毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙造孔施工事故与处理

赵 丹，翟新泰，敖培培

（1.中国国电四川毛滩水电开发有限公司，四川 乐山 614100；2.中国水利水电第四工程局第四分局，四川 成都 610091）

1 工程概况

毛滩水电站工程系夹江县顺河乡境内的青衣江干流上，千佛岩电站至青衣江汇口河段推荐的两级规划方案中的第一级电站。该电站采用河床式长尾水渠开发方式，工程开发任务为发电，并具备灌溉、防洪、城镇工业、生活及景观用水等功能，远期长征渠修建后，且服从长征渠灌溉用水及余水发电。电站为混合式开发，水库正常蓄水位406.0m，回水至夹江水文站下游约0.8km处，额定水头17 m，电站设计引用流量531 m3/s，电站装机容量102 MW，水库总库容3×107m3，多年平均发电量4.885 3×108kW·h，其主要水工建筑物有厂房、储门槽、冲沙闸、泄洪闸、尾水渠、左右岸防洪堤等工程。

工程枢纽的主要建筑物为左右岸防洪堤、左右岸接头坝、泄洪冲沙闸（23孔）、电站厂房（3台立式水轮发电机机组）和长尾水渠（6.18 km）。

2 地质条件及施工特点

防渗墙成墙岩层自上而下为：①人工回填层：回填料取自松散的砂石料筛分的弃料，填筑高程为398.6～391.6 m。②第四系松散堆积层广泛覆盖，据钻探和物探测试资料，查明覆盖层厚度为88.26～104.46 m。③下伏基岩：上部棕红色粉沙质泥岩，夹黄、灰、褐色页岩，泥灰岩，石膏；下部紫红色砂岩、粉砂岩夹泥岩。

施工特点：①防渗墙施工平台填筑过程中，上部为漂卵石层，呈松散架空状态，局部经过当地砂石料筛分，为强透水层。②EL380.6 m以下，防渗墙地层部分位置存在胶结岩，胶结岩地层中钻孔存在易卡钻等问题，导致冲击钻和抓斗施工功效极低，且钻头磨损和抓斗斗齿损坏严重。③成墙面积49 444 m2，月最高施工强度28 100 m2，创下了国内同地质条件下以冲击钻作业为主、抓斗配合施工的防渗墙强度新纪录。

3 防渗墙造孔施工方案

该工程是在厂房基坑开挖线以外形成类似五边形的封闭轴线上，施工混凝土塑性防渗墙，成槽地层均在砂卵石层中。工程量及施工参数，如表1所示。

表1 工程量及施工参数

3.1 施工顺序

本防渗墙分上横、右纵、下横、左纵四个分部工程。根据各分部工程墙深等实际情况，上横、右纵、下横率先开钻，左纵陆续跟进。施工高峰期投入冲击钻机108台，抓斗9台套。

3.2 单元槽段划分

单元槽段的长度根据实际地质条件，结合该地层所选用的造孔方法确定，共划分205个单元槽段（后为避免出现“三期槽”，调整后总槽段为204个，但工程总量不变）。本工程混凝土防渗墙为悬挂式。典型槽孔长度划分示意图，如图1所示。

图1 典型槽孔长度划分示意图

3.3 造孔成槽技术

结合本工程地质条件和工期等要求，混凝土防渗墙采用“三钻两抓法”成槽，方法如下：①由于上层结构松散，空隙大且透水性强，仅靠泥浆无法固壁，须改变孔壁土层的松散状态结构，封堵渗漏通道，才能成槽，因此钻进主孔采用“边钻进，边回填”的方法。钻进过程中，向孔内填入黏土，在钻头反复冲击的作用下，部分泥浆附着在孔壁上，形成致密泥皮，封堵渗漏通道，部分黏土膨化成泥浆，起增大孔底泥浆悬浮沉渣的作用。②副孔造孔主要采用抓斗抓取的方法。当主孔穿过回填层进入原始砂卵石地层后，发挥抓斗设备的技术优势，提高了造孔和成墙效率。遇抓斗不能有效抓取的底层，采用冲击钻进行钻进。

