深厚覆盖层槽孔混凝土防渗墙施工中地质问题综述

2017-03-09孙领辉

黑龙江水利科技 2017年12期

关键词：造孔槽孔承压水

孙领辉

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 前言

目前新疆正在开发及待开发的水利项目中，地质条件越来越复杂，常遇到在深厚覆盖层上修建大坝工程。修建水利工程地基处理难度越来越大，尤其是深厚覆盖层的查明及处理问题。

随着水利工程建设的发展，防渗墙的设计经验及施工方法越来越成熟，而且防渗墙在深厚覆盖层中的防渗效果较其他防渗效果有着明显的优势，而且材料的选择、墙体的宽度及深度可根据设计要求及实际地质条件进行调整，检测方法成熟、可靠，工程质量容易保证。

吐鲁番市二塘沟水库大坝基础防渗墙按照设计要求完成施工，在施工过程中遇到的承压水、漏浆及基岩面的判定问题的解决处理，为类似工程提供了有益的参考经验。

1 工程简介

二塘沟河发源于东天山支脉——博格达山南坡，二塘沟水库位于二塘沟河山区河段上，坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝，总库容2360万m3，最大坝高63.8m，为中型Ⅲ等工程。

2 工程地质条件

坝址库区位于中山区峡谷内，库区两岸基岩山体雄厚，海拔1550-2000m，相对高差100-550m ，谷坡坡角一般30°-70°，谷底宽120-500m，呈“U”字型。河谷走向近南北向，纵坡坡降约3%，河谷两岸分布Ⅰ-Ⅳ级阶地，其中Ⅰ、Ⅱ级阶地相对较发育，阶面较宽，Ⅲ、Ⅳ级阶地零星分布。

坝址区主要出露上古生界石炭系上石炭统石人子沟组(C3s)地层和第四系地层。

2.1 上古生界石炭系上石炭统石人子沟组(C3s)地层

岩性主要为凝灰岩和英安岩。

英安岩岩体呈块状构造，岩石坚硬、性脆，岩体完整性较好。主要分布在坝址区左岸及河床覆盖层底部及右岸坡角处，另在坝址右岸上游仅局部出露，与右岸凝灰岩呈侵入接触，为块状结构，岩石坚硬、性脆。

凝灰岩以中厚层状为主，岩石坚硬。由于褶皱作用的影响，岩层揉皱现象明显，岩层产状变化较大。主要分布于坝址区右岸，另坝址左岸上部局部出露，以中厚层状为主，产状主要为285°-330°SW∠25°-40°，凝灰岩层中局部夹薄层凝灰质砂岩。

2.2 第四系地层

坝址区第四系堆积物主要有：Ⅳ级阶地上的中更新统冲积(Q2al)砂卵砾石层、Ⅲ级阶地上的上更新统冲积(Q3al)砂卵砾石层、河床和Ⅰ、Ⅱ级阶地上的全新统冲积(Q4al)砂卵砾石层。

在坝轴线处，河床最大宽度约122m，覆盖层岩性主要为第四系全新统冲积砂卵砾石，河床覆盖层按颗粒组成和性质大致可分为下列4层，具体见表1。

表1 坝轴线河床覆盖层物探测试参数表

根据勘探资料，根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)判定，河床覆盖层为不液化砂砾石层。

第①层深度0-6.0 m，为河床表层，受河流冲刷改道作用表面高低起伏，高差一般1-2m；地表细颗粒冲失，沉积颗粒粗大，最大粒径1000mm左右，结构疏松。

第②层深度6.0m-13m，颗粒组成与第①层基本一致，结构较上层密实，渗透系数40m/d(4.6×10-2cm/s)，为强透水层。

第③层深度13-42m，岩性为砂卵砾石，呈次圆状-次棱角状，磨圆度较好，结构密实，粒径较上层小，大漂石及卵石含量较低，渗透系数17m/d(1.9×10-2cm/s)，为强透水层。

该层上部可见粗细颗粒互层现象，局部可见承压水，承压水最大水头高于地面2.4m，承压水涌水量为2.23-6.28L/s。由于水头高度不大，不影响大坝安全稳定，但在防渗墙施工造孔过程中，会稀释孔内的护壁泥浆，导致孔内护壁效果差，造成塌孔。

