潛孔沖擊鉆在水庫大壩帷幕灌漿中的應用

于付川

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧丹東 118000)

潛孔沖擊鉆在水庫大壩帷幕灌漿中的應用

于付川

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧丹東 118000)

本文結合某水庫大壩帷幕灌漿施工,介紹了潛孔沖擊鉆在帷幕灌漿鉆孔施工的應用情況,以及施工中的應注意的事項。

大壩 帷幕灌漿 潛孔沖擊鉆 施工方法

1 引言

某水庫主壩為粘土心墻砂礫石壩,壩長735.63m,壩頂高程96.29m,最大壩高42.79m。主壩防滲體采用粘土心墻,在粘土心墻底部設有2m厚混凝土灌漿蓋板。灌漿蓋板底部設帷幕灌漿孔,孔距2m,0+050以左岸坡部位為雙排帷幕孔,其他部位均為單排帷幕孔,孔距2m,排距1.5m。孔深16～38m。

由于地質鉆機鉆孔效率低,無法滿足工期要求,后經灌漿試驗,采用潛孔沖擊鉆與地質鉆機相結合的方法進行鉆孔,在滿足工程施工質量的前提下,保證了工期。為了驗證沖擊回轉鉆在基礎灌漿工程中的適用性,在施工前進行了沖擊回轉鉆與回轉鉆機造孔生產性對比試驗。試驗選用鉆機機型為XY-150型回轉鉆機配φ60金剛石鉆頭,ECM580型潛孔鉆,配φ76合金鉆頭。

2 灌漿試驗

本工程為水利工程,施工時執行水利行業規范。因此剛開始時,由于監理、設計及施工各方對規范規定的理解存在分歧,導致對鉆孔方式存在爭議,監理及設計單位認為按照水利規范的規定,只能采用回轉鉆機鉆進。而施工方認為,水利規范中只是推薦采用回轉鉆機施工,并未規定禁止采用沖擊式及回轉沖擊式鉆機鉆進,而電力規范中明確列出“也可采用沖擊式或回轉沖擊式鉆機鉆進”,可見只要能保證鉆孔及灌漿質量,采用回轉鉆機、沖擊鉆機及回轉沖擊鉆機均可。

考慮到工期影響,后經各方協商,進行帷幕灌漿試驗,以最終檢查的灌漿質量滿足設計要求為準,來確定鉆孔方式。經各方聯合確定灌漿試驗部位,兩種鉆孔方式各進行5個孔的灌漿,除鉆孔孔徑不同之外,其他灌漿參數均相同。沖擊鉆鉆孔存在孔壁存在不平整的問題,如采用灌漿塞灌漿,則會存在封堵不嚴等問題,因此在提出使用沖擊鉆鉆孔方案時,已將此因素考慮在內,灌漿時采用孔口封閉孔內循環灌漿法。

從最終結果來看,采用兩種鉆孔方式施工的灌漿段,進行鉆孔取芯及壓水試驗,結果表明均滿足設計要求,且洗孔時間及效果、灌前壓水試驗、灌漿水泥注入率等均相差不明顯。經過試驗比較,最終各方均同意先導孔、檢查孔及岸坡部位采用回轉鉆機鉆孔,其他灌漿孔采用潛孔沖擊鉆鉆孔。

3 兩種鉆孔方式對比

3.1 潛孔沖擊鉆鉆孔及地質鉆機配金剛石鉆頭鉆孔原理

沖擊鉆鉆孔原理是,鉆機工作時,推進機構使鉆具連續推進,并使鉆頭始終與孔底巖石接觸。回轉機構使鉆具連續回轉。同時,裝在鉆桿前端的沖擊器,在壓氣的作用下,其活塞不斷沖擊鉆頭。鉆頭被沖擊后獲得能量,潛入孔底,產生使巖石受擠壓的沖擊力。鉆具回轉避免了鉆頭重復打擊在相同的鑿痕上,并產生了對孔底巖石起刮削作用的剪切力。在沖擊器活塞沖擊力和回轉機構的剪切力作用下,巖石不斷地被壓碎和剪碎。壓氣由回轉供氣機構進入,經由中空鉆桿直達孔底,把剪碎后的巖渣,從鉆桿與孔壁之間的環形空間吹到孔外,從而形成鉆孔。

