浅析两钻一抓法在麻栗坝水库塑性混凝土防渗墙施工中的应用

田德斌

(云南省德宏州麻栗坝水库管理局 678701)

黄超群

(云南省水利水电学校 昆明 650202)

李保洪

(湖北大禹水利水电建设有限责任公司 武汉 430061)

1 工程概况

麻栗坝水库位于云南省德宏州陇川县境内伊洛瓦底江水系瑞丽江一级支流南宛河上游，地理位置为东经 97°58'、北纬 24°24'30″，距陇川县城 33km，距昆明900km。水库是以灌溉、防洪为主，结合发电、养殖、旅游综合利用的大(2)型水利枢纽工程。水库控制流域面积294km2，年平均径流量3.69亿m3，水库总库容10665万m3。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。大坝坝型为土质分区坝(黏土心墙坝)，最大坝高37.6m，坝顶长 1172m，坝顶高程1000.60m，正常蓄水位994.70m，设计洪水位995.57m，校核洪水位998.38m。

坝址区主要分布地层为上第三系砂土夹黏土层及第四系堆积层，上第三系地层大都被第四系地层覆盖。上第三系为洪水湖相沉积，总厚度大于500m，未见底界，其砂性土层及黏土层均属软弱岩土层。第四系主要为残坡积土(以含砾砂壤土为主)、河床砂砾石以及两岸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地堆积层。两岸利用第四系红壤土和砂卵砾石层作为坝基，河床部位挖除可能液化的砂层及砂卵砾石层，利用上第三系的砂性土和黏性土作为坝基。坝基砂卵砾石层和砂性土层透水性较大，存在坝基渗漏和渗透稳定问题，垂直防渗采用塑性混凝土防渗墙。

混凝土防渗墙为2级建筑物，其桩号为0+315.80～1+245.45，总长929.65m，0+484.65～1+161.45段厚度为0.6m，其余段为0.4m，深度为3.52～37.03m不等，成墙面积24874m2。主要设计指标为:抗渗等级大于W6(S6)，28天抗压强度大于6MPa，弹性模量小于13000MPa，相对渗透系数小于10-8cm/s。

2 施工设备及工艺流程

该工程投入的施工设备主要有:CZ—22型冲击钻机4台、BH—07和GB—24型液压抓斗各1台、JS750型混凝土搅拌机2台、BE—10泥浆搅拌机3台、JJS—2B配浆搅拌机4台、BW250/70型高压泥浆泵2台、汽车吊2台、翻斗车(1.5m3)6辆。防渗墙造孔采用钻抓法中的两钻一抓法，Ⅰ、Ⅱ期槽孔接头套接孔采用套打一钻的钻凿法，固壁泥浆采用黏土泥浆，混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法，墙体质量采用钻孔取芯和无损检测两种方法进行检测。施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

3 混凝土防渗墙施工

3.1 导向槽

导向槽轴线即为防渗墙设计轴线，导向槽采用钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为 C15。导墙高1.5m，墙顶水平。40cm防渗墙两墙之间净距0.46m，60cm防渗墙两墙之间净距0.66m，截面形状采用“┓┏”形。在导槽两侧顶面，距离防渗墙轴线0.6m处做防渗墙轴线平行控制线和槽段分界控制线。导向槽轴线偏差不大于3%，导向槽的导墙净距误差±10mm，墙顶高度误差±10mm。导向槽结构图见图2。

图2 导向槽剖面图(单位:mm)

3.2 施工平台

根据工地现场实际情况及施工需要，防渗墙上游侧施工平台宽度为6m，冲击钻、供电线路、电焊机等均布置在上游侧;下游侧施工平台宽度为9m，抓斗、倒浆平台、回浆槽、出渣及浇筑等施工道路均布置在下游侧，平台下铺设排浆管道，平台下游布置排浆沟;施工平台高程大部分控制在高于防渗墙顶高程50～100cm。施工平台结构型式见图3。

图3 防渗墙施工平台剖面图(尺寸单位:mm，高程单位:m)

3.3 护壁泥浆

泥浆在造孔成槽过程中起支承孔壁、悬浮、携带钻渣、冷却钻具和润滑的作用，成墙后还可增加墙体的抗渗性能。优质泥浆有利于深槽造孔时的孔壁稳定以及浇筑质量的控制。施工中拌制护壁泥浆的黏土选用距离水库4km的Ⅲ号黏土料场。黏土泥浆性能指标见表1。

