水利水電工程循環(huán)鉆進(jìn)法圍堰防滲墻施工應(yīng)用分析

趙大鵬

(遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，沈陽 110166)

0 引 言

沖擊鉆孔是架空嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)松散、含有大量塊石和孤石深厚覆蓋層防滲墻成槽施工中的首選機(jī)械設(shè)備，其中鉆劈法為傳統(tǒng)的成槽方法，其工藝流程如下：將槽段劃分成副孔與主孔，并利用沖擊鉆機(jī)在泥漿固壁條件下開展成槽施工；然后遵循先主孔、后副孔、再小墻和成槽的施工流程直至終孔[1-2]。目前，我國大多數(shù)工程都是使用CZ-6A型鉆機(jī)，初代的CZ-20型逐漸被替換淘汰，鉆具質(zhì)量最高達(dá)到5000kg，較最初的1000kg有明顯提升，成槽深度達(dá)到100m以上。對于槽孔較深的防滲墻工程，由于鉆具太重傳統(tǒng)的鉆劈法施工時存在許多不足，主要體現(xiàn)在：①施工時槽孔內(nèi)易出現(xiàn)埋鉆、卡鉆的情況，因小墻孔深及副孔、主孔相差較大，處理難度較大甚至?xí)幚硎。虎跈M孔易出現(xiàn)漏漿，處理不及時很容易發(fā)生大范圍的坍塌事故，槽孔坍塌、漏漿處理會延誤工程，并造成工程成本的增加；③小墻過窄、槽孔太深，施工難度較高，槽段內(nèi)易形成波浪形小墻給防滲墻工程質(zhì)量造成直接影響[3-6]。

針對深厚覆蓋層內(nèi)含有大量孤漂石的水電站圍堰防滲墻工程，若使用鉆劈法施工則很難達(dá)到工期和設(shè)計目標(biāo)[7]。鑒于此，文章結(jié)合深厚覆蓋層特點探討分析了循環(huán)鉆進(jìn)法圍堰防滲墻施工技術(shù)，并以太子河支流小湯河中游關(guān)門山水庫為例詳細(xì)論述了單元槽段成槽施工法。

1 循環(huán)鉆進(jìn)施工法

1.1 技術(shù)原理

對防滲墻單元槽段利用循環(huán)鉆進(jìn)法施工時，一般自上而下將深厚覆蓋層劃分成若干循環(huán)段，控制循環(huán)槽深10m，分段施工成槽。單元槽段內(nèi)，各循環(huán)成槽施工時劃分成副孔和主孔，在泥漿固壁條件下用沖擊鉆機(jī)施工，施工時遵循先主孔、后副孔、再小墻的工藝流程，控制主、副孔之間的錯開深度3m。施工完成主孔、副孔和小墻一個循環(huán)后則進(jìn)入下一循環(huán)施工，直至終孔。

1.2 工藝流程

循環(huán)鉆進(jìn)法成槽的主要流程如下：施工準(zhǔn)備→循環(huán)劃分→首次循環(huán)的主、副孔鉆進(jìn)和黏土回填(厚1m)及小墻施工→下一循環(huán)主、副孔及小墻施工→終孔完工。

1.3 技術(shù)要點

1)施工準(zhǔn)備。實際工程主要涉及制備泥漿、鉆機(jī)就位、安設(shè)水電系統(tǒng)、鉆機(jī)平臺鋪設(shè)、導(dǎo)墻施工等準(zhǔn)備工作。

2)施工循環(huán)劃分?？紤]槽孔具體深度將覆蓋成劃分成若干循環(huán)，并控制槽深以10m為最佳。

3)第一循環(huán)內(nèi)的主孔鉆進(jìn)和黏土回填(厚1m)、副孔及小墻施工。主孔施工時利用沖擊鉆機(jī)，控制孔深約10m，各主孔鉆進(jìn)至10m深時停止單元槽段主孔施工；將黏土回填至主孔內(nèi)，回填厚度1m，為下一循環(huán)主孔鉆進(jìn)和清孔提供有利條件；副孔作業(yè)時主要利用沖擊鉆機(jī)施工，各副孔鉆至7m深時停止操作，為便于下一循環(huán)施工控制主、副孔深度錯開3m，保持副孔和兩側(cè)小墻一同施工。