4 造孔施工过程中出现的事故及处理方法

造孔环节是制约防渗墙施工进度和效益的关键工序，造孔所需时间越长，发生造孔事故的概率就越大，对工期和效益的负面影响也随之加大。毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙受防渗墙施工区域地质构造复杂多变的影响，孔会出现的频次和严重程度也大大增加。所以，正确分析造孔事故发生的原因，寻找合理的处理手段，对加快防渗墙施工速度，整体提高施工效益，将有着很大的促进作用。毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙在施工过程中的问题，主要有造孔孔斜偏差、掉（埋）钻、漏浆、卡钻、塌孔等。

4.1 造孔孔斜偏差

为使防渗墙的有效厚度及各槽段间的有效搭接厚度满足设计和规范要求，保证防渗墙连续的可靠性，根据《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范DL/T5199-2004》的规定：①槽孔应垂直，无梅花孔、小墙等。②孔位允许偏差不超过3 cm，孔斜率不得大于0.4%.③在遇到孤石、漂石地层以及基岩倾斜度大等特殊情况下，孔斜率应控制在0.6%以内。④一、二期槽孔接头孔的两次孔位中心在任意深度的的搭接厚度不得小于设计墙厚的2/3，且必须保证设计墙厚。

本工程选用原始的重锤法对空斜进行测量。方法如下：将钻头放至槽段内不同深度位置（一般以2 m为单位），钢丝绳绷紧后，测量钢丝绳在孔口的位置偏距，根据相似三角形原理，即可计算得出孔底偏距和孔斜率。

4.1.1 孔斜偏差产生的原因

①开孔时，槽孔中心位置测量放线不精准，导致钻头偏离中心位置且超出了规范允许范围。②开钻时，钢丝绳自由行程较长，导致钻头跑偏，致使开孔时就产生偏斜。③钻机平台和钻机轨道基础固定不牢，钻进过程中钻机位置发生偏移或倾斜，导致孔斜。④造孔过程中，地层软硬程度不同，钻头受力不均匀产生孔斜。⑤二期槽造孔过程中，已成槽的一期槽混凝土和二期槽砂卵石之间的强度不同，接头孔易向二期槽一侧倾斜，导致孔斜产生。

4.1.2 对孔斜偏差的处理措施

防渗墙槽段发生孔位偏差后，将影响槽段的墙体厚度，从而直接降低防渗墙墙体的有效搭接厚度，最终影响防渗效果。所以，在造孔施工中，要严格按照规范规程进行施工，预防孔斜的发生，并在过程中及时进行检查，一旦发现偏斜及时采取措施进行处理是最行之有效的方法。

毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙在造孔施工中，采取了以下主要措施对孔斜偏差进行处理：①一般原因导致的孔斜，采用回填碎石和黏土后重新钻进的方法进行处理，且钻进过程中进行纠偏，直至孔斜率达到规范要求。②因地层软硬不均引起的孔斜，采用十字钻头低频次劈打，将硬度高的地层修直，直至空斜率达到规范要求。③因探头石、孤石、漂石造成的孔斜，采用回填碎石和黏土后重新钻进，在钻进过程中及时纠偏，直至偏斜率达到规范要求。因本防渗墙工程施工部位系砂卵石地层的特殊性，为避免对其他施工区域的扰动，未采用槽内钻孔爆破和聚能爆破。

上面4.1.1孔斜偏差产生的原因所述的①，②，③，是人为客观原因所致，在实际过程中注意对上述因素的回避即可，在此就不赘述了。需要指出一点，采用抓斗进行抓取施工，在很大程度上可以避免或减小槽段孔斜的发生。采用“接头管法”工艺进行槽段连接，可以确保接头孔部位的搭接质量，几乎可以忽略一、二期间的接头孔孔斜问题。

4.2 卡钻、埋（掉）钻

在造孔过程中，SH-21、SH-36各发生一次卡钻，SH-39、YZ-10、YZ-14、ZZ-39都发生埋钻事故，尤其是SH-39埋钻处理的时间最长。（注：SH指上游横向段，YZ指右纵向段，ZZ指左纵向段，XH指下游横向段，下同）

4.2.1 发生卡钻、埋（掉）钻的主要原因

①EL398.6～391.6 m是人工回填区域，回填料取自松散的砂石料筛分弃料，导致回填区域出现架空现象，钻头钻进时发生跑斜后导致卡钻。②打回填材料为黏土的主孔时，钻进速度偏快，出渣不及时，造成卡钻。③副孔钻进时，钻头向主孔悬空部位偏斜，造成“溜孔”，小墙部分卡住钻头，导致卡钻。④造孔过程中发生塌孔，埋住钻头。

