冲击钻配合洛阳铲应用于高坝混凝土防渗墙施工

刘蒲华

（邵东县水利水电勘测设计室 邵阳市 422000）

张雄华

（湖南省水利水电科学研究所 长沙市 410007）

1 工程概况

六都寨水库位于资水支流辰水中上游，行政区划隶属隆回县六都寨镇。水库坝址控制集雨面积338 km2，水库总库容1.237 亿m3，是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、供水等综合效益的大（Ⅱ）型水库。水库工程属Ⅱ等，其主要建筑物大坝、溢洪道、引水隧洞及放空隧洞等永久性建筑物为2 级建筑物。大坝按100年一遇洪水设计，2 000年一遇洪水较核。水库大坝为粘土心墙坝，最大坝高72.5 m。局限于当时的设计和施工水平，处理措施考虑不周全，加之施工质量问题和工程运行多年，坝体防渗方案采用垂直混凝土防渗墙。

2 造孔成槽

高坝混凝土防渗墙施工时，槽段成槽的时间长短是关键，减少成槽时间可降低槽段施工过程中的垮孔、漏浆等一系列不确定因素发生的几率[1]。根据六都寨水库坝体地质情况，防渗墙造孔采用冲击钻配合洛阳铲。高坝粘土心墙坝采用冲击钻成槽有以下优势： 钻头在冲击成孔过程中可对下方土层有个挤压、密实的功效，可在一定程度上阻断裂隙渗流通道，防止施工过程中漏浆等情况的发生。但由于冲击钻在高坝粘土心墙中施工工效不高，可借助洛阳铲等这类设备加以解决。

2.1 单元槽的划分和导向槽制作

施工槽段划分一般需要根据地质条件、墙体深度、施工方法等诸多因素来确定，本工程经研究分析确定槽段长度6 m； 导向槽采用C25 混凝土结构导向槽，尺寸：500×1 200 mm，配筋：HRB 400，受力筋7Ф14；分布筋Ф6@500。

2.2 造 孔

（1）冲击钻机造孔工艺。本工程采用冲击钻，钻劈法造孔成槽，成槽时先钻进主孔，后劈打副孔。选用（1.3～1.5）t 十字冲击钻头和空心长钻头造孔。为保证终孔孔径不小于80 cm，施工中及时进行修正。主副孔的钻进，主要依靠钻头的冲击切削作用成孔，对于主、副孔之间小隔墙劈打，要将钻机移到小墙中心才能进行，劈打时适当控制冲程，做到轻打稳打。打副孔时在主孔内放入掏渣桶，及时掏抽槽底钻渣。一、二期槽孔同时施工时，其间距应大于槽孔宽度1.5 倍以上。主孔宽度应符合设计要求，副孔搭接处的宽度应大于主孔宽度，主、副孔高差不得小于3 m。钻劈副孔时，应在相邻两主孔内放置接石筒，每钻进（0.3～0.4）m 时，提取钻渣一次。钻进中应根据钻进速度，均匀放松钢丝绳，做到勤松、少放。当孔内钢丝绳摆动过大时，应停钻调整后方可继续钻进。钻进中出现斜坡、小墙、梅花瓣和探头石等，应立即采取措施进行修孔。钻进中遇到漏失地层，孔内泥浆也柱突然下降时，应立即提升钻具，加大泥浆黏度和投入黏土球堵漏，保持孔内泥浆液面，并快速钻透漏失层。

（2）地层因素造成的钻进困难。由于水库大坝为粘土心墙坝，分两次填筑而成，第一次为20 世纪70年代人工填筑至40 m 高度，第二次为90年代采用机械化施工填筑加高30 m 到现在的72 m 高度，在试验槽段施工过程中，反映出两次填筑的心墙质量有很大差别，上层30 m 粘土质量好、密实度高，粘土糊钻现象严重，造成冲击钻施工进度极其缓慢，实验槽施工时平均施工进度约为5 m/天·台（定额为16.7 m/天·台）。