4)下一循環(huán)施工。首次循環(huán)完成后則進(jìn)入下一循環(huán)施工，各單元循環(huán)按照以上方法施工直至終孔。

實際工程中，應(yīng)用循環(huán)鉆進(jìn)法進(jìn)行防滲墻單元槽段成槽施工的優(yōu)點如下：①控制各循環(huán)的成槽深度不超過10m，槽段內(nèi)主、副孔及小墻高差相對較小，控制處于孔深10m范圍內(nèi)，防滲墻的施工槽深相當(dāng)于只有10m，有效降低了孔內(nèi)卡、埋鉆的發(fā)生概率。即使出現(xiàn)了卡、埋鉆的情況，將事故部位兩側(cè)的主孔或副孔加深使其超過卡、埋鉆孔深就可以提出鉆頭，操作處理比較簡單；②施工成槽時，若主、副孔坍塌或漏漿只需用泥漿等堵漏材料回填至該部位，堵住滲漏通道即可，這大大減小了重復(fù)鑿孔的工程量和投資成本；③循環(huán)施工時小墻深度≤10m，高度整體較低，只需小墻中心位置鉆進(jìn)即可，可有效避免波浪形小墻的形成。

2 實例應(yīng)用

2.1 工程概況

關(guān)門山水庫是一座以工農(nóng)業(yè)供水為主、兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖、防洪發(fā)電等功能的水利樞紐工程，總庫容7661萬m3，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級。

該工程主要由水電站、有壓泄洪輸水洞、河岸式有閘正堰溢洪道和混凝土面板堆石壩所組成。基坑開挖時擬利用防滲墻，其組成部分包括磨子溝擋水壩基及上、下游圍堰防滲墻，最大墻深80.5m，墻厚1.0m，基巖與墻底相嵌。采用塑性混凝土澆筑防滲墻墻體，設(shè)計指標(biāo)如表1所示。

表1 塑性混凝土防滲墻設(shè)計指標(biāo)

河床深厚覆蓋層內(nèi)修建上、下游圍堰防滲墻，覆蓋層厚處于60-75m范圍，從上至下可劃分成4層，具體如下：

1)第①層：砂土和礫、碎(卵)、漂(塊)、孤石層(厚度1-10m)。其中，砂土架空嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)松散，含量約10%；礫石含量約40%-50%，粒徑0.2-5.0cm之間；碎石含量為15%-20%，粒徑6-15cm之間；漂石含量為10%-20%，粒徑20-30cm之間；孤石含量5%左右，粒徑最高達(dá)到1.5m。

2)第②層：砂土和礫、碎(卵)、漂(塊)、孤石層(厚度16-36m)。其中，砂土含量約20%-30%；礫石含量約30%-40%，粒徑0.5-5.0cm之間；碎石含量為10%-20%，粒徑6-18cm之間；漂石含量為5%-10%，粒徑20-50cm之間；孤石含量5%左右，粒徑60-70cm之間。

3)第③層：黏質(zhì)粉土。該層厚度大，埋藏深，厚度10-20cm之間，頂層埋深達(dá)到26-40m，特殊條件下可能發(fā)生液化。

4)第④層：砂土和礫、碎(卵)、漂(塊)石層(厚度10-20m)。其中，砂土含量約20%-25%；礫石含量約60%-70%，粒徑0.5-5.0cm之間；碎石含量10%左右，粒徑6-10cm之間；漂石含量為5%，粒徑20-30cm之間。

