复杂地层混凝土防渗墙造孔技术探讨

侯 丽 君， 罗 英， 庞 松

(中国水利水电第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

1 概 述

民治水电站位于四川省雅安市宝兴县境内的东河上，为宝兴河梯级开发的第二级。电站采用拦河闸坝长隧洞引水至地下厂房发电方式，水库总库容为88万m3，装机容量为105 MW。

民治水电站闸基覆盖层较深，设计采用混凝土防渗墙进行防渗，工程量约为5 182 m2，共布置 26 个槽段，设计孔深为35～60 m，施工轴线根据坝基结构走向设计有多个拐点，左右岸边坡上施工平台的布置呈多级台阶形式。防渗墙设计墙厚0.8 m，墙体材料为二级配C20 混凝土(抗冻等级为F100，抗渗等级为W6)，坝基河床中间段防渗墙为悬挂式，左右两岸防渗墙底部需嵌入基岩1 m，岩性为花岗岩。

坝基地质条件：

第Ⅰ层：含泥砂砾石层(fglQ3)：为冰水堆积物，分布于河床底部深槽，顶板埋深65～72.6 m，最大厚度约12.5 m，主要为砂岩、玄武岩、花岗岩，部分为灰岩、凝灰岩、变质岩等，卵、砾石磨圆度较好。

第Ⅱ层 ：泥块碎(卵)石夹含砾砂质粉土(pl + alQ4)：为冲、洪积物混合堆积，分布于河床中下部，顶板埋深30～35 m，厚度为28～43 m。

第Ⅳ层：漂(块)卵(碎)石(col + al Q4)：系崩、冲积混合堆积，分布于河床中上部，顶板埋深8～18 m，厚度为15～22 m。块碎石成份单一，为近源花岗岩。漂(块)石粒径多为20～40 cm,大者一般为60～80 cm，少量为90～120 cm，约占35%；卵(碎)石为7～9cm，约占40%；砾石为0.5～1.5 cm，部分为3～6 cm，约占15%；中、下部尚见有灰～灰黄色砾质中细～粉细砂层透镜体，厚约1～3m。该层总体结构较松散，局部架空，透水性较强～强。

第Ⅴ层：含砾石粉土(lQ4)：为堰塞湖相沉积物，平面分布不连续，顶板埋深8～12 m，厚3～12 m，Ⅲ线一带厚约3～5 m。粒组以粉粒为主，约占60%～75%，粘粒含量约占13%～18%；含有少量砾石；在该层钻进过程中，钻孔有明显的缩径现象，岩心呈可塑～软塑，透水性微弱。

第Ⅵ层 砂砾石(alQ4)：系低漫滩及现代河床冲积物，一般厚8～11 m，分布于河床上部。主要有花岗岩、灰岩、砂岩、玄武岩等。其中卵石粒径一般为6～8 cm，大者为10～12 cm，约占10%；砾石粒径以0.5～2 cm 为主，部分为3～6 cm，含量约55%～60%；其间充填灰色中粗砂，含量约占28%～35%。结构松散，透水性较强。该层中、下部随机分布厚1～3 m、最大厚度为5.35 m的含砾砂层透镜体。

2 施工中遇到的重难点问题及采取的处理措施

在松散滑坡堆积体造孔过程中塌孔、漏浆现象特别严重，部分槽段还遇到大孤石，成槽非常困难，针对这些情况，项目部分别采取了以下技术措施。

2.1 漂卵石堆积层结构松散、存在架空现象，钻进过程中易塌孔

遇到这类地层时，一般按照以下两种方法进行处理：第一种为回填碎块石、粘土、水泥等材料；第二种为先超前预灌浓浆、再视情况决定是否回填碎块石、粘土。

超前灌浆孔采用300型地质钻机跟管钻进 ，深度根据基岩面深度及边坡堆积体大块石、孤石含量及地层架空情况初步确定为20 m。钻孔遇大块石或孤石跟管困难时，换用φ80冲击器φ91风动潜孔锤钻穿该层，然后对大块石或孤石进行爆破处理。钻孔至预定深度后，采用0.5∶1∶1的水泥、粘土、细砂浆液进行无压预灌浓浆。超前预灌浓浆孔布置在防渗墙轴线上，孔间距为1 m。开挖边坡后灌入的水泥砂浆扩散达到了5 m，未出现过漏浆及塌孔现象，节约了防渗墙的施工工期及材料损耗。

2.2 边坡段堆积体地层特性复杂，造孔过程中遇到大量的漂石、孤石，成槽困难

地层中存在大量漂石、孤石，直径最大达1.5 m，岩性为花岗岩，非常坚硬，冲击钻机成槽速度极慢，采取的应对措施如下：

(1)对于块石密集地层，放慢成孔速度，提高冲击功，同时根据地层漏失情况向槽孔内回填粘土，以免漏浆。

(2)遇到直径超过50 cm的孤石时，冲击钻效率非常低下，直接改用钻孔爆破方法对孤石进行处理后再进行冲击。钻孔爆破施工程序：施工准备→跟管钻孔→遇到大块石后用潜孔锤钻穿块石→装炸药→拔套管→爆破→……重复以上工序，直至预计孔深→拔套管无压预灌浓浆。

3 造孔方法

3.1 造孔工艺流程

由于块碎石堆积层的特殊性，其施工程序及工艺与普通混凝土防渗墙相比有所不同，在防渗墙正式施工前增加了预灌浓浆、钻孔