表1 黏土泥浆性能控制指标

施工时，经常检查槽孔中泥浆面高度，使其保持在导墙顶面以下0.3～0.5m。注意防止清水流入孔内，长时间停钻时注意搅动泥浆，以保持其均一性，发现泥浆不符合要求时，坚决废弃。

3.4 造孔

3.4.1 造孔成槽

土石坝防渗墙造孔施工主要有锯槽法和挖掘法［1］。锯槽法主要有往履射流式开槽、链斗式开槽、液压式开槽;挖掘法主要有冲击钻法、抓斗法、冲抓法。根据该工程地质条件及生产性试验确定采用冲抓法，以充分发挥两种机械的优势。冲击钻可钻进不同地层，抓斗效率高，抓斗在副孔施工遇到坚硬地层时，随时可换上冲击钻机或用重凿冲砸。造孔时注意副孔长度必须小于抓斗最大开度，避免出现漏抓的部位，或“小墙”。

3.4.1.1 槽段划分

该防渗墙共划分124个槽段，标准单元槽段长度为7m，根据施工实际需要可适当缩短或加长槽段长度。

3.4.1.2 槽段凿孔

a.槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，每个槽段分为两个主孔及一个副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段。

b.采用“两钻一抓法”施工:主孔用冲击钻钻进，抽筒出渣;副孔用泥浆护壁，抓斗直抓。

c.遇有大孤石或大量漏浆的特殊地段，在确保安全的条件下，制定有效的处理措施方案后再实施。

d.Ⅰ、Ⅱ期槽孔接头采用套打一钻的钻凿法施工，接头钻凿时间控制在Ⅰ期槽孔混凝土浇筑后24～36h。这种接头方法工艺简单，不需专门的设备，形成的接缝可靠。

墙段连接质量控制要点:ⓐ接头孔的空间位置与一期槽孔原主孔的位置保持一致;ⓑ控制二期槽孔清孔泥浆;ⓒ控制一期墙段端面刷洗质量;ⓓ控制浇筑工艺。槽段接头处理见图4。

图4 槽段接头示意图(单位:mm)

e.单个主孔终孔后，进行孔深、孔斜、孔形验收和基岩的判定。整个槽孔完工后，进行孔深、孔斜、接头刷洗、泥浆比重、槽孔入岩的验收。

f.造孔质量控制标准［2］。保证槽孔孔壁平整垂直;不应有梅花孔、小墙等。孔位中心允许偏差不大于3cm;孔斜率不大于0.4%，遇有含孤石、漂石的地层及基岩面倾斜度较大等特殊情况时，其孔斜率不大于0.6%;对于Ⅰ、Ⅱ期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值不大于设计墙厚的1/3，并采取措施保证设计墙厚。

3.4.2 清孔换浆

造孔验收合格后进行清孔换浆工作。清空换浆采用抽筒抽取底部沉积物和稠泥浆，从孔口注入合格泥浆。Ⅱ期槽孔则在换浆的同时用钢丝刷子钻头自上而下刷洗接头孔壁上的泥皮，直到刷子钻头上基本不带泥屑、孔底淤积不再增加为止。

清孔换浆结束后1h，控制四项指标达到下列清孔标准即为清孔换浆合格:孔底淤积厚度不大于10cm，孔内泥浆的密度不大于1.30 g/cm3，黏度不大于30s，含砂量不大于10%。清孔验收合格后，必须在4h内开始浇筑防渗墙塑性混凝土。

3.5 防渗墙浇筑

该防渗墙工程水下混凝土采用直升导管法进行浇筑。

3.5.1 导管安装

根据规范要求结合该工程槽段长度及槽孔深度综合因素考虑，合理配备了4套内径为230mm导管浇筑混凝土。导管施工安装前，先进行导管压水试验检测导管接头处有无渗水现象，密封性必须满足要求，避免浇筑时泥浆通过接头渗入混凝土，影响混凝土质量。导管用钢垫支撑于导槽上，采用汽车吊垂直安装于槽孔中心线，导管底口距槽底距离控制在15～25cm范围内。两套导管间距不大于3.5m，一期槽端的导管距孔端或接头管距离控制在1～1.5m，二期槽端的导管距孔端控制在为1m以内;当槽底高差大于0.25m时，导管应布置在其控制范围的最低处。