第④层深度42-48.5m，岩性为含泥碎石，碎石呈棱角状，磨圆度差；上部可见夹有卵砾石，结构密实。

3 混凝土防渗墙设计

坝轴线部位河床宽约122.0m，河床覆盖层最大厚度约48.5m，覆盖层岩性为砂卵砾石，为强透水层。设计采用槽孔混凝土防渗墙、墙厚1.0m、长125m、最大深度50m。混凝土防渗墙与沥青混凝土通过基座混凝土连接。并在防渗墙下基岩设帷幕灌浆1排，帷幕灌浆标准为<10Lu线以下2-3m，与两岸帷幕灌浆形成整体的防渗体系。

4 防渗墙施工组织设计

防渗墙位于坝轴线河床段，根据河道径流情况，河流于6月-9月为丰水期，流量较大，10月-次年5月为枯水期，流量相对较小，故选择在10月至次年5月即一个枯水期施工完毕。槽孔混凝土的施工分两期进行：一期为主孔施工，采用冲击钻造孔；为加快施工进度，二期采用液压抓斗抓取成槽；经参建方验收满足设计条件后方可进行混凝土的浇筑。

5 防渗墙施工中造孔的地质问题及对策

5.1 强漏失地层

河床砂砾石表层0-13m受水流冲积，细颗粒被带走，粗颗粒集中，最大粒径1000mm左右，结构松散，局部可见架空结构，是主要的渗漏通道。在造孔过程中护壁泥浆大量漏失，严重时可导致孔壁失稳、槽孔坍塌，因此在造孔前采取预灌浓浆进行封闭强该地层的渗漏通道，为减小孔壁失稳、便于顺利造孔创造有利条件；当造孔发生严重漏浆时，及时向槽内投放黏土、碎石土、膨润土、水泥等堵漏材料，并及时补浆，必要时采用速凝材料堵漏，以避免槽孔继续发生坍塌[1]。

5.2 基岩面的鉴定

防渗墙设计为入岩1.0m，基岩面的判定关系到防渗墙能否完全入岩的关键。

地面42.0m以下，岩性为含泥碎石层，呈棱角状，粒径大小不一，为河床左岸上游约100m的1号冲沟洪积而成，碎石母岩成分为凝灰岩、英安岩，与基岩岩性基本一致，增大了基岩面的判定难度。

防渗墙施工使用冲击钻造主孔，抓斗抓副孔的方法施工。主孔采用冲击钻钻进成孔，副孔采用液压抓斗抓取成槽。在副孔施工过程中，抓取深度未到到设计深度时，抓取困难，并在抓取物中可见基岩碎块，经各参建方共同在现场初判为基岩面，并与前期勘察资料对比，基岩顶面差异较大[2]。为了准确判定基岩顶面的高程，确保防渗墙底部深入基岩内，业主、施工单位、监理、设代人员协商，初步判定依据冲击钻取出的岩渣，后在槽孔内布置取芯孔，具体方法为：结合现场情况对所有主副孔均采取在孔底部取岩渣样进行判定，初判为基岩后，再选择部分孔槽采用地质钻取芯验证，实际取芯深度为5-11m。在坝轴线河床段坝基(桩号0+134.307-0+257.307)槽段共计完成了9个取芯钻孔(见表2槽孔混凝土施工期取芯钻孔)，对建基面进行验证，确定了基岩面。

表2 槽孔混凝土施工期取芯钻孔(槽孔顶面高程为1417.5m)

根据槽孔防渗墙施工采用冲击钻取岩渣样鉴定、抓斗抓取岩性观察、地质钻取岩芯确定基岩面的方法，准确的判定了基岩面，对槽孔混凝土防渗墙入岩提供了充足的依据[3]。

5.3 孔内坍塌

在防渗墙的施工过程中，孔内坍塌是难以避免的，在本工程防渗墙施工时，孔内垮塌主要有一下两个原因：

1)承压水及地下动水的影响：

根据勘探资料，河床砂砾石有承压水，承压水的水头高于地面约2.4m，且承压水出露高程不一，从13.7m-40.0m均有承压水溢出地表。在承压水及地下动水的影响下，护壁泥浆极易被稀释，造成孔壁失稳。在施工过程中，采用高性能泥浆，以黏土浆及膨润土浆为主，在不良地层段采用新型白色MMH正电胶泥浆，尽可能的保持泥浆护壁效果的良好性。

2)大漂石的影响：

河床砂卵砾石中存在大漂石，可见最大粒径约1.0m，在主孔造孔及副孔抓取的过程中，极易导致孔壁失稳、孔内坍塌。本工程在施工过程中多次碰到大漂石，在造孔成槽的过程中，多次发生垮塌现象，为防止孔内进一步垮塌，采取碎石土、黏土进行回填、夯实后，进一步钻进。通过这种方法，有效的防止了孔内继续垮塌。