鉆劈法施工在某核電廠取水口圍堰防滲墻施工中的應(yīng)用及質(zhì)量控制

王貴兵，陳志星，王蘇昇，羅 鵬

(中核霞浦核電有限公司，福建 霞浦 355100)

1 工程概況

某核電廠取水口防滲圍堰采用內(nèi)側(cè)貼靠取水南堤的大圍方案，在新建圍堰、東堤、西堤上布置防滲設(shè)施，圍堰地基處理采用砂樁排水預(yù)壓法，防滲墻采用塑性混凝土地連墻。取水口東西向干施工圍堰平行于取水南堤布置，新建圍堰總長度為580 m，平行內(nèi)護岸軸線方向打設(shè)砂樁處理，防滲墻總長度為1 343 m。總體分為兩個階段，第一階段進行取水東堤、取水西堤防滲墻施工；第二階段取水口新建圍堰達到+5.0 m標高后，進行取水南堤的防滲墻施工。防滲墻墻厚0.8 m，深度為40～55 m，墻頂標高+5.0 m，防滲墻底部進入弱透水層不小于2 m。

依據(jù)廠區(qū)總體施工進度安排，首先實施護岸工程，再實施導(dǎo)流堤工程，形成掩護后實施臨時工程(防滲設(shè)施)，防滲設(shè)施形成干施工條件后，開挖部分護岸和回填區(qū)，干地現(xiàn)澆建設(shè)泵房、直立翼墻、引水暗涵和八字口。因此，防滲墻質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到圍堰是否阻水和聯(lián)合泵房基坑開挖及結(jié)構(gòu)主體工程等施工，其意義十分重大。

2 圍堰地質(zhì)條件

取水明渠地段，海底標高為-5.2～-11.85 m，相對高差約6.65 m，海底地形起伏不大，靠近海岸地段地形起伏較大，海底地形復(fù)雜，北側(cè)高，南側(cè)低，局部有暗礁分布。

取水東、西堤北側(cè)靠近山體，防滲墻施工的整個堤身由上至下依次為爆破擠淤拋石堤、泥石混合層、粉質(zhì)黏土層，局部夾薄層粉細砂、碎石，基巖為長石斑巖(ξλπ53e)、花崗斑巖(γπ53d)。

取水南堤(新建圍堰)第一段斷面由上至下依次為分級加載堤身、兩層復(fù)合土工格柵、爆破擠淤石舌、泥石混合層、粉質(zhì)黏土層，局部夾薄層粉細砂、碎石，基巖為長石斑巖(ξλπ53e)、花崗斑巖(γπ53d)。新建圍堰第二段斷面由上至下依次為分級加載堤身、兩層復(fù)合土工格柵、5 m厚中細砂墊層、砂樁、爆破擠淤石舌、泥石混合層、粉質(zhì)黏土層，局部夾薄層粉細砂、碎石，基巖為長石斑巖(ξλπ53e)、花崗斑巖(γπ53d)。新建圍堰第三段斷面由上至下依次為分級加載堤身、兩層復(fù)合土工格柵、5 m厚中細砂墊層、砂樁、粉質(zhì)黏土層，局部夾薄層粉細砂、碎石，基巖為長石斑巖(ξλπ53e)、花崗斑巖(γπ53d)。

3 影響防滲墻成槽施工的不利因素

1)新建圍堰回填石料粒徑較大，堤身與取水東、西堤經(jīng)爆破擠淤以及長期的沉降形成的穩(wěn)定堤身不同，回填塊石不密實，整個堤身漏失性較大，成槽過程中泥漿漏失，造成塌槽；

2)新建圍堰防滲墻在軟基處理形成的堤身成槽，在砂墊層及砂樁區(qū)域，因為砂層自穩(wěn)能力較差，無黏聚力，自身有一定的流動性，成槽過程中受到較大影響，造成塌槽；

3)施工水位影響，由于工程地點潮差較大，大潮潮差約6 m，在東、西堤防滲墻施工完成形成防滲效果時，外側(cè)海水只能通過新建圍堰流入內(nèi)側(cè)港池，根據(jù)現(xiàn)場測量，高潮時圍堰內(nèi)外側(cè)水位差約1 m，尤其在大潮汛期間，內(nèi)外側(cè)潮水漲落對槽孔內(nèi)部影響較大，成槽施工時承受較大的水壓力。

本文根據(jù)離散資源的不同類型，對應(yīng)地適用不同的極大相容公理組，然后給出該類分配的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型以及最優(yōu)的分配方法.