3.5.2 混凝土原材料及配合比

a.水泥。采用普通硅酸盐水泥，每200t水泥取样检验一次。

b.粗骨料。采用一级配骨料，最大粒径不大于20mm，含泥量不大于1%。

c.细骨料。采用河砂，质地坚硬、清洁，级配良好，细度模数为2.4～2.8。

d.掺合料。采用钠基膨润土。

e.外加剂。采用FTM混凝土高效泵送剂。

f.水。采用河水，水质符合要求。

通过试验确定混凝土配合比，见表2。

表2 混凝土配合比

3.5.3 混凝土拌和、运输、浇筑

混凝土采用简易拌和站拌制、翻斗车运输，混凝土拌制后在拌和站机口进行坍落度、扩散度等指标检测合格后方可运输，并按规定取样进行抗压、抗渗和弹模试验，严禁不合格的混凝土浇入槽孔内。入孔坍落度控制在18～22cm，扩散度控制在34～40cm，坍落度保持在15cm以上的时间不小于1h;初凝时间不小于6h，终凝时间不大于24h;混凝土的密度不小于2100kg/m3。混凝土拌和及运输能力不小于计划浇筑强度的1.5倍，且应保证浇筑能连续进行，若因故中断，时间不能超过40min，同时应保证运至孔口的混凝土具有良好的和易性。

混凝土浇筑前搭设好浇筑平台，其上设置储料斗等。翻斗车将混凝土运至浇筑现场直接倒入储料斗，经分料器流入导管漏斗，最后经导管注入槽孔内。开浇前，在导管内安装可浮起的隔离塞球，以起到隔离水和混凝土的作用。开浇时，先往导管内注入水泥砂浆，随即注入足够的混凝土，挤出塞球并埋住导管底端。浇筑时遵循先深后浅、连续进行、均匀上升的原则，边浇筑边采用汽车吊拔起导管。

浇筑过程中必须遵守以下规定:导管埋入混凝土的深度不小于1m，不大于6m;混凝土面应均匀上升，上升速度控制在2～4m/h，各处高差控制在0.3m左右;至少每隔30min测量一次槽孔内混凝土面深度，每隔2h测量一次导管内混凝土面深度，并及时绘制混凝土浇筑图，以便校正浇筑量;混凝土终浇顶面应高于墙顶设计高程0.5m或与导槽顶面齐平;槽孔口应设置盖板避免混凝土散落到槽孔内;应防止入管的混凝土将空气压入导管内。

4 混凝土防渗墙施工常见问题处理措施

该工程为薄壁塑性混凝土防渗墙隐蔽工程，施工难度较大。施工前对可能遇到的混凝土防渗墙施工质量和安全事故做到了提前预防和准备，尽量避免槽孔坍塌等事故的发生。

4.1 坍塌、漏浆处理

首先在施工现场准备了黏土、稻草、砂砾、水泥、锯末、膨胀粉等堵漏材料;在造孔时，遇到漏浆、塌孔等事故，则采用加大泥浆比重、注入堵漏材料的措施，确保孔壁稳定和槽孔安全。在一般漏失地层中造孔时，注意观察泥浆表面的变化，若有变化适当提高泥浆黏度，及时补足泥浆。在强漏失地层中造孔时，向孔内分层(0.5～1.0m)投入堵漏材料，用冲击钻头冲击挤密改变地层结构以改变漏失情况后再钻进。

混凝土浇筑中遇到塌孔，可采用低强度等级混凝土填筑，24h后再行造孔浇筑。如该工程63号槽深为30.10m，混凝土浇筑至离导槽顶面21.0m时导槽内发生坍塌，掩埋深度13m，导管弯曲损坏。经分析研究采用低强度等级混凝土进行回填后，将62号、63号、64号槽段划分为62号、63-1号、63-2号、63-3号、64号共5个槽段重新成槽进行造孔混凝土浇筑。

4.2 导管堵塞处理

避免发生导管堵塞的手段是有效地控制导管插入混凝土的深度。如发生堵管，首先可利用钻机上下反复提升导管进行抖动疏通导管;如果无效，则在导管埋深允许的高度下提升导管利用混凝土压力差降低混凝土的流出阻力，达到疏通导管的目的;当各种方法都无效时，可考虑将导管全部拔出、冲洗、重新下设，抽净导管内泥浆继续浇筑，继续浇筑前需核对混凝土面高程及导管长度，确认导管的安全插入深度。

