混凝土防渗墙150m深墙造孔施工

陈向阳，李 凯，高亚辉

（1.三峡电力职业学院，湖北 宜昌443000；2.中国水电基础局有限公司，天津301700；3.三峡大学，湖北 宜昌443002）

西藏旁多水利枢纽工程地处西藏自治区拉萨河流域中游，以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。电站装机容量120MW，灌溉面积1000hm2。水库总库容12.3×108m3，为Ⅰ等大（1）型工程。主要由碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪洞及泄洪兼导流洞、发电引水系统、发电厂房和灌溉输水洞等组成。

该工程河床段覆盖层深厚，岩面深度近300m，大坝基础处理工程通过综合对比，采用了上墙下幕的防渗方案。设计孔深为152，158m，施工中，还设立了一个试验槽段，孔深达到201m，远远超过了1992年日本横跨东京湾的高速公路使用EM—320型液压铣槽机建成的深136m、厚2.8m的防渗墙，成为迄今为止世界上最深的防渗墙。该枢纽大坝基础处理防渗墙工程反映了我国防渗墙的最高水平。

1 坝址轴线工程地质条件

实际施工中揭示的地层情况和设计提供的资料差别不大，从孔深151.8m（高程3882）往上依次可划分出7层：①漂石层，夹中细砂及胶结层透镜体；②砂砾石夹中粗砂透镜体；③孤石层；④砂砾（卵）石层，夹少量中细砂透镜体；⑤粉细砂层；⑥孤石层，孤石成分以闪长玢岩为主，间有花岗岩；⑦漂（卵）石层，偶见闪长岩孤石体及粉细砂、中粗砂透镜体。

对防渗墙施工带来很大困难的主要有3种地层：上部松散漂石层、粉细砂层、孤石层。前两种容易造成漏浆塌孔，掉块卡钻，卡斗，靠泥浆予以控制；另外一种则进尺缓慢，靠爆破、重锤破碎。由于较好地解决了泥浆固壁问题，目前还没有出现大范围塌孔和掉块卡钻、卡斗现象。

2 混凝土150m深墙设计及施工

2.1 设计方案

墙体厚度不小于1.0m，墙体深度为4033.8m平台151.8m，4040m平台设计孔深为152，158m，同时提出了201m深墙试验槽段的要求，如在158m内达到入岩要求的，入岩深1.0m。靠近右岸河床段及左岸山坡段为入岩段，具体孔深根据基岩面确定，入岩段入岩深度为1.0m；槽孔孔斜率不大于0.3%，预埋灌浆管的孔斜率不大于0.3%；墙体混凝土为28d强度等级C30，R180≥36MPa，W10，二级配混凝土。孔深80m以下采用一级配混凝土。

2.2 主要施工工艺

2.2.1 施工平台设计

因左岸阶地防渗墙顶面为斜坡，为方便施工，将该地段沿防渗墙轴线划分为7个阶梯型的施工平台，分段施工。

施工平台宽度为24m，下游7m铺设卧木、枕木和轻轨作为钻机施工平台；上游17m作为抓斗作业、倒渣、下设预理管、混凝土浇筑、临时交通等施工平台。

根据防渗墙深度不同分为防渗墙深度大于80m和防渗墙深度小于80m两种。导墙顶面高出实际地面5cm，高程误差±2cm，导墙轴线与防渗墙轴线平行一致，其允许误差±1.5cm，导墙顶呈直线，高程按照设计要求执行。

采用全断面开挖后立模浇筑“L”型钢筋混凝土导墙，导墙混凝土强度等级为C25，高度2.0m（厚0.6m），底宽1.8m（厚0.5m），内侧间距1.2m（见图1）。

图1 导墙布置结构（防渗墙深度大于80m导墙）

2.2.2 造孔方法的选择

结合西藏旁多水利枢纽实际地层情况，通过综合对比钻劈法、钻抓法、抓取法、铣削法，选择了钻抓法作为造孔的施工方法。

同时通过综合分析机械设备的能力，在地层为砂卵石地层的深孔造孔中，钻抓法更为适宜。

2.2.3 钻孔设备、钻具的选择

主孔造孔采用特－A、特－6A等钻机施工，副孔采用抓斗施工。从地层特点和实验段施工及设备能力分析，HS843HD利勃海尔钢丝绳抓斗可以抓90m，SG40 液压抓斗可以抓70m，HS875HD利勃海尔钢丝绳抓斗可以抓到120m左右，地层好的地方可以抓斗至150m。

3 混凝土150m深墙质量控制

3.1 %孔中心偏差控制

在冲击钻开孔之前，根据钻机桅杆可以调整倾斜度的计算，结合钻头的重量均在4～5t，钻机的冲击频率在提升钻头和钢丝绳自身重量的同时，钻机安全是应首先考虑的，这对钻机桅杆的倾斜率提出了严格的要求，综合钻机的桅杆高度加上平台车总高度为10m（距离孔口的距离），开孔时轴线中心（即冲击钻钢丝绳的垂直位置）距离导墙边第一根导轨上边缘在100～102cm为宜。

3.2 %造孔中孔型控制

孔形、孔斜的控制对151.8m深墙来说确实是个难题，尤其是存在大量漂石、孤石地层而言更是如此。施工中主要是及时修孔、纠偏，即发现孔形不好或孔斜时，及时回填漂块石，加以纠正，必要时采用有效的修孔器（见图2）。

