水利水電工程循環鉆進法圍堰防滲墻施工應用分析

趙大鵬

(遼寧省水資源管理集團有限責任公司，沈陽 110166)

0 引 言

沖擊鉆孔是架空嚴重、結構松散、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械設備，其中鉆劈法為傳統的成槽方法，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，我國大多數工程都是使用CZ-6A型鉆機，初代的CZ-20型逐漸被替換淘汰，鉆具質量最高達到5000kg，較最初的1000kg有明顯提升，成槽深度達到100m以上。對于槽孔較深的防滲墻工程，由于鉆具太重傳統的鉆劈法施工時存在許多不足，主要體現在：①施工時槽孔內易出現埋鉆、卡鉆的情況，因小墻孔深及副孔、主孔相差較大，處理難度較大甚至會處理失?。虎跈M孔易出現漏漿，處理不及時很容易發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，槽段內易形成波浪形小墻給防滲墻工程質量造成直接影響[3-6]。

針對深厚覆蓋層內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到工期和設計目標[7]。鑒于此，文章結合深厚覆蓋層特點探討分析了循環鉆進法圍堰防滲墻施工技術，并以太子河支流小湯河中游關門山水庫為例詳細論述了單元槽段成槽施工法。

1 循環鉆進施工法

1.1 技術原理

對防滲墻單元槽段利用循環鉆進法施工時，一般自上而下將深厚覆蓋層劃分成若干循環段，控制循環槽深10m，分段施工成槽。單元槽段內，各循環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后則進入下一循環施工，直至終孔。

1.2 工藝流程

循環鉆進法成槽的主要流程如下：施工準備→循環劃分→首次循環的主、副孔鉆進和黏土回填(厚1m)及小墻施工→下一循環主、副孔及小墻施工→終孔完工。

1.3 技術要點

1)施工準備。實際工程主要涉及制備泥漿、鉆機就位、安設水電系統、鉆機平臺鋪設、導墻施工等準備工作。

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

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

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

實際工程中，應用循環鉆進法進行防滲墻單元槽段成槽施工的優點如下：①控制各循環的成槽深度不超過10m，槽段內主、副孔及小墻高差相對較小，控制處于孔深10m范圍內，防滲墻的施工槽深相當于只有10m，有效降低了孔內卡、埋鉆的發生概率。即使出現了卡、埋鉆的情況，將事故部位兩側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，這大大減小了重復鑿孔的工程量和投資成本；③循環施工時小墻深度≤10m，高度整體較低，只需小墻中心位置鉆進即可，可有效避免波浪形小墻的形成。

2 實例應用

2.1 工程概況

關門山水庫是一座以工農業供水為主、兼顧水產養殖、防洪發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?；娱_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，設計指標如表1所示。

表1 塑性混凝土防滲墻設計指標

河床深厚覆蓋層內修建上、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，砂土架空嚴重、結構松散，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：黏質粉土。該層厚度大，埋藏深，厚度10-20cm之間，頂層埋深達到26-40m，特殊條件下可能發生液化。

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

綜合考慮槽內預埋灌漿管的下設、接頭管的下設與拔起、施工設備布置以及工程區內的地質條件等因素合理劃分槽段[8]。鑒于深厚覆蓋層內孤石、塊石和卵礫石較多，結構松散已經出現架空的實際情況，劃分槽段時不要過長；另外，為了滿足槽內預埋灌漿管下設、接頭管起拔及施工的需要，劃分的槽段也不宜過短。一、二期槽標準槽段均設2副3主孔。主孔用3臺、副孔用2臺沖擊鉆機施工，在滿足預埋灌漿管、接頭管、混凝土澆筑等施工要求的基礎上，大大提高了設備利用率[9-10]。

2.2.2 施工成槽

工程選用ZZ-9型鉆機和CZ-6A型鉆機進行防滲墻成槽施工，剛開始施工時也可選用傳統的鉆鑿法對圍堰防滲墻部分槽段進行施工，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號副孔內的擴孔器及鉆頭提上來，未將LT-10號槽3號副孔和LT-8號槽4號主孔內的鉆頭提上來，鉆頭只能埋入孔內。

2)上游圍堰防滲墻的HT-12號槽1號主孔鉆至56m深時出現卡鉆，由于主、副孔高差較大且鉆槽施工時又出現漏漿、坍塌和埋鉆的情況。最優，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，還會對施工進度造成直接影響，下游較上游施工進度滯后1個月。此次坍塌、漏漿、埋鉆、卡鉆事故處理后，考慮利用循環鉆進法對剩余槽段進行施工。施工過程中也出現了卡鉆、漏漿的情況，如在孔深60m處時上游HT-9號槽的2號副孔發生卡鉆事故，因兩側的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，將傳統的鉆劈法利用循環鉆進法替代，不僅可以減小埋鉆、卡鉆、坍塌及槽孔漏漿事故的發生概率和處理難度，還可加快圍堰防滲墻成槽施工進度[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量，結果發現防滲墻質量符合工程設計要求。

3 結 語

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

2)循環鉆進法比較適用于結構松散、孤(塊)石含量高、架空嚴重的防滲墻成槽施工，有效減小了槽內波浪形小墻的形成概率，有利于提高防滲墻的整體質量。