复杂地层下临时围堰砼防渗墙成槽施工问题探讨

赵荣亮 邢敏

北京振冲工程股份有限公司 北京 100102

1 工程简介及地质概况

国内某大型抽水蓄能电站为在建世界最大抽水蓄能电站，电站拟利用已建的原水电站水库作为下水库，在下水库山区顶部修建上水库，上、下水库之间的山体内布置水道系统和地下厂房系统。

本工程地处燕山山脉和内蒙古高原交界部位，区内地势复杂，高程一般为800～2300m。本区出露的地层有古元古界变质岩，中生界侏罗系上统火山岩、白垩系下统火山岩、沉积岩，新生界第三系上统砾岩，第四系松散堆积层。另外，区内出露有大面积的侵入岩，主要侵入时期为古元古代、三叠纪、中侏罗世、白垩纪，岩性以花岗岩、闪长岩为主。

该地区属于中温带半湿润半干旱大陆性季风型高原山地气候。春季风多干旱，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年平均气温0.9～6.2℃，无霜期110～145天，昼夜温差大。11月～4月份为冷冻期，施工环境恶劣，有效施工期短。

下库一/二期进出水口围堰是该工程下库重要临时建筑物之一，属关键节点。是下库进出水口施工全时段的安全屏障，轴线长度500m，设计为土石围堰，立堵法回填，地层自上而下依次为人工杂填土层，心墙最大粒径不超过30cm，心墙外最大粒径120cm，厚度7～9m；淤泥层，局部有粗砂，厚度3～5m；卵砾石层，厚度10～18m，下部基岩为元古界花岗岩（γ2）。防渗墙纵横剖面图见下图。

2 防渗设计

该工程原设计防渗结构为高压旋喷防渗墙，入岩1m，后因防渗效果不理想，变更为砼防渗墙结构。

3 防渗墙施工技术难点

防渗墙施工技术复杂，风险大，主要施工难点是：

（1）地质条件复杂。因设计变更，防渗墙轴线位置已偏移出原心墙范围，地质条件复杂，杂填土层含大量漂石、孤石，且无级配，空隙率大，易漏浆塌孔；河床段分布淤泥层，上部杂填土层载荷较大，物理力学指标低，槽孔稳定性差；覆盖层及全强风化层，岩性坚硬，钻进困难，墙体嵌岩困难。

（2）砼防渗墙距原设计高喷较近，砂卵砾石层及覆盖层含大量高喷水泥渗透凝结体，强度较高，钻进难度较大。

（3）设计墙厚0.4m，严格限制了施工工艺的选择，工期短，施工强度高。

4 施工概况

防渗墙施工大体划分为3个阶段：

（1）防渗墙实验阶段。原设计防渗结构为单排高压旋喷防渗墙，变更为原轴线向上游偏移4m改为砼防渗墙结构，要求入岩1m。实验安排在墙体轴线中间河段最深处，对液压抓斗进行性能和生产性检验，为正式施工提供可鉴性指导。

（2）施工工艺探究调整阶段。因上部杂填土层含大量孤石，下部砂卵砾石层及覆盖层含大量水泥凝结体，成槽难度极大，嵌岩困难。全抓法不能满足现场施工要求，铣槽法因墙宽限制无可选设备。后调整为两钻一抓法，冲击钻钻具因墙宽限制，重力势能受限，成槽效率仍极低；后改为砼防渗墙成墙后进行墙下帷幕灌浆，其目的是为了提高工程进度，保证在可施工气候阶段内完成施工。

（3）正式施工阶段。防渗墙关键节点的完成直接关系到进出水口内施工面下一步工作展开。

（4）最终施工工艺及设备选型见下

经多种尝试，最终选择了以液压抓斗及冲击钻为主，潜孔锤及爆破为辅的“两钻一抓”法。GB34宝娥液压抓斗、SG35金泰液压抓斗，CZ-6乌卡斯冲击钻，351型破碎钻机等设备。

5 施工难点问题及特殊情况处理

本项目主要施工难点体现在成槽工序。

（1）因上部杂填土层无级配，含大量漂石、孤石，孔隙率大，稳定性差，直接造成施工过程出现以下难以处理问题：

①导墙下地层极不稳定，地下水位低，地层孔隙率大，漏浆量极大（该工程多次出现围堰上游侧低于导墙水平基面位置及上游库区渗漏泥浆现象）。

处理措施：针对漏浆，多次调整护壁泥浆参数；该项目使用钠基膨润土为制浆土料，主要以泥浆比重和黏稠度作为主指标参数，经多次现场试验比对，常规项目的泥浆参数难以满足该地层要求，最终确定了泥浆比重保持在1.09～1.15之间，黏稠度（马氏漏斗）高达48～52s时，并添加预拌PAM溶液，才能初步缓解漏浆情况。