4 防滲墻成槽施工方法選擇

目前各種混凝土防滲墻施工技術(shù)對比分析，見表1。

表1 混凝土防滲墻施工技術(shù)對比分析表Table 1 Concrete cutoff wall construction technology comparative analysis table

本工程地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、防滲墻設(shè)計深度較深、墻體較厚、工程量大、工期要求緊，根據(jù)表1對各類防滲墻施工方法及其優(yōu)缺點進行分析，為了確保防滲墻的施工質(zhì)量、成本、進度，確定采用鉆劈法成槽工藝進行施工，鉆劈法設(shè)備采用CZ-6、CZ-8沖擊鉆機。CZ-6功率為55 kW，CZ-8功率為75 kW，泥漿泵功率為22 kW，沖擊錘重3.2 t。

5 鉆劈法成槽試驗

為了驗證鉆劈法施工的可行性，在東堤選取了3個槽段進行鉆劈法成槽試驗，其中東堤靠山體的一個槽段長6.0 m，靠東堤中間段的兩個槽段長6.8 m。試驗槽段采用鉆劈法成槽到設(shè)計深度41 m時，成槽工效平均15天/槽段，且未出現(xiàn)塌槽，鉆劈法成槽試驗成功。

6 鉆劈法成槽施工方法

6.1 防滲墻成槽施工工藝流程

防滲墻成槽施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖Fig.1 Construction process flow chart

6.2 成槽施工

成槽施工依照預(yù)先排好的施工順序進行。成槽時應(yīng)及時補漿防止塌槽，泥漿液面保持在頂面以下300～500 mm范圍。成槽方法是先采用沖擊鉆鑿主孔，然后鑿副孔。劈打副孔時，在兩側(cè)主孔中放置接砂斗接劈落的鉆碴。由于在劈打副孔時有部分鉆碴落入主孔內(nèi)，因此需重復(fù)劈打主孔。當采用擊鉆機造孔時，鉆鑿主孔和打回填均采用抽砂筒出碴。主、副孔鉆完后，會留下一些殘余部分，需要從上至下清除干凈。這樣就形成一個寬度和深度滿足設(shè)計要求的槽孔。沖擊鉆機在鉆進軟弱地層時采用小沖程(500～800 mm)、高頻次(45次/min)、少放鋼繩的鉆進方法。主副孔齊頭并進施工，即先施工主孔2～3 m，然后施工副孔2～3 m，再繼續(xù)施工主孔，周而復(fù)始，這樣施工可有效避免主孔施工時相鄰副孔塌孔問題。相鄰主孔終孔深度差應(yīng)不大于1 m，其中間副孔深度與較深的主孔之差不大于相鄰兩主孔孔深之差的1/3；相鄰主孔的終孔深度之差大于1 m時，其中間副孔應(yīng)取巖樣進行基巖鑒定，但終孔深度之差不大于1 m，且副孔孔底高程不得高于兩主孔高程的中間位置。

7 鉆劈法成槽過程及成槽效果評價

7.1 槽段劃分

東、西堤塑性混凝土防滲墻共劃分為110個單元槽段，新建圍堰共劃分為129個單元槽段，分兩序間隔造孔成槽、澆筑墻體混凝土，Ⅰ期槽段長6.0 m，Ⅱ期槽段長6.8 m。其中，Ⅰ期槽孔先施工，Ⅱ期槽孔后施工。

圖2 Ⅰ、Ⅱ期成槽示意圖Fig.2 Diagram of grooving in stage Ⅰ and Ⅱ

圖3 鉆劈法槽孔劃分示意圖Fig.3 Drilling and splitting method slot division diagram

鉆劈法槽孔劃分示意圖①～⑤表示槽孔序號，分為Ⅰ期槽Ⅱ期槽。①、⑤端作為接頭孔施工連接槽段。一期槽孔由3個孔徑為0.8 m的主孔和2個孔長為1.8 m的副孔組成，槽段長為6.0 m；二期槽孔(不包括槽孔兩端接頭管形成的端孔)由1個主孔(孔徑為0.8 m)和2個副孔(孔長2.2 m)組成，槽段長6.8 m。

