浅谈“钻劈法”深厚砂砾石层防渗墙施工工法

徐坚伟

(浙江省第一水电建设集团有限公司 杭州 310051)

1 引言

随着水电建设的快速发展，水利工程规模的不断扩大，供水、蓄水工程的日益增多，水利工程供水蓄水中的地下防渗做得越来越深，防渗规模也越来越大，地质条件也越来越复杂;近几年常用液压抓斗成槽机进行成槽施工，但对于较深、地质条件复杂、需要进入基岩的地下连续墙，液压抓斗成槽机有它的局限性，抓杆深度不够，适应地层能力不强;造价偏高，施工难度大，入基岩效果差，对于较深的防渗墙质量无法保证。

经过逐步探索、不断研究和实践，对垂直结构防渗施工工艺、机具设备配置以及方案进行了系统分析，并在工地现场安排防渗墙造孔的生产性试验，对用冲击反循环成孔、液压抓斗成槽机成槽与采用“钻劈法”配合CZ—6型冲击钻机成孔施工对比。液压抓斗成槽机虽然成槽较快，但由于砂砾石层较深、地质条件复杂、需要进入基岩，液压抓斗成槽机与冲击反循环有它的局限性，抓杆深度不够，适应地层能力不强，造价偏高，入基岩效果差，对于较深的防渗墙质量无法保证。而采用“钻辟法”配合CZ—6型冲击钻机成槽施工是一种成功有效的施工方法，解决了深厚砂砾石层、复杂地基等垂直防渗工程的技术难点和施工过程中的关键技术问题，取得了良好的效果，在这方面又有了更大的进展、更多的创新和更广泛的应用。

2 施工准备、测量放线

施工前，应先做准备工作，按照规范及有关技术标准要求，根据图纸测量定位防渗墙中心线;并对混凝土防渗墙有关的施工参数、材料、设备及施工工艺措施等做现场生产性试验。

3 固壁泥浆

为防止塌孔及护壁泥浆中的粘土凝聚、沉淀分离，防渗墙造孔采用膨润土配制成优质的护壁泥浆。

a.应按实验选定的配合比配制泥浆，泥浆性能指标应满足有关规范技术要求。

b.配置泥浆的水质应符合指定技术条款的相关规定。

c.泥浆应净化，循环使用。循环使用的泥浆应每隔30min检测一次性能指标，性能指标不符合要求的作废浆处理。

d.储浆池内的泥浆采取VY9/7空压机供风，进行定时搅动，保证不结块和沉淀。

e.槽孔内泥浆面始终保持在槽口板顶面以下30～50cm的范围内。

4 防渗墙槽段划分

在防渗墙施工过程中，常根据工程地质情况、水文地质情况、混凝土搅拌强度、混凝土浇筑强度、单个槽孔的造孔延续时间以及泥浆质量等因素划分槽孔长度(根据施工经验一般都在4～8m)，并根据施工情况对槽段的长度进行适当调整。划分槽孔时尽量做到墙段接头少，有利于快速、均衡和安全施工。

砂砾石地层中的槽段划分应注意以下问题:

a.比较密实的地层，槽孔可长些，疏松、易坍塌的地层宜分短些。

b.深墙造孔时间长，槽孔宜分短些;反之，可长些。

c.地下水位较高，渗透性强的地层、地段，槽孔宜分短些;反之，可长些。

d.槽孔长度应与混凝土的生产能力相适应，保证槽孔混凝土浇筑时上升速度大于2m/h。

e.含大漂石较多的地段造孔时间长，槽孔长度要分得短些。漂石地层大多易漏失固壁泥浆，槽段太长泥浆供应不足，不利于槽壁的稳定。

5 导向槽制作

为了便于开孔，可提前形成一个2～3m深的导向槽。一般导向槽施工时采用“7”形，根据每个工程的具体情况，也可采用更有利于孔壁稳定的“L”形。导向槽施工时先完成1.50m宽底板，厚20cm、高1.20m的墙体，等到两侧各6m的操作平台土石方回填夯实到相应标高后，进行剩余1m墙体板及导向槽下游侧操作平台的厚20cm C25混凝土制作。

6 现场生产性试验

为确定混凝土防渗墙造孔的有关参数、固壁材料、挖槽设备及施工工艺措施的合理性，在工程地质条件类似地段或在防渗墙中心线部位做现场生产性试验。试验的项目有:固壁泥浆配合比及拌制工艺、造孔工艺及工效、浇筑工艺、槽段接头复打。

7 防渗墙成槽

复杂地层大多含有较多的卵石、漂石，采用CZ—6钢绳冲击钻击和“钻劈法”造孔成槽施工，先钻凿主孔，副孔采用冲击钻机两边劈打，最后形成槽孔。施工中，现场施工管理人员严格控制槽孔孔斜，确保孔位中心偏差不大于3cm、孔斜率不大于0.4%。技术人员随时对孔斜情况进行抽检，保证孔斜率满足设计要求。

用冲击钻机钻进细砂层时，可采取以下方法:

a.向孔内投放加有石子的黏土球，石子含量约34% ～40%，石子粒径可为50～60mm、30～40mm和20mm三种，黏土球直径约200mm，也可做成立方块。主孔钻进时投放5～6块即可，待5min后用钻头慢放轻打几下即可正常钻进。钻进时每班投土球2～3次、抽渣2～3次，抽渣完毕后立即投放黏土球。

b.掏槽扩孔法。此法在投放黏土球的同时，用φ400小钻头快速钻进，先钻透粉细砂层，再扩大至全断面。这对于较薄(如1m左右)的粉细砂层很有效。黏土球要勤投、少投，投球后要少抽渣重冲击。用此方法可以达到0.8～1.2m/台班的钻进工效。

c.防渗墙施工时还常常会遇到漂石层或大孤石，给钻进带来很大困难，在这种情况下常用的措施是重锤冲凿。此法比较简便，多用于孤石埋藏较浅、不宜爆破的部位。具体做法是:将重5～12t、带有底齿的特制重锤吊起，然后使其自由下落，以巨大的冲击力将大漂石击裂、击碎。可使用CZ—6冲击式钻机或履带式起重机吊挂重锤。对于较大的孤石，可先用岩芯钻或液压冲击回转钻机在孤石上钻出很多孔洞，破坏岩石的完整性，然后再用重锤击碎，这样可以大大加快施工进度。