2.2 防滲墻成槽施工

2.2.1 劃分槽段

綜合考慮槽內(nèi)預(yù)埋灌漿管的下設(shè)、接頭管的下設(shè)與拔起、施工設(shè)備布置以及工程區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件等因素合理劃分槽段[8]。鑒于深厚覆蓋層內(nèi)孤石、塊石和卵礫石較多，結(jié)構(gòu)松散已經(jīng)出現(xiàn)架空的實際情況，劃分槽段時不要過長；另外，為了滿足槽內(nèi)預(yù)埋灌漿管下設(shè)、接頭管起拔及施工的需要，劃分的槽段也不宜過短。一、二期槽標(biāo)準(zhǔn)槽段均設(shè)2副3主孔。主孔用3臺、副孔用2臺沖擊鉆機(jī)施工，在滿足預(yù)埋灌漿管、接頭管、混凝土澆筑等施工要求的基礎(chǔ)上，大大提高了設(shè)備利用率[9-10]。

2.2.2 施工成槽

工程選用ZZ-9型鉆機(jī)和CZ-6A型鉆機(jī)進(jìn)行防滲墻成槽施工，剛開始施工時也可選用傳統(tǒng)的鉆鑿法對圍堰防滲墻部分槽段進(jìn)行施工，如下游圍堰防滲墻的LT-10號、LT-8號槽段及上游圍堰防滲墻的HT-12號槽段，施工過程中采取先主孔、后副孔、再小墻的工藝流程。

1)下游圍堰防滲墻的LT-10號和LT-8號槽段施工時，在孔深40-60m范圍的粉質(zhì)黏土層中10號槽的3號副孔、1號主孔和8號槽的4號主孔、2副孔發(fā)生掉鉆和卡鉆。因小墻與主、副孔高差較大，耗時2個月僅將LT-10號槽1號主孔和LT-8號槽2號副孔內(nèi)的擴(kuò)孔器及鉆頭提上來，未將LT-10號槽3號副孔和LT-8號槽4號主孔內(nèi)的鉆頭提上來，鉆頭只能埋入孔內(nèi)。

2)上游圍堰防滲墻的HT-12號槽1號主孔鉆至56m深時出現(xiàn)卡鉆，由于主、副孔高差較大且鉆槽施工時又出現(xiàn)漏漿、坍塌和埋鉆的情況。最優(yōu)，將小墻及副孔施工到與主孔深度接近時才將鉆頭提上來，事故處理耗時接近1個月。

因此，坍塌、漏漿、卡埋鉆處理既費時費力，還會對施工進(jìn)度造成直接影響，下游較上游施工進(jìn)度滯后1個月。此次坍塌、漏漿、埋鉆、卡鉆事故處理后，考慮利用循環(huán)鉆進(jìn)法對剩余槽段進(jìn)行施工。施工過程中也出現(xiàn)了卡鉆、漏漿的情況，如在孔深60m處時上游HT-9號槽的2號副孔發(fā)生卡鉆事故，因兩側(cè)的3號、1號主孔鉆至65m深，與卡鉆深度相差不大，所以事故處理起來較為簡單，僅有2d就將鉆頭提上來。實踐表明，將傳統(tǒng)的鉆劈法利用循環(huán)鉆進(jìn)法替代，不僅可以減小埋鉆、卡鉆、坍塌及槽孔漏漿事故的發(fā)生概率和處理難度，還可加快圍堰防滲墻成槽施工進(jìn)度[11-13]。

2.3 施工效果

工程項目完工后，采用基坑抽排水、鉆孔全景圖像、鉆孔聲波CT成像、墻體對傳聲波測試、單孔聲波測試以及注水試驗的方法全面檢查了上下游圍堰防滲墻質(zhì)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)防滲墻質(zhì)量符合工程設(shè)計要求。

3 結(jié) 語

1)循環(huán)鉆進(jìn)法具有功效高、操作簡單、成槽進(jìn)度快等明顯特點，相比于鉆劈法可以提高10%以上的工效，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益。此外，該方法可以大大降低槽孔內(nèi)事故發(fā)生的概率、事故處理難度以及事故引起的安全風(fēng)險，在降低工程成本的同時還間接加快了施工進(jìn)度，工程經(jīng)濟(jì)效益明顯增大。

2)循環(huán)鉆進(jìn)法比較適用于結(jié)構(gòu)松散、孤(塊)石含量高、架空嚴(yán)重的防滲墻成槽施工，有效減小了槽內(nèi)波浪形小墻的形成概率，有利于提高防滲墻的整體質(zhì)量。