7.2 漏漿處理

漏漿部位一般發(fā)生在拋填開山石孔隙較大部位、潮水較大時及拋填層與基巖接觸部位。發(fā)生嚴重的漏漿時，易引起塌槽，現(xiàn)場應(yīng)立即中斷槽孔施工，泥漿循環(huán)停止，并立即向槽孔內(nèi)加注滿足要求的泥漿，保持漿面高度。前期向泥漿中摻加堵漏材料，如黏土、棉籽殼、鋸末、紙屑等，使用本方法后堵漏效果不夠明顯。后期改用水泥漿和直接向槽孔內(nèi)倒入袋裝水泥、袋裝水玻璃、膨潤土造漿堵漏，漏漿得到有效控制。漏漿嚴重時，對槽孔進行黏土回填，以防塌槽，處理完畢后，重新造孔。

7.3 塌槽預(yù)防及效果評價

1)取水東堤、西堤于2017年完成堤身爆破擠淤施工，2017年9月開始此區(qū)域的防滲墻施工，并于2018年1月24日前完成，歷時5個月。取水東堤、西堤進行防滲墻成槽施工時，采用黃土進行泥漿護壁，造孔成槽比較順利，共 110個槽段，未出現(xiàn)塌槽現(xiàn)象。

2)新建圍堰第一段防滲墻施工，共20個槽段，此部分區(qū)域底部位于爆炸擠淤形成的石舌上，上部為松散且大小不均的回填石料，滿足設(shè)計要求實測沉降曲線推算的固結(jié)度達到90%且后期連續(xù)10天內(nèi)沉降速率≤2.5 mm/d時，進行防滲墻施工，由于采用黃土進行泥漿護壁，此部分漏漿嚴重，使得泥漿黏稠度較小，不能有效護壁，施工期間塌槽嚴重，10個Ⅰ期槽段有7個塌孔，塌槽率為70%，其中QXJWY-5槽段塌槽2次，塌槽深度主要位于防滲墻深度20～30 m位置(見圖4)。

圖4 QXJWY-01～QXJWY-20槽段Ⅰ期槽塌塌槽孔位及深度Fig.4 QXJWY-01～QXJWY-20 slot collapse slot hole location and depth

針對Ⅰ期槽漏漿影響塌孔的現(xiàn)象，在進行新建圍堰第一段Ⅱ期槽施工時，成孔過程中采用外購優(yōu)質(zhì)海泥造漿配合黃土造漿，增加護壁泥漿的黏稠度，成功地降低了塌槽率。進行Ⅱ期槽段成槽施工時，只有2個槽段塌孔，分別為QXJWY-08和QXJWY-20，塌槽率為20%，處理效果明顯。

3)新建圍堰第二段防滲墻施工，總共44個槽段，共40個槽段塌孔，塌槽率為91%。塌槽部位多集中于防滲墻深度為10～20 m(見圖5)，此部分為砂墊層底部砂樁區(qū)域。

圖5 第二段槽段塌槽孔位及深度Fig.5 Location and depth of the second slot hole

塌槽原因分析：1)新建圍堰二段坐落于砂樁和砂墊層上，上層為碎石層，在砂墊層及砂樁區(qū)域，砂層自穩(wěn)能力較差，無黏聚力，自身有一定的流動性，成槽過程中受到較大影響，造成塌槽；2)受每月大潮水影響，每月大潮潮差較大，孔內(nèi)泥漿護壁受海水反復(fù)侵蝕導(dǎo)致塌孔；3)新建圍堰二段回填石料松散且大小不一；4)受每月大潮潮差較大影響，孔內(nèi)泥漿護壁受海水反復(fù)侵蝕導(dǎo)致塌孔；5)樁機間距較小，相鄰樁機間振動力影響，導(dǎo)致塌孔。

取水口新建圍堰第三段防滲墻在軟基上成型，下層包括粉砂層、砂樁樁身、砂墊層。針對新建圍堰第二段防滲墻成槽嚴重塌槽現(xiàn)象，在進行第三段施工時進行了調(diào)整。具體采取如下措施：