②杂填土层大量孤石，且硬度较高，粒径最大高达1.2m，液压抓斗无法有效抓进出渣，使用乌卡斯冲击钻冲击破碎，因导墙宽度（墙厚0.4m）限制，钻具质量小，重力势能小，且无法精准对位，效率极低，冲击震动易引发塌孔事故。

处理措施：a.在大孤石处回填细石，建立有效冲击面，待冲击破碎后，重新移位，再次冲击破碎。此方法进尺极慢（遇大孤石时，因钻具直径限制，锤锺2t，进尺慢，且冲击对位困难），且易塌孔。该法效率极低，消耗大，处理周期长。

b.使用潜孔锤进行斜向破碎。因回填料多花岗岩硬度极高，该项目出现多次出现潜孔锤钻杆断折。该法显现了潜孔锤灵活机动，效率高，但不能全部适用，遇硬岩时，机械损坏率较高。

c.对孤石进行水下爆破。实践证明，靠纯机械钻挖，效率慢，覆盖性差，局部超大孤石需使用爆破方式。该项目采用了两种爆破方式均有利弊。水下聚能爆破，制作操作简单，但爆破效果差，多次爆破仍不能破碎；钻孔预爆，因孤石形状不规则，钻具难以准确施钻，难以准确施爆。

注：爆破引发次生塌孔，且不能有效解决问题，爆破后只能进行槽内回填处理静置，二次抓进亦多塌孔。

③在杂填土层及淤泥层交接位置，成槽过程中多发漏浆极快现象，补浆无效，液面下降，导致塌孔。

处理措施：a.针对该情况，更换了进浆泵，提高进浆效率；提高了泥浆系统生产效率，增加泥浆池容量按4倍槽内容积备产；缩小槽段长度，减少接触面积。b.针对该位置，采用了回填黄黏土1m，抓进2m循序渐进的方式，可初步缓解漏浆率大的问题。c.如上述方法未有效解决，只能采取回填黄黏土夯实静置的方法，待黄黏土浆液充分填充孔隙后，进行二次抓进。如无效，在黄黏土中添加PAM溶液再次回填静置，如此往复。

（2）下部砂卵砾石层层厚4～8m，因前期高压旋喷水泥渗透，强度增高，抓斗难以抓进，进尺极慢，24小时进尺不足0.5m，针对该特殊情况，采取了以下措施：

措施①：选用大功率液压推板抓斗，增加配重，相比较传统薄壁抓斗（例如薄壁连续墙抓斗，输出功率小，提升力小，无推板，斗体抓斗最大重量小，无冲击性能）具有功率大，重力势能大，遇硬层MDSG机械卷管系统和自由落体卷扬机配合使用，具有一定的冲击能力；满负荷运转情况下张闭斗时间短，抓进时间紧凑，成槽抓进速度较快等优势。②：采用“两钻一抓”法，并在副孔之间加密钻孔，破坏砂卵砾石水泥凝结体整体性（因冲击钻钻副孔效率慢，曾试选旋挖、冲击反循环等设备，但因墙厚限制，无可选设备；潜孔锤400mm钻孔设备，需配合套管使用，资源浪费大，无法直接成孔；冲击反循环钻机因其成孔泥浆循环方式容易造成上部杂填土层孔壁失稳，引发塌孔亦不适用该地层，只得选择传统乌卡斯钻机）。

6 几点经验

该工程在本工程防渗墙施工中，采用了多种工艺，新旧结合，取得了明显的防渗效果。其地质条件极其复杂，施工困难程度在国内同类型工程中，实属罕见。其经验可供类似工程借鉴和参考，有以下几点：

（1）对于临时重要工程，应对地层条件充分掌握，在地质资料不充分的情况下，应补充勘察资料，结合设计工艺及工程实际情况，提高工程可预判性。

（2）对于地质条件特殊及复杂的工程，应根据设备特性（没有一种万能的设备）和国内现状（工程造价低、现有技术装备情况）来选用设备与相应工艺，土洋结合，群策群力，方能事半功倍。

（3）对于一些工期紧的工程，应综合地质、造价、工期、施工气候、设备及工艺等多方面因素，因地适宜、因时适宜的提出更加合理的设计方案及施工工艺。

（4）对于无级配杂填土、含大量孤石且粒径较大的地质条件，不适合设计为薄壁砼防渗墙类型。