè)至堆積臺(tái)地前緣一帶分布有埋藏古河槽，槽底高程為1 684左右，其右岸崩坡積礫石厚度約29 m～18.6 m(最深達(dá)80多米)，堆積體層結(jié)構(gòu)松散，局部架空，粒徑組成差異很大，大都由礫石、孤石、崩積塊石組成，粒徑20 cm～40 cm為主，最大孤石達(dá)2 m～3 m，分布極不均勻，而且積砂層、粉砂層分布廣泛，含量較高，對(duì)防滲墻槽段造孔施工帶來極大的不利。施工過程中發(fā)現(xiàn)，在鉆進(jìn)3 m～6 m層時(shí)，槽孔內(nèi)失水、泥漿滲漏嚴(yán)重，在7 m～25 m層時(shí)，槽孔內(nèi)常發(fā)生坍塌、埋鉆和卡鉆等事故。

2.2 地下水位影響

依據(jù)施工規(guī)范規(guī)定，防滲墻施工時(shí)，地下水位應(yīng)低于槽段孔口水位2 m以下，在實(shí)際施工時(shí)，槽內(nèi)水位沒有滿足這一條件，雖然基坑四周采用了防滲措施，但因江邊水電站基礎(chǔ)為深厚覆蓋層，地下水滲透仍然比較嚴(yán)重，這樣就造成了孔內(nèi)水頭高度不夠或孔內(nèi)出現(xiàn)了承壓水，引起水流沖刷，造成塌孔、埋鉆、卡鉆，甚至平臺(tái)坍塌等質(zhì)量事故，此種情況在整個(gè)槽段的關(guān)門槽施工中表現(xiàn)尤其明顯。關(guān)門槽段處就發(fā)生了塌孔6次，導(dǎo)墻開裂和卡鉆4次，鉆頭損失兩個(gè)。

2.3 施工方法不完善

江邊水電站防滲墻成孔事故的出現(xiàn)，也與施工方法密切相關(guān)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，發(fā)現(xiàn)防滲墻進(jìn)尺時(shí)速度太快。同時(shí)在鉆進(jìn)時(shí)，沖擊鉆頭撞擊孔壁。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在含有漂卵塊石的砂礫石地層中成孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，要勤放繩和少放繩，同時(shí)在提升過程中，不能有鉆頭碰撞孔壁，這樣才能減少槽孔坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 護(hù)壁泥漿影響

所用混合泥漿的相對(duì)密度不夠，起不到可靠的護(hù)壁作用。江邊水電站防滲墻護(hù)壁采用的是由膨潤土和粘土組成的混合泥漿，密度只有1.1 g/cm3，密度偏小。因江邊水電站防滲墻所處地層含有大量的漂卵塊石，在此種地層中成孔時(shí)，泥漿密度應(yīng)增大，如過小，不利于孔壁的穩(wěn)定和不能起到堵漏防漏的作用，易造成槽孔坍塌和泥漿滲漏。另外，粘土含沙量大，降低了泥漿的粘性和稠度，也影響了泥漿護(hù)壁效果。

2.5 供電影響

江邊所處位置偏僻，施工供電網(wǎng)絡(luò)很不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)施工過程中無征兆停電。當(dāng)突然停電時(shí)，鉆具未能及時(shí)提起，容易造成鉆渣沉積，造成卡鉆。同時(shí)因停電，槽孔內(nèi)不能及時(shí)補(bǔ)充混合均勻的泥漿，致使泥漿不能起到充分的固壁作用，也容易造成槽孔坍塌。

3 成孔事故處理措施

根據(jù)以上分析，針對(duì)成孔過程中出現(xiàn)的各種事故，在后續(xù)施工中，我們采取了以下措施。

3.1 遇大孤石鉆進(jìn)處理

因地質(zhì)條件中含有大量的漂卵塊石，在施工中如遇到大孤石粒徑超過2 m，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)1.8 m深先導(dǎo)孔，實(shí)行孔內(nèi)定向爆破。爆破時(shí)，嚴(yán)格控制裝藥量，以達(dá)到震裂孤石為目的，當(dāng)孤石開裂后再用沖擊鉆鉆進(jìn)。對(duì)于孤石較偏離槽段中心，又影響進(jìn)尺和容易造成孔斜的情況，我們?cè)谑┕ぶ胁捎觅N炮解爆形式，造成巖石部分分裂，有效解決了造孔施工問題，效果相當(dāng)明顯。