4.3 漂石、孤石地层处理

造孔时若遇到漂石、孤石以及风化岩块等影响成槽工效时，可用抓斗提升重凿冲砸，也可在保证孔壁安全的前提下采取小钻孔爆破或定向聚能爆破，然后再利用钻机或抓斗进行处理。

4.4 黏土地层缩孔处理

黏土地层造孔时常会出现槽孔收缩现象，施工时保持槽内泥浆的密度，可有效防止槽孔缩孔。

4.5 孔斜的处理

发生孔斜的原因是多方面的，主要是地质条件。孔斜将使墙体有效厚度减小，孔斜超标时应及时进行修孔，确保成墙有效厚度满足要求。当主孔孔斜超标时可进行回填修孔，回填材料一般为砂卵石、碎石或低强度等级混凝土，或更坚硬的大块卵石。回填后按照钻机操作要领缓慢重钻，经纠偏满足设计要求后正常钻进;当副孔孔斜超标时，可用钻机进行孔口导向或纠偏，也可用抓斗纠偏。

5 混凝土防渗墙成墙技术要点

5.1 接头孔成槽时间控制

掌握好抓斗抓取接头孔Ⅰ期槽孔混凝土的时间是Ⅱ期槽孔成槽快慢的关键环节。时间太短混凝土没有凝固，时间太长混凝土强度太高，抓取接头孔适宜的时间为墙体浇筑后24h，最迟不超过36h。抓斗抓取时斗体一侧为混凝土，另一侧为土，斗体受力分布不均匀，容易造成槽孔沿轴线方向偏移，导致接头质量无法保证，同时严重影响造孔成槽进度。

5.2 吊装设备的配置和保养

为防止出现因吊装设备和运输设备配置偏少，施工中一旦出现机械故障，短时间内如无法修好而造成较大的经济损失及工程质量的问题，该工程采用6台1.5m3翻斗车运输混凝土、两台12t汽车吊吊装导管(1台为备用)，并经常对设备进行维修保养，确保设备运行工况良好。

5.3 槽孔深度控制

该工程防渗墙设计墙底高程伸入相对不透水层以下2.0m，冲击钻钻进时需根据地质报告将钻孔钻进至设计底高程，采用重垂法测量实际孔深。液压抓斗抓取深度应通过实际取样决定，每抓出一斗，观察取出的岩样，确定地层成分，取出的岩样要保存，以便确定相对不透水层顶面高程。

5.4 浇筑过程质量控制

开浇前，导管内应设置可以浮起的隔离球胆，初浇前先将料斗口用带钢绳钢板封闭，向料斗内注入一盘砂浆，再注满混凝土，然后同时拉开封底钢板，料斗内混凝土同时推挤球胆，通过球胆将泥浆从导管底部排出。预计混凝土到孔底后汽车吊轻提料斗，使球胆从导管底端浮出，混凝土填埋管底，并保证导管初次埋深不小于0.5m。浇筑前计算好上次封底的混凝土方量，导管封底后随即向料斗内注入混凝土。在浇筑过程中，控制各料斗均匀下料，并根据混凝土上升速度起拔导管，导管埋入混凝土的深度保持在1.0～6.0m。混凝土供应强度满足混凝土面上升速度不小于2m/h的要求。

6 混凝土防渗墙成墙质量检测

该工程采用钻孔取样和无损检测两种方法对防渗墙成墙质量进行检测。防渗墙养护期满后，采用130mm直径钻头钻孔至终孔深度钻芯取样检测，检查孔质量检测结果表明:槽段芯样满足设计指标要求，芯样表面光滑、完整、骨料分布均匀，取芯率达90%以上，说明混凝土质地均匀，无夹泥、裂缝等质量问题。同时通过采用多道瞬态面波法、高密度地震映像法、垂直反射法以及弹性波透射层析成像法(简称CT法)四种方法进行综合检测、分析、对比，结论是:混凝土防渗墙达到了设计深度，未发现短墙和断墙，墙体均匀性、连续性整体较好，局部区域强度超过设计要求。

7 结语

塑性混凝土防渗墙既具有弹性模量低、极限应变大、对周围土体的适应性强、和易性好的特点，又具有成本低、成墙整体性好、厚度均匀连续、质量可靠、防渗效果和耐久性都较好的优点。麻栗坝水库大坝基础防渗墙采用两钻一抓法施工取得了施工速度快、对槽壁扰动小、槽底淤积少、有效保证了槽壁稳定、墙体质量优良、防渗效果好的效果，其施工工艺具有一定的优越性，在同类水利工程中具有较高的推广应用的价值。■

1 高钟璞.大坝基础防渗墙［M］.北京:中国电力出版社，2000.

2 SL 174—96水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1996.