浅谈特殊地质条件下防渗墙成槽施工技术

2018-11-02，

四川水利 2018年5期

，

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，611130)

防渗墙施工技术在水利、公路、铁路行业已成为普遍的地基处理方式，但面对近年来水利水电工程项目工期紧、任务重、强度高、地层越来越复杂的情况，防渗墙与地质环境的相关理论、成槽工艺等的研究仍显不足，在很大程度上制约了防渗墙施工技术的发展，因此，对传统式防渗墙成槽工艺适应性的完善，尤其是在一些特殊地质条件下成槽技术的研究已迫在眉睫。

1 特殊地质条件下施工难点及解决思路

在水利水电工程防渗墙施工时经常会遇到以下特殊地质条件：

(1)围堰截流的龙口段部位：围堰截流龙口部位的填筑料，在水力冲刷的作用下，小颗粒料被水带走，大粒径的填筑料留在了龙口部位，从而形成架空层，大孤漂石聚集；

(2)山区河流上游围堰边坡开挖爆破堆积区：山区河流的特点是洪水期流量大、历时短，而枯水期则流量很小，水位暴涨暴落，变幅很大。山区河流上游围堰边坡开挖爆破，在围堰两端形成破碎料堆积区，细小颗粒被水运走，较大颗粒沉淀形成了松散架空层；

(3)超厚的砂层和淤泥层：在防渗墙施工轴线上常常会遇到超厚砂层和淤泥层，施工过程中因钻具及槽内固壁浆液对孔壁的扰动，容易使砂及淤泥层液化，造成漏浆、塌孔等孔内事故；

(4)全高堆填式填筑强漏失区：采用大体积混凝土六面体、块石串等进行全高堆填式填筑，因回填材料体积较大，回填料之间存在较大空隙，从而在防渗墙施工时形成强漏失区，影响成槽施工进度及安全；

(5)河床取砂采空区：防渗墙施工轴线有可能布置于原河床取砂后形成的采空区，在该类条件下施工存在槽段孔壁坍塌或因采空区岩层的不稳定造成施工平台沉降，容易引发施工安全事故。

鉴于以上特殊地质条件下防渗墙成槽存在的松散、强漏失、易垮塌、漏浆严重、孔故多、成槽施工难度大的特点，针对松散地层和强漏失地层槽段的稳定问题进行反复研究、改进，最终形成了防渗墙“平行钻进”成槽施工技术。此技术可做到最大限度地发挥钻具对地层的挤密加固作用，有效解决了上述特殊地质条件下快速成槽的施工难题。

2 平行钻进施工成槽技术原理

在平行钻进成槽过程中，槽段的主孔和副孔均采用钻具对地层挤密加固、泥浆护壁模式成孔，因此，特殊地层槽段的主孔与副孔不易塌孔，槽壁稳定。在主孔造孔至10m时，便停止钻进向主孔内回填粘土，然后开始副孔钻进至8m，再钻小墙至3m～5m时；又开始钻主孔，如此循环至槽段成槽完成。

槽段施工示意见图1(图中部序号①表示主孔，②表示副孔，③表示小墙)。

图1 槽段示意

3 平行钻进成槽施工技术

3.1 施工流程

平行钻进法成槽施工技术流程见图2。

图2 平行钻进法成槽施工技术流程

3.2 技术要点

3.2.1 前期准备阶段

(1)技术及资源准备

针对松散、漏失地层，弄清地质、水情及设计要求和意图，以便据此确定施工方案，选择机具。

(2)导墙结构形式确定

根据防渗墙深度、地层施工难易程度等确定影响成槽周期、导向槽结构形式。对松散地层、漏失地层，孤漂石含量大、防渗墙深、成槽周期长的地层，需对导墙基础进行5m～8m深度的预灌浆、钢管桩等处理，同时对导墙钢筋布置、导墙厚度及混凝土标号等方面也需综合考虑。