图2 造孔中孔型控制结构

4 钻孔过程中的特殊情况处理

4.1 施工平台安全隐患排除措施

开孔前要特别注意，要向导向槽内加入优质正电胶泥浆浸泡，然后加适量粘土及纯碱，使之开钻后能够形成“外泥皮＋桥塞区＋侵染区”稳固体系。加纯碱目的是尽量激活粘土颗粒，使之能够向四周扩散，否则粘土颗粒会下沉。

4.2 造孔过程中孔斜偏大的处理措施

孔斜控制是深墙造孔的一大难题。试验证明，通过制作修孔器加方木或半轴加以修正对于80m以内的地层有着良好的效果；但对于超过80m孔深的偏大孔斜，一般采用填石修孔，使用修孔器的效果不是很好，因为孔深后对于硬性修孔斜距太长，钢丝绳柔软度较高。在日常除了加大孔斜抽检外，对地层变化较大的地段，还应控制钻进速度，以满足在地层变化的明显地段可从合格孔斜内穿过。

4.3 深孔造孔特殊地层的处理措施

4.3.1 漂石、孤石的施工方法

漂石、孤石是防渗墙施工中最难处理的地层之一，其主要特点是岩性坚硬，冲击钻进工效低，孤石形状不规则，易歪孔，修孔时间长，影响进度和工期。施工中主要对策有：

4.3.1.1 钻孔预爆

这种方法主要应用于埋深较浅的孤石层，可显著提高冲击钻进效率。

4.3.1.2 槽内钻孔爆破

在防渗墙造孔中遇大块径孤石时，可采用全液压工程钻机跟管钻进，在槽内下置定位器进行钻孔，钻到规定深度后，提出钻具，在漂卵石、孤石部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵石、孤石被破碎，从而加快了钻进速度，效果较好。

4.3.1.3 槽内聚能爆破

在大孤石表面下置聚能爆破筒进行爆破，爆破筒聚能穴锥角为55°～60°，装药量控制在3～6kg，最大为8kg。可在爆破筒外面加设一个屏蔽筒，以减轻冲击波对已浇筑墙体的作用。

4.3.1.4 重凿（锤）冲砸

在造孔过程中如遇大孤石，影响成槽工效时，可用钢丝绳抓斗提升10t以上重凿，冲砸破碎后，用抓斗抓取。

4.3.2 砾石、探头石特殊地层的施工方法

施工中难免遇到粒径较大的砾石或探头石，孔斜较难控制，钢丝绳亦较难控制。在实际操作中，可根据粒径的大小采取回填大块漂石进行修孔，或采用孔内修孔器对探头石进行侧击的方法。

4.3.3 粉细砂层特殊地层的施工方法

某种程度上，粉细砂层比孤石层的处理难度更大，关键在于很难控制其液化、坍塌。通过泥浆性能及工艺的改变，粉细砂层坍塌问题已得到有效遏制，但二期槽发生大面积塌孔可能性仍然很大，是二期槽段施工的重点问题。

施工中采用了如下措施：

（1）增加正电胶掺量、加重晶石粉：正电胶独特的触变性及“滞留层”的存在，使得在施工粉细砂层时，降低了设备对其的扰动，从而保持相对稳状态；正电胶显正电性，粉细砂带负电，因此，泥浆更容易吸附在孔壁上，使其相对稳定。泥浆中加重晶石粉主要是提高浆柱压力，使其相对稳定。

（2）调整施工方法：当抓斗施工到粉细砂地层时，抓斗停止施工，改用冲击钻机造孔。

（3）采用粉细砂抓取器对砂层进行抓取，施工机械设备为冲击钻机。

4.3.4 胶结层特殊地层的施工方法

施工中，在120～135m段经常遇到灰白色与黄褐色条带相间分布的胶结层，该层结构密实，透水性极小。钻头钻进过程中，经常会出现嘬钻现象，施工中，一般采用轻打、添加细卵石等方法减轻嘬钻，施工该层时，钻进极其缓慢。

4.4 深孔钻孔事故的处理措施

4.4.1 上卡钻的处理

所谓上卡是指钻头距离孔底还有一定距离，钻头有向下走的空间，但向上拉钻头无法提取的情况。遇到上卡情况时，应采用加重杆对钻头进行侧面敲击，同时提升钻头，但应注意加重杆不易提升过高。

4.4.2 下卡钻的处理

所谓下卡是指钻头处在孔底位置，钻孔无活动空间的情况。遇到下卡时，可采用加重杆对钻头侧面敲击，同时提升钻头，如仍无效果可采用扁铲对钻头周围进行掏空后再采用加重杆进行侧击，应注意加重杆或扁铲均不易提升过高。

4.4.3 抽桶被卡的处理

抽桶被卡主要是由于施工过程中在地层中遇到漂石、孤石或探头石所造成的。其处理措施可以采用加重杆、扁铲从侧面震击，由于抽桶的重量一般较轻（抽桶重量一般为1.5～2.0t），抽桶直径远小于钻孔直径，在处理抽桶被卡问题时，效果较为明显。

5 结语

西藏旁多工程地处高原缺氧气候下，施工机械的选取、造孔施工工艺的选取对工期影响很大。深孔造孔过程的中泥浆选取为工程的顺利进展及造孔中尽量避免塌孔起到了决定性的作用；深孔施工中难免遇到本文所列的特殊情况的处理，从施工方法的选择、机械设备的选用、配合，到孔内泥浆的选择、合理使用，都将为以后防渗墙深墙施工起到借鉴作用。

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