福建水口水电站纵向子围堰防渗墙工程快速成槽施工技术探讨

(中国水电基础局有限公司，天津 武清，301700)

1 工程概况

福建闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程位于福建省闽江干流闽清县境内的闽江河段上，上距水口水电站约9.0km，距闽清县城约5.0km，距福州约71.0km。

本工程为Ⅲ等工程，工程规模为中型。工程开发任务为抬高水口水电站下游水位，保证在基荷流量(308m3/s)下即可满足通航要求，改善通航条件；满足水口水电站水轮机吸出高度达到原设计要求，保证机组的正常稳定运行。本枢纽工程主要建筑物包括挡水建筑物、泄洪消能建筑物和通航建筑物等。

福建闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程围堰防渗墙已先后在2016年和2017年年初进行了两期施工，完成了上游和下游横向围堰防渗墙。2017年汛后施工的是纵向子围堰防渗墙。纵向子围堰为土石围堰，梯形断面，堰体全断面填筑石渣，采用C4塑性混凝土防渗墙防渗。纵向子围堰防渗墙轴线长达895.4m，划分为149个槽段；防渗墙厚度分为0.6m和0.8m两种型式；入基岩50cm，最大孔深51.20m；成墙面积为17101.01m2。

2 工程地质

纵向子围堰防渗墙需穿过围堰填筑区(围堰填筑高程约-6.0m～10.5m)、河床覆盖层(卵石、砾石层)进入基岩，基岩为花岗斑岩。

纵向子围堰堰体采用石渣回填。围堰填筑料采用建兴料场和备料场的石料，土石混杂，级配不均匀，胶结性差，压实度低。

覆盖层厚度坝线上游较薄，下游段靠近深槽覆盖层较厚，厚度变化大。主要由中粗砂、砂卵砾石层组成，卵石粒径一般约2cm～6cm，少量为10cm～20cm，含量约30%～40%，砾石粒径一般0.2cm～2cm，含量约30%～35%，中粗砂充填，覆盖层结构松散，透水性强，工程性能差。

覆盖层下伏弱风化基岩(花岗斑岩)，岩石坚硬，力学强度高，弱风化基岩岩体透水率为q=0.19Lu～3.73Lu，为弱～微透水层，岩体完整性差～较完整，地质构造简单，断层不发育，未发现大的不利的缓倾角软弱结构面，地基稳定性较好。

3 总体施工方案

根据本工程地质条件、工期等要求及前两期围堰防渗墙的施工经验，纵向子围堰防渗墙总体施工方案为：

(1)防渗墙成槽开挖主要采用冲击钻“钻劈法”，抓斗辅助施工的施工工艺；

(2)主孔钻进阶段采用抽筒法排渣，清孔阶段采用抽筒换浆法清孔出渣；

(3)固壁泥浆：主孔以粘土浆为主，副孔采用优质膨润土泥浆，清孔采用膨润土泥浆；

(4)采用液压拔管机进行“接头管法”墙段连接，这样既能节约接头孔混凝土，又能节省接头孔钻凿工时，并可最大限度地保证接缝质量；

(5)混凝土拌合楼拌制塑性混凝土，9m3混凝土罐车运输至槽口；

(6)泥浆下直升导管法浇筑混凝土，压球法开浇。

4 防渗墙施工存在的难点

4.1 施工工期紧，施工强度高

纵向子围堰防渗墙施工工作面分两个阶段提供，给施工布置带来了很多不便；临建期短，只有7d；防渗墙施工工期紧，主体结构工期为64d；工程量大，施工强度高。

4.2 地质情况复杂，漏浆、塌孔严重

4.2.1 槽段漏浆、塌孔

纵向子围堰防渗墙各槽段上部为回填的建兴料场和备料场的石料，土石混杂，级配不均匀，胶结性差，压实度低，部分槽段开孔就是大块石，造成本期防渗墙大部分槽段开孔就发生漏浆，甚至塌孔。

纵向子围堰防渗墙各槽段在孔深10m～12m以下为大块石堆积体，直接坐落在原始岩面上。该区域填筑料粒径大、强度高、松散，普遍具有架空结构，存在很多渗漏通道，经常发生严重漏浆。各槽段10m～12m以下造孔过程中需反复回填粘土、石渣和块石进行堵漏，重复造孔次数多，施工工效低。

一旦槽孔底部严重漏浆，致使泥浆大量流失，浆面急剧下降，槽孔上部失稳，槽段上部5m极易发生坍塌，甚至埋住钻头。

4.2.2 基岩鉴定困难

位于纵向子围堰堰体底部的大块石堆积体直接坐落在原始岩面上。基岩为花岗斑岩，岩性坚硬，力学强度高。在防渗墙入岩过程中，频繁、严重的漏浆造成钻渣取样不纯，基岩鉴定困难，终孔深度不易确定，致使实际入岩超深，成槽困难，施工周期长。