(3)施工平台

对防渗墙施工平台进行碾压密实，特别针对水下填筑起的施工平台需注意填筑块石粒径等因素。

(4)测量放线

根据设计要求，在作业面采用全站仪放样，并做控制点标记并沿点放出导向槽开挖线。

(5)槽段划分

一般槽段长6.8m，划分5个孔，3个主孔、2个副孔，主孔宽0.8m，副孔宽2.2m，以利于相邻主孔可同时施工。

(6)补充勘探

设计地勘资料不详细，地层成分复杂的非悬挂墙，应采取打补充勘探孔以弄清基岩埋深情况。特别是对岸坡有可能存在倒悬体的部位，补充勘探孔应加密和重点控制。

3.2.2 施工阶段

(1)成槽施工要点

①在主孔钻至10m时，采用黄泥及时回填主孔，利于主孔打回填和导向作用；

②主孔与小墙孔深高差需超过2m，以利于保障主孔孔位及钻具导向作用；

③小墙与副孔深度高差不超过3m～5m，以利于孔故处理；

④对漏失地层及时补充浆液，始终保持浆面不低于导墙顶面50cm，同时贮备一定膨润土浆、锯沫、黄泥等，以利于及时堵漏；

⑤在主副孔钻至相应的孔深时，及时移动钻机进行循环造孔；

⑥造孔过程中及时孔斜测量并记录；

⑦槽段连续性检查采用“拖槽”方式；

⑧基岩鉴定最好由地质人员进行，技术人员在槽孔现场见证。

(2)清孔

清孔采用气举反循环法，根据单元槽段内各孔孔深不同，清孔次序为先浅后深。并用刷壁器和钢丝钻头清除已浇墙段接头处的凝胶物和泥皮。

(3)混凝土浇筑

混凝土浇筑使用直径250mm导管。导管间距需满足设计、规范要求。

(4)完工清场

防渗墙施工完成后，做到工完场清。

4 特殊地质条件下平行钻进成槽施工技术的优点

与常规成槽技术相比，在特殊地质条件下，平行钻进成槽施工技术具有很多优点。

4.1 特殊地质条件下常规成槽技术缺点

(1)“钻抓法”在一般地层中能快速抓取成槽，但在河床取砂采空区、大江截流龙口段、山区河流上游围堰边坡开挖爆破堆积区、超厚(≥3.0m)砂层和淤泥层、全高堆填式填筑强漏失等覆盖地层成槽施工，由于采用斗体闭合力进行抓取出渣成槽，极易发生漏浆、塌槽、埋钻、埋斗等事故，将出现反复抓取或无法抓取不能进尺。事故后需反复回填槽段，工效相当缓慢，处理漏浆、塌槽的事故槽段浆液用量特别大，成槽后的扩孔系数大而造成浪费混凝土。同时，受处理事故的影响，施工工期难以保障。

(2)“钻劈法”采用钻劈成槽，但在上述复杂地层成槽施工，由于采用钻劈出渣成槽，极易发生漏浆、塌槽、埋钻等事故，处理事故需反复回填槽段，工效低，处理漏浆、塌槽事故的浆液用量大，成槽后的扩孔系数大，造成混凝土超量。同时，处理事故时间长，工期难以保障。

4.2 特殊地质条件下平行钻进成槽技术优点

(1)防渗墙“平行钻进”成槽施工技术主要针对河床取砂采空区、大江截流龙口段、山区河流上游围堰边坡开挖爆破堆积区、超厚(≥3.0m)砂层和淤泥层、全高堆填式填筑区等强漏失特殊地层成槽施工，避免了由于松散、强漏失等造成槽段漏浆、塌槽等事故的风险。相对国内传统成槽工艺，对各种地质条件适应性强、工期短﹑成本低、墙体连续、平整、扩孔系数小且均匀，对今后类似地质条件下的防渗墙成槽施工具有参考价值和指导意义；

(2)槽内回填粘土具有孔内造浆功能，起到护壁的作用，大大减少了泥浆制备系统的投入，能有效降低施工成本；

(3)在钻进过程中，利用孔内回填粘土包裹钻渣，充分挤压填充至架空强漏失通道中，最大限度地发挥了钻具对地层的挤密加固作用，可以较好地解决松散地层和强漏失地层的槽段稳定问题；

(4)在类似地层中使用该工艺，工序简单易操作，具有适用性强、操作性强、施工效率高等特点。同时加快了施工进度，确保了墙体质量，节约了工程投资，具有显著的经济效益和社会效益；

(5)“平行钻进”成槽技术采用钢丝绳冲击钻机即可，操作方便、作业流程单一，施工占用场地较小，对施工场地开阔度要求不高，克服了“钻抓法”等成槽施工对场地平整、密实等要求；

(6)针对回填松散强漏失层、河床取砂采空区、大江截流龙口段、山区河流爆破截流区、超过5.0m厚的砂层和淤泥层、全高堆填式填筑等地层，使用防渗墙“平行钻进法”成槽工法，解决了上述等特殊地层成槽难的问题。实现了最大限度地发挥钻具对地层的挤密加固作用，有效解决槽段的不稳定问题，回填后的粘土在平行钻进过程中自然形成护壁泥浆，很好的起到护壁作用，大大减少了泥浆制备系统的投入。且槽段孔壁稳定性得以较好改善，墙体混凝土充盈系数有所降低。