1)縮短Ⅰ期、Ⅱ期槽段長度，Ⅰ期槽長度由原來6 m調(diào)整為3.4 m，Ⅱ期槽長度由原來6.8 m調(diào)整為6 m(見圖6)。槽段長度減小，縮短了單個槽段的成槽時間，能夠盡快澆筑混凝土，防止塌槽出現(xiàn)；

圖6 取水口新建圍堰第三段槽段劃分示意圖Fig.6 Division diagram of the third section of the new cofferdam at the water intake

2)防滲墻成槽沖孔至10 m左右時，灌入水泥漿和速凝劑，對槽壁進行加固，增強槽孔的穩(wěn)定性；

3)針對大潮汛影響，盡可能在大潮汛來臨前完成已經(jīng)成槽較深的槽段并澆筑完成，避開大潮汛時段；

4)考慮到堤身滿布沖擊鉆，鉆機距離較近，鉆機的振動影響槽孔的穩(wěn)定性，造成坍塌。按照3個批次施工的計劃進行部署，拉開沖擊鉆之間的距離，盡量減少振動帶來的影響；

5)施工工序調(diào)整。第三段堤身為軟基處理后的拋石回填堤，其滲透系數(shù)較爆破擠淤堤身更大，容易使護壁泥漿流失及潮汐壓力引起塌孔。 取水口新建圍堰部分，由計劃的從西向東先施工第一段、然后施工第二段、最后施工第三段的施工順序調(diào)整為分為兩個區(qū)域分別進行施工，即一段、二段為一施工區(qū)域，三段為一施工區(qū)域，施工方向均由西向東，由在第三段進行防滲墻的閉合調(diào)整為在第二段穩(wěn)定堤身留下兩個槽段進行閉合，選擇同時澆筑進行整個防滲墻的封閉。為減小潮汐和波浪對成槽的影響，盡量避開當月的大潮汛期間，選擇平潮并準備退潮時開始澆筑，充分利用潮水下落時間，在低潮時完成防滲墻的封閉。

新建圍堰第三段總共65個槽段，成槽施工共塌槽19次(見圖7)，塌槽率為29%，進行塌槽預(yù)防處理后，成功地降低了塌槽率。

圖7 第三段槽段塌槽孔位及深度Fig.7 Location and depth of slot holes in the third segment

7.4 塌槽處理及效果評價

1)成槽過程中，對于輕微的塌槽引起的漏漿，采用水泥漿和袋裝水泥，加入槽段內(nèi)，造漿堵漏，對防止塌槽效果顯著。

2)成槽過程中，塌槽現(xiàn)象嚴重時，采用C20混凝土對導(dǎo)墻及墻體周圍坍塌部分進行澆筑，再重新成槽，可有效防止再次塌槽的出現(xiàn)。防滲墻成槽施工總共55次塌槽，經(jīng)采用C20混凝土澆筑處理后再成槽，二次塌槽共5次，塌槽率為9.1%，采用C20處理塌槽效果顯著。

7.5 成槽施工質(zhì)量效果評價

防滲墻槽孔驗收檢查，最大孔位允許偏差小于30 mm，最大孔斜率為0.4%，孔底淤積厚度最大為8 cm，槽孔孔位、孔斜率、孔底淤積厚度等均滿足規(guī)范和設(shè)計要求。槽孔終孔檢查，東堤、西堤、南堤防滲墻均入不透水層2.0～3.0 m，滿足入粉質(zhì)黏土層2 m的設(shè)計要求。

8 結(jié)束語

1)在人工回填片石(Q4ml)、砂層、砂樁、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，局部夾薄層粉細砂、碎石、基巖為長石斑巖(ξλπ53e)、花崗斑巖(γπ53d)層這種復(fù)雜地層中的防滲墻成槽采用鉆劈法施工是可行的，并結(jié)合采用水泥漿、水玻璃、膨潤土等進行漏漿處理以及采用C20混凝土進行塌槽處理，防滲墻成槽施工的質(zhì)量、安全、成本以及進度能夠得到保證。

2)鉆劈法在取水口圍堰防滲墻成槽施工中取得的成功，其成功經(jīng)驗可供類似工程施工參考借鑒。