3.2 對(duì)地下水侵襲影響成孔的處理

根據(jù)防滲墻槽段所處位置，采取降低施工區(qū)域內(nèi)地下水位的方法，以減少地下水對(duì)槽段的施工影響，防止槽內(nèi)出現(xiàn)承壓水。具體做法是:在防滲墻軸線上游面布置一道深5 m寬3 m左右的截水槽，安裝抽排水設(shè)施，使地下水位降低到低于槽口2 m以下的位置，消除其對(duì)槽段孔壁的水頭壓力，從而提高了泥漿固壁的有效性;另外在特別槽段(如關(guān)門槽)附近最低位置布置深水井，安裝鋼筋籠，然后布設(shè)抽排水設(shè)施排除地下水，這樣可以使施工槽段內(nèi)水位高于外部地下水位，使地下水對(duì)槽段的施工影響能消除在有效范圍內(nèi)，從而相對(duì)增大了槽內(nèi)泥漿對(duì)孔壁的壓力，使泥漿起到良好的護(hù)壁效果。該抽排截流阻水措施真正解決了尤其來自施工圍堰滲水、導(dǎo)流明渠地下滲水等多方面的破壞因素，能有效防止了造槽施工中坍塌事故頻繁發(fā)生，從而提高了功效。

3.3 槽孔坍塌、漏漿事故處理

根據(jù)施工中出現(xiàn)的槽孔坍塌問題:1)采用適當(dāng)?shù)哪酀{性能指標(biāo)，增大混合泥漿的密度至1.2 g/cm3，保證泥漿的質(zhì)量，防止廢水流入槽孔內(nèi)。同時(shí)采用含砂率較小的粘土，以提高泥漿的護(hù)壁作用。2)儲(chǔ)備足夠的泥漿和堵漏材料(鋸末、洞渣等)，當(dāng)發(fā)生大量漏漿時(shí)，及時(shí)堵漏和補(bǔ)漿，避免槽孔內(nèi)漿面下降過多造成塌孔。3)回填槽孔后重新造孔。在槽孔內(nèi)回填時(shí)，開始我們采用C10混凝土填槽后再重新進(jìn)行造孔的施工方法，但由于混凝土回填后存在弊端(如齡期過短，則混凝土強(qiáng)度很低，重新造孔時(shí)槽壁處混凝土容易剝落，不能起到固壁的作用;如齡期較長，則因混凝土強(qiáng)度較高鉆進(jìn)困難，而且振動(dòng)較大，對(duì)槽段的穩(wěn)定很不利)，同時(shí)，回填混凝土的施工成本比較大，對(duì)工期也不利。4)決定采用洞渣、鋸末和黃土的摻合料進(jìn)行槽段內(nèi)回填，每填筑1 m深洞渣，再回填一層0.5 m深的一層粘土(摻鋸末)。然后重新造孔，使洞渣和鋸末在沖擊鉆錘的不斷作用下，往兩邊孔壁中擠壓和擴(kuò)張，從而達(dá)到堵塞滲漏通道、密實(shí)孔壁、預(yù)防槽孔坍塌的作用。如果回填一次效果不明顯，再進(jìn)行二次回填和造孔。

3.4 卡鉆埋鉆事故預(yù)防及處理措施

為防止在造孔過程中出現(xiàn)卡鉆、埋鉆等事故的發(fā)生:1)當(dāng)機(jī)械停運(yùn)一段時(shí)間時(shí)，將鉆頭提離孔底2 m(至孔口更好)。2)禁止使用變質(zhì)泥漿，回收的泥漿必須通過振動(dòng)篩、旋流器或沉淀池處理，再加適量的新泥漿，保證泥漿的質(zhì)量。3)施工中做好孔口保護(hù)工作，鉆頭升降時(shí)，避免碰擊孔壁，以防孔壁的石塊掉入槽孔內(nèi)。