8 岩面鉴定

防渗墙嵌入基岩深度的鉴定是槽孔建造中的重要一环。其确定方法是依照防渗墙中心线地质剖面图，当孔深接近预计的基岩面时，开始留取岩样，根据岩样的性质、对照临孔基岩面并分析本孔钻进情况确定基岩面。槽孔进入基岩的嵌入深度采用岩芯取样方法确定岩面高程，岩芯应妥善保存。当上述方法难以确定基岩面，或对其基岩面发生怀疑时，应钻取岩芯验证确定。基岩岩样是槽孔嵌入基岩的主要依据，必须真实可靠，并按顺序、深度、位置编号，填好标签并装箱，妥善保存。鉴定入岩深度要特别注意防止误判，因为对含有与基岩岩性相同的大漂石，往往容易将接近孔底部的大漂石当做基岩，从而发生对基岩面的误判，给工程带来巨大损失，这种事故在我国防渗墙施工中曾多次发生。勘探资料和施工阶段都不能马虎。特别提醒的是:石灰岩河床各种溶沟、溶槽乃至溶洞都有可能卧在防渗墙下形成渗流通道。

9 清孔、终孔验收

槽孔钻掘完成后，泥浆中的钻渣都将沉淀在槽底，这些钻渣必须在混凝土浇筑前清理干净。否则，下一道浇筑混凝土工序，因槽底沉渣过稠，导管内混凝土下不去发生堵管事故。清除孔底淤积的方法主要有抽筒出渣法、泵吸排渣法、气举排渣法、潜水泵排渣法。本方法采用抽筒出渣法出渣。清孔完毕，相关人员进行终孔验收、签字。

10 钢筋骨架制安

钢筋选用具有质量保证书，并通过抽样复检合格的钢筋。钢筋骨架由专职钢筋工和持证电焊工上岗制作，钢筋骨架在槽段口加工成型。钢筋骨架底端垂直钢筋加工成微闭合形状，做到成型主筋直，制作误差小，直观效果好。为保证钢筋笼在吊放过程中不扭曲变形，在钢筋笼制作时，加设支撑钢筋。钢筋骨架下放时选择合适起吊点，采用两点法起吊。

11 导管安放、混凝土浇筑

15t履带吊安放钢筋骨架结束后，用钻机下放导管。浇注用导管在全面使用前，应进行一次密闭承压试验，试验压力为80～120N/cm2，要求稳定30min不漏水。混凝土浇筑开仓时，先在导管内下设隔离球，将导管下至距孔底小于25cm处，待导管及料斗储满料后，将导管上提适当距离，让混凝土一举将导管底封住，避免混浆。导管埋入混凝土的深度在1～5m之间。混凝土浇筑时，因槽内下设有钢筋骨架，要严格控制槽内混凝土的高差。

12 深槽段的连接

防渗墙一般由各单元墙连接而成，墙段间的接缝是防渗墙的薄弱环节。如果连接不好，就有可能产生集中渗漏，降低防渗效果。对墙段连接的基本要求是接触紧密、渗径较长和整体性较好。对于大深度防渗墙，其槽段之间的连接是防渗墙防渗效果的关键。

接触紧密的接缝，其抗渗能力与墙体基本相同;若接缝宽度在5mm以内，且被致密的膨润土所充填，其抗渗性和耐久性也能满足一般水利水电工程的防渗要求，接缝的渗透系数一般不大于1×10－6cm/s;如果局部接缝夹泥过厚，就可能留下集中渗漏的隐患。因此，防渗墙施工应采用优质低固相膨润土泥浆，并严格控制清孔和接头刷洗质量。

在多种类型的接头型式中本方法采用“钻凿法”。

钻凿法即施工二期墙段时在一期墙段两端套打一钻的连接方法，其接缝呈半圆弧形，一般要求接头处的墙厚不小于设计墙厚。为了避免对已浇筑墙体造成不利影响，一般要求接头孔在槽孔浇筑结束后24h开钻，对于塑性混凝土，待凝时间应更长一些。

13 结语

以永嘉楠溪江供水工程为例，工程的地下防渗规模较大，防渗墙较深(最深处达72m，是浙江省目前最深的防渗墙)，砂卵石等覆盖层较厚，并含有大粒径漂石、块石，且地下经过采砂等造成地质条件非常复杂。选用CZ—6型钻机和“钻辟法”施工，成功地摸索出了一套解决深厚覆盖、松散、复杂地层垂直防渗工程的适用工艺和施工过程中的关键技术问题，尤其可用于防渗墙体超深超厚且需要嵌入基岩的防渗施工，为水利工程类似防渗情况下的施工提供了非常可靠的工艺方案、技术指标，并促进了深层防渗墙技术的进步。本方法能迅速组织现场施工，无须复杂的工艺设备配合，处理异常情况方法简单多样，施工时有条不紊，能控制工期、节约施工成本。施工结束后，经与其他方案对比分析，节约总造价在20%左右。同时，采用本方法可以保证工期和质量，在复杂地质条件和其他类似地质条件的基础防渗施工中进一步推广应用，将产生良好的社会效益。