地質鉆機配金剛石鉆孔原理是,由鉆機及鉆具自重提供一定的壓力,使鉆頭金剛石顆粒嵌入巖石,然后由鉆機帶動鉆桿產生回轉力,對巖石產生剪切破壞。冷卻水由中空鉆桿進入孔底,對鉆頭進行冷卻,并將鉆渣由鉆桿與孔壁之間的空隙帶出孔外。施工時需根據巖石情況確定鉆頭類型、鉆壓及轉速等。

3.2 鉆孔操作對比

ECM580型潛孔鉆機：為自行式鉆機,鉆身自重大,因此穩定性好;鉆臂可多方位調整角度,因此施工時角度、位置調整均較方便;鉆機本身可操控性優于地質鉆機。

地質鉆機：挪動、調整則較慢,地勢不平時,則需人工墊平或搭作業平臺。另外地質鉆機配套三角架挪動也較麻煩,尤其是對于帷幕灌漿分序分段施工來說,需要頻繁的移動。

3.3 鉆孔速度對比

本工程帷幕灌漿施工中,普通強風化、弱風化混合花崗巖采用地質鉆機鉆孔,平均效率約為10～30m/天,而采用潛孔鉆機鉆孔平均效率可達到120～200m/天,巖層越硬,兩種鉆機的對比效果越明顯。

3.4 鉆孔質量對比

(1)通過原理對比可見,沖擊鉆鉆孔主要靠強力沖擊,使巖石產生碎塊狀及粉末狀破壞,因此孔壁是凹凸不平的,由此可見這種鉆孔方式不適用自下而上灌漿塞法灌漿;而使用回轉鉆機配金剛石鉆頭鉆孔,孔壁光滑,可適用于各種灌漿方法。

(2)沖擊鉆鉆孔,由于其設備本身性能所限,不適于角度要求較嚴的傾斜帷幕灌漿孔鉆孔施工,在鉛直孔鉆孔過程中,我們通過采取安裝孔口管的方式來控制孔斜,另采取加強施工過程中的測斜工作,每段均進行測斜,發現有發生超過允許偏差可能時,則進行鉆孔糾偏,通過施工過程中采取的一系列手段,將孔向偏差基本控制在允許偏差范圍內。而使用地質鉆機鉆孔,對斜孔及鉛直孔施工均適用,雖然角度調整操作較困難,但通過相同的孔向控制措施,相對來說更容易保證。

(3)潛孔沖擊鉆鉆孔是全斷面破碎,產生的鉆渣較多,鉆渣靠壓縮風吹出孔外,會有大量的鉆渣會粘附在孔壁上,堵塞孔壁裂隙,因此對灌漿來說不利。在施工中,我們通過加強孔壁及裂隙沖洗作業,確保盡可能將鉆渣沖洗干洗,將不利影響降到最低。實際進行鉆孔沖洗時,通入大流量高壓清水,返渣量相對多一些,但是在裂隙沖洗時,和地質鉆機鉆孔的灌漿孔情況差不多,沒有明顯的區別,說明鉆渣沒有進入裂隙。

而使用地質鉆機鉆孔,鉆渣相對來說較少且較細較均勻(由于巖層破碎產生的掉塊現象除外),并能夠及時通過冷卻水沖洗出來,因此其對鉆孔裂隙產生的不利于灌漿影響較小。

4 結語

通過灌漿試驗及后期灌漿施工效果驗證,潛孔沖擊鉆用于孔口封閉帷幕灌漿鉛直孔鉆孔施工,其速度優勢明顯,只要在施工中采取適當的措施,控制鉆孔孔斜,并加強灌漿孔沖洗,其施工質量可滿足規范要求。因此在工程量大、施工工期緊的情況下,可以考慮采用。另一點需要注意的是由于潛孔沖擊鉆在鉆鉛直孔時,使用壓縮空氣進行排渣,當孔深達到一定深度時,排渣困難,因此其鉆孔深度受到限制。實際施工時,可根據鉆機性能及灌漿孔深合理選擇。

于付川,(1970年08月18日—),男,漢族,遼寧省丹東市人,本科,高級工程師,從事水利水電施工、市政基礎設施、房屋建筑行業,身份證號碼：210624197008187813,畢業院校：北京水電學院。