4.2.2 对卡钻、埋（掉）钻事故采取的处理措施

结合本工程实际情况，现场施工中主要采取以下处理措施：①根据造孔施工经验分析卡钻、埋（掉）钻孔内情况，大致明确卡钻、埋（掉）钻深度和地层情况，采用低频率重复向上提拉动作，逐步冲开卡钻、埋钻区间，取出钻具。②埋钻事故处理中采用上述方法仍然无法取出钻具时，则移动钻机，再次钻劈打相邻孔位，清空被埋钻具两旁障碍物后，取出钻具。③特殊情况下，通过各种努力钻头仍然不能取出的时候，可考虑采取将钻头劈打挤出防渗墙的成墙区域，进行“弃钻”处理。需要特别指出的是，该方法要确保弃钻的位置在防渗墙成墙区域以外，否则不能保证成墙的质量，后期将很有可能形成渗漏通道。

4.3 塌孔（槽）

SH-39、YZ-6、ZZ-24、SH-41各发生了一次严重塌槽事故，现场采用混凝土浇筑回填，回填后重新造孔，造成了一定的经济损失和工期耽误。

4.3.1 塌孔（槽）产生的原因

结合现场实际情况分析，塌孔（槽）的发生有以下主要因素：①水下填筑层未经过碾压，填筑质量差，因此密实度差，填筑体抗剪强度不高，导致槽壁容易失稳而发生坍塌。②泥浆质量不合格，在造孔过程中不能形成致密泥皮，或造孔时间过长，槽段长时间处于浸泡中，引起坍塌。③地下水位偏高，槽壁受到的外水压力较大从而引起坍塌。④抓斗施工过程中，对槽段的扰动影响大，发生坍塌。

4.3.2 塌孔（槽）的处理措施

塌孔（槽）的处理措施应根据工程所在地层的地质特性和工程施工特点进行综合考虑。一般情况下，对坍塌严重的区域都采取混凝土进行回填，在选择混凝土的时候要充分考虑后期造孔的难度。塑性混凝土具有强度低的特点，能很大程度上降低后期造孔的难度。

4.4 漏浆

漏浆是防渗墙施工过程中最易发生的钻孔事故。若漏浆处理不及时，槽段将会出现反复漏浆，进而引起塌孔、埋钻等严重事故。毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙共划分204个槽段，据不完全统计，共有98个槽段均发生了多次不同程度的漏浆，尤其是YZ-5、YZ-3、YZ-1反复程度尤甚。

4.4.1 导致漏浆发生的原因

①本工程所属砂卵石地层相对松散，颗粒级配不连续、不均匀，造成层间接触部分发生漏浆。②人工回填区域层未碾压密实，存在渗漏通道引发漏浆。③槽段内外水位差大，因压力差而产生渗流通道。④泥浆质量差，不能在孔壁上形成致密完整的护壁泥皮，引起漏浆。

4.4.2 采取的堵漏处理措施

①对漏浆的槽段，采取向槽内回填黏土、锯末、膨润土粉等材料进行堵漏处理，并及时向槽段内补充泥浆，避免出现槽段坍塌。②对于严重漏浆的槽段，多次堵漏无效时，要根据漏浆通道的大小，先投放大块石、后投入黏土，用钻具捣实从而堵住漏浆通道或缝隙，以达到堵漏目的。③定期抽检浆液质量，从源头将人为因素引起的事故概率降至最低。

5 结束语

毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙由于在施工过程中，及时对诸多事故进行了行之有效的处理，使得总工期提前12 d（既定节点目标是2010年5月20日，实际完工时间是2010年5月8日），单位工程质量被评为优良，后续厂房小基坑开挖后实际防渗效果达到预期。

混凝土防渗墙造孔施工是由很多不确定、不可预见性因素影响的复杂过程，对孔故的处理必须客观、细致、严谨。果断地处理各种孔故，尽快成墙，尽可能避免各种孔故的发生或加剧，才能从根本上确保防渗墙的施工进度和质量，获得更大的效益，而丰富的经验对孔故处理有着很大的益处。毛滩水电站厂房小基坑混凝土防渗墙项目的成功实践，对其他类似地质构造的混凝土防渗墙施工具有一定的借鉴意义。

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.D L/T5199—2004水电水利工程混凝土防渗墙施工规范[S].北京：中国电力出版社，2005.

[2]陶景良.混凝土防渗墙施工[M].北京：水利水电出版社，1988.