4.2.3 抓斗施工困难

漏浆严重的槽段采用抓斗成槽易发生塌孔，需堵漏后再采用抓斗施工。由于围堰底部多为大块石堆积层，而抓斗遇上大块石无法正常施工，造成大部分槽段只能抓至8m～10m，部分槽孔甚至只能抓取3m～5m，成槽功效很低，无法充分发挥抓斗施工工效高的优势。

4.3 施工道路场地小，交叉作业多

纵向子围堰防渗墙施工设备多，高峰期现场共投入62台冲击钻和2台抓斗，另外还有2台吊车、5台装载机、4台小挖机、4台运渣车、4台混凝土罐车等大量的辅助设备。

施工轴线长，施工现场道路狭窄。大量施工车辆同时运行在不足7m宽的施工道路上，交叉作业多，相互干扰大，运行效率低，安全隐患多，同时也会造成部分槽段由于不能及时将堵漏材料运送至漏浆槽段而造成槽段塌孔。

5 快速成槽的主要施工技术

5.1 选择与地层相适应的造孔工艺和施工设备

防渗墙造孔成槽工艺主要有“钻劈法”、“钻抓法”、“纯抓法”、“铣削法”等。考虑到本工程特有的地质情况、墙体深度、设备能力和施工强度等，纵向子围堰防渗墙采用“钻劈法”，结合抓斗辅助施工的方法。即先使用CZ-6A冲击钻机钻进主孔至设计入岩深度，然后劈打副孔，再找小墙成槽，底部基岩采用冲击钻钻凿。为加快施工进度，根据地层情况，在劈打副孔、冲凿小墙时可利用液压抓斗进行辅助施工。

为确保施工工期，纵向子围堰防渗墙第一阶段工作面接收后投入40台冲击钻，根据第二阶段工作面接收情况，逐步增加施工设备，高峰期投入62台冲击钻，另外现场投入了2台液压抓斗辅助钻机进行抢工。

5.2 采用优质膨润土泥浆护壁

泥浆是混凝土防渗墙施工不可缺少的介质材料。泥浆在造孔过程中起到固壁、防渗、悬浮携带钻碴、清孔和冷却钻具的作用。泥浆的正确使用和泥浆性能的控制是泥浆护壁成槽法成败的关键。

纵向子围堰防渗墙主孔施工以粘土浆(孔内原位造浆)为主，副孔施工、清孔换浆采用膨润土泥浆，防止槽孔漏浆、塌孔，确保清孔和浇筑质量。由于本期防渗墙地质情况复杂，填筑料松散，架空严重，常规膨润土泥浆不能很好地满足固壁和防渗的要求，为此在膨润土泥浆中添加了3‰的CMC，改善泥浆的胶体性质，减少失水量，提高钻碴的悬浮能力和固壁效果。

5.3 漏浆、塌孔的预防和处理

鉴于本防渗墙工程施工过程中漏浆、塌孔现象普遍存在，造孔过程采取了以下措施进行预防：

(1)缩短每个槽段的长度(墙厚0.8m的槽段长度为6.8m，墙厚0.6m的槽段长度为6.6m)。通过对设计提供的地质资料的认真分析，并总结前两期围堰防渗墙的施工经验，最终采取了“3主2副”的成槽方案，缩短成槽时间，确保槽段安全；

(2)防渗墙各槽段控制开孔时造孔速度，上部5m采取“反复式”回填堵漏材料，期间不抽渣，以便对地层挤压密实，预防漏浆，防止导向槽底部坍塌；

(3)由于各槽段孔底普遍漏浆严重，防渗墙造孔过程中，先将3个主孔施工完毕后再将2个副孔坐至孔底，保留小墙作为支撑，最后打掉小墙成槽，降低塌孔风险；

(4)抓斗施工前，先将3个主孔和2个副孔用排渣沟内的钻渣和泥浆混合体回填满，并预备足量的粘土和钻渣混合料。抓斗施工槽段期间不停补充膨润土泥浆，根据情况加入粘土和钻渣混合料，这样可以保证抓斗施工时槽孔内的泥浆粘度，降低漏浆、塌孔风险；

(5)在造孔过程中，根据施工的实际情况适当提高膨润土和CMC的材料用量，提高泥浆性能指标，防止槽孔漏浆。

针对纵向子围堰防渗墙造孔过程中经常发生漏浆的情况，经现场反复实践，主要采取以下措施进行处理：

(1)一旦发现浆面下降较快，立即停钻，将钻头迅速拉起；

(2)如遇少量漏浆，则加大泥浆粘度，根据情况也可将排渣沟内钻渣填入漏浆槽孔中；

(3)若槽段孔壁发生大量漏浆，则迅速向槽孔内补充膨润土泥浆，并将水泥掺入锯末中混合均匀后投入槽孔中；

(4)若槽孔底部大量漏浆，则反复向孔内加入比例为1∶1的片石和粘土的混合料，再冲击钻进直至堵住孔底渗漏通道，同时迅速向槽孔内补充膨润土泥浆；

(5)个别漏浆特别严重的特殊槽段，联合采取多种堵漏措施进行处理。

针对纵向子围堰防渗墙造孔过程中经常发生塌孔的情况，主要采用以下方法进行处理：

发现有塌孔迹象，首先迅速提起施工机具，根据塌孔程度采取回填粘土、低标号混凝土等处理措施；如孔口坍塌严重，先在塌孔位置处布置插筋、拉筋、废旧钢丝绳等，然后浇筑C15低标号混凝土进行处理，保证槽口的稳定。纵向子围堰防渗墙造孔过程中，多个槽段出现了不同程度的塌孔。为保证施工进度，塌孔程度较轻的槽段尽量不采用浇筑混凝土的方式进行处理，尽快成槽浇筑。塌孔严重槽段浇筑C15混凝土进行处理。