如發(fā)生卡鉆、埋鉆等事故，先查明事故發(fā)生的原因，再確定適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，避免處理不?dāng)損傷鋼絲繩和鉆頭提梁造成吊鉆和加大槽孔的坍塌。

本工程處理卡鉆事故主要措施有:1)對(duì)于下卡，先反沖，并用弧鏟沖擊鉆脖四周，當(dāng)鉆頭卡鉆比較嚴(yán)重時(shí)，采用弧鏟或鋼棒將裝有炸藥的鐵筒放至鉆頭下0.4 m左右爆破，待鉆頭松動(dòng)后再提起。2)對(duì)于已成槽的孔內(nèi)卡鉆，將鉆機(jī)向左(右)移動(dòng)1 m左右，利用主繩反沖或主卷揚(yáng)機(jī)斜拉鉆頭進(jìn)行處理，也可用抽砂筒放至鉆頭下部，上下反復(fù)，待鉆頭松動(dòng)后提出。3)當(dāng)因梅花孔(造孔質(zhì)量控制不嚴(yán)，孔斜)原因造成卡鉆時(shí)，采用鉆頭反轉(zhuǎn)并多次向上提升，待鉆具提升后再重新造孔糾正孔斜。

當(dāng)發(fā)生槽內(nèi)埋鉆事故時(shí):1)在鉆頭旁邊打一孔，鉆至被埋鉆頭底深2 m～5 m的地方，然后采用爆破和反沖等方法來處理。2)用跟管鉆進(jìn)至鉆頭底部，然后取芯放炮。3)用高壓水(氣)沖散鉆頭周圍的土渣的同時(shí)再反沖鉆頭。4)用弧鏟在被埋鉆具旁邊沖出小孔后再采用孔內(nèi)爆破處理。

3.5 配備充足的備用電源

針對(duì)江邊水電站施工所用主供電網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，在防滲墻成孔施工過程中，配備了兩臺(tái)500 kW的柴油發(fā)電機(jī)，其功率滿足沖擊鉆同時(shí)運(yùn)行，并安排專人負(fù)責(zé)使用和維護(hù)，當(dāng)主電網(wǎng)突然停電時(shí)，備用電源能在15 min之內(nèi)投入使用，保證及時(shí)將鉆具提出槽孔。由于備用電源的配備，有效防止了因突然停電槽孔坍塌時(shí)出現(xiàn)的卡鉆事故發(fā)生。

4 造孔事故處理結(jié)果

通過采取以上措施后，防滲墻造孔基本上未發(fā)生塌孔、漏漿、卡鉆、平臺(tái)坍陷等事故。從2010年1月至2010年7月共成槽19個(gè)，其施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，挽回工期損失3個(gè)月，實(shí)際施工進(jìn)度只比預(yù)計(jì)的施工進(jìn)度滯后1個(gè)月。質(zhì)量和進(jìn)度均得到了業(yè)主和監(jiān)理的一致好評(píng)，處理措施得當(dāng)，取得了比較好的效果。

5 結(jié)語

造孔是防滲墻施工中的主要工序，影響因素眾多，易發(fā)生各種造孔事故，進(jìn)而影響到整個(gè)工程工期的如期實(shí)現(xiàn)。江邊水電站防滲墻成孔時(shí)，通過采取降低地下水位對(duì)造孔槽段的影響和槽孔內(nèi)回填洞渣、鋸末、粘土等材料后重新成孔及改進(jìn)施工方法、改善外部施工環(huán)境等措施，有效避免了成孔過程中各種事故的發(fā)生，對(duì)保證總體工程進(jìn)度起到了很大作用，同時(shí)對(duì)以后類似地質(zhì)條件下防滲墻成孔事故處理具有一定借鑒意義。

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