（3）洛阳铲施工技术的应用。针对冲击钻施工进度极其缓慢的问题，经过咨询、考察，决定引入洛阳铲施工工艺，其原理就是根据槽段主孔位的分布，利用铲头自由落体运动把土体抓上来，最后在槽段内形成（4～5）个间距相等直径同墙厚的深井，一台洛阳铲设备正常情况下每天可施工（30～40）m，槽内各深井之间的土体再用冲击钻配合清除，经核算，采用洛阳铲工艺施工的槽段，平均施工进度约为（20～24）m/台·天，洛阳铲施工工程量分别只占工作量的10%（80 cm 墙体）、16%（60 cm 墙体），但因为其解决了上部30 m 范围内密实度大的粘土层，直接减少了冲击钻的冲孔工作量、抽浆时间，减少了后续施工的难度，解决了冲击钻头施工上部土层糊钻的困扰，从而大大加快了进度，工程效益明显。

2.3 泥浆的生产和供应

泥浆具有稳定孔壁，悬浮岩屑，冲洗孔底和冷却钻头等作用。泥浆应具有良好的物理性、流变性和稳定性。本工程利用当地粘土制作泥浆，拌制泥浆应采用搅拌机，搅拌时间不应少于30 min。在成孔槽段现场安装了泥浆搅拌机，备好膨润土、纯碱，并在相邻槽段设置简易泥浆池。成槽施工中断过程中要求操作工人每隔1 h 把槽内泥浆搅动一次，遇到跑浆、漏浆情况及时往槽内补增泥浆。

3 防渗墙混凝土浇筑

混凝土浇筑采用 “直升导管法”，导管内径为230 mm，壁厚4 mm，提升导管采用16 t 汽车吊车作业。每槽段内下入二导管，两导管间距不大于3.0 m，每根导管距离槽头不大于1.5 m。导管的选用与混凝土浇筑强度和混凝土面上升速度相匹配，导管安装竖直，接头连接紧密不漏水。每根导管均置于槽宽的1/2 处，下端高出槽底0.4 m。漏斗容量须满足开浇混凝土封底并达到埋管1 m 以上的要求，按以往的惯例，导管中应设隔水球，但是现场试验，在不加隔水球的条件下，更能保证混凝土开浇顺利，本工程采用漏斗底部加装活板的方法。

4 防渗墙接头施工

采用钻凿法施工，在浇筑好的Ⅰ序槽段的两端重新钻孔，把已浇筑的混凝土凿除掉。接头开始施工的时间，应根据混凝土的强度等级与浇筑时的气温结合现场情况综合进行考虑，接头钻凿法施工为混凝土浇筑后12 h 实施。同时，钻凿法接头施工时应控制好垂直度，Ⅱ序槽浇筑前须进行泥皮的洗刷，使接触面混凝土清理达到规范技术要求。

5 结 语

（1）对墙体质量检查。混凝土钻芯取样12 组，测得抗压强度最小值为10.2 MPa、最大值为13.5 MPa、平均值为11.2 MPa；防渗墙声波透射检测抽检5 个槽段，所检查5 个槽段的防渗墙质量均评价为合格；防渗墙注水试验抽检6 个槽段，每个试段长度为5 m，共取得51 个试验实测值(渗透系数K 值)，其中最小值为3.34×10-7cm/s、最大值为7.98×10-7cm/s、平均值为5.85×10-7cm/s，全部符合设计值（K＜i×10-7cm/s，1≤i＜10）。

（2）冲击钻配合洛阳铲成孔这种工艺只适合在粘土层，在砂砾层、或土体内含水量过高的情况下，由于目标土体与铲头壁的粘聚力、摩擦力小于土体的自重，目标土体不能取出。同时洛阳铲施工时应考虑与冲击钻机在时间上和空间上的协调配合，因为洛阳铲施工时要占用有限的施工场地，会对相邻槽段施工造成一定的影响； 洛阳铲成孔的深井长时间暴露会有垮孔的危险，因此在一个槽段内洛阳铲施工完毕后需注入泥浆进行固壁，并尽快组织冲击钻对此槽段进行施工。

[1] 高钟璞.坝基础混凝土防渗墙[M].北京:中国电力出版社，2000.