5.4 准确、及时的基岩面鉴定

纵向子围堰防渗墙主孔钻进至基岩面附近时，多加粘土，少加石渣，以提高钻渣取样的纯度，保证基岩鉴定的准确性，及时确定终孔孔深；个别漏浆严重的槽段由于填料多，造成取样纯度低，可再在副孔位置进行取样，验证所鉴定基岩面的准确性；必要时采用岩心钻进行取芯，确定终孔孔深。

5.5 “接头管法”墙段连接

纵向子围堰防渗墙墙段连接采用“接头管法”。Ⅰ期槽孔浇筑前，在其端孔处下设接头管。在墙体混凝土浇筑过程中，根据试验确定的脱管龄期，随混凝土面上升采用拔管机逐节拔出接头管而形成接头孔，然后将该接头孔作为相邻Ⅱ期槽孔的端孔。这种方法避免了重复钻凿接头孔造成的工时和材料浪费，并具有接触面光滑、接缝紧密、孔斜易控制、搭接厚度有保证等优点。接头管直径根据墙厚分为600mm和800mm两种，单节长5.6m，单销连接。

本工程接头管技术的采用，与传统的钻凿法相比，不仅节省了塑性混凝土954.30m3，降低了材料成本，同时也减少了重复钻凿接头孔的工程量2757.20m，加快了成槽进度。

5.6 钻头加焊耐磨块

纵向子围堰防渗墙槽段底部为回填的大块石堆积体，粒径大，强度高；基岩为花岗斑岩，岩性坚硬。造孔过程中，普通冲击钻头强度偏低、磨损快，补焊频繁，辅助时间长，钻进工效低，制约了施工进度。针对这种情况，本工程在冲击钻头上加焊耐磨耐冲击高强度合金块，有效克服上述缺陷，提高了施工工效。

6 施工管理

本工程防渗墙施工轴线长、槽段多、工程量大、工期短，施工期气温高，在国内同等地层条件下也是罕见的。为此，项目施工前进行精心策划，施工过程中加强协调管理，采取下列措施：

(1)为提高管理效率,加强现场协调，每天早8∶00在施工现场坚持日例会，每周三晚7∶30在项目部会议室召开周例会，及时解决现场施工存在的问题，加快施工进度；

(2)本工程施工期间正值福州夏季，8、9月份持续高温2个月，白天最高气温高达38℃～40℃。夏季防暑降温工作成为保障现场生产的一大重点。为此，每天为施工现场供给足够的饮用水、饮料和凉茶等；为高温天气下坚持施工的广大一线施工人员提供藿香正气液/水、人丹、清凉油、风油精等防暑药物；积极改善工地生产生活环境，加强通风降温，宿舍和食堂均安装电扇。通过采取多种措施，有效地开展了防暑降温工作，避免了中暑事件的发生，保障了现场持续安全生产；

(3)为了充分调动各施工机组的积极性，项目设立了奖励基金，按周开展劳动竞赛。根据本工程控制性工期要求和现场实际施工情况确定各施工槽段的节点工期，对按期或提前完工的机组进行奖励；抓斗施工班组按照施工进尺进行奖励。

7 防渗效果

纵向子围堰防渗墙于2017年10月13日实现了闭气合拢，2017年10月16日投入20台水泵进行围堰基坑抽水，10月底基坑见底，开始基坑开挖和基础面清理。2017年11月初完成防渗墙检查孔11个，取芯完整、连续、致密，注水试验所得渗透系数均小于10-7cm/s，满足设计要求。2017年11月底围堰基坑开挖完成，最深处开挖至高程-20m以下，整个基坑面积约27万m2，未发现明显渗漏点，防渗墙施工效果良好，为基坑内后续施工创造了良好的施工环境。

8 结语

由于本工程开工前准备充分，资源投入充足，施工过程中认真分析，采取了一系列有针对性的快速成槽施工技术，圆满完成了本期防渗墙施工任务。纵向子围堰防渗墙2017年8月4日接收第一阶段施工工作面，临建准备期7d，2017年8月11日开工，2017年8月19日至2017年8月27日分段接收了第二阶段工作面，2017年10月13日完工，主体结构施工历时64d，浇筑槽段149个，成墙面积17101.01m2，高峰期平均成槽强度为341m2/d。

本工程地质情况复杂，工期极为紧张，要按时完成必须采取必要的施工措施。本项目采取的快速成槽技术，为以后类似地层的防渗墙施工积累了经验，有一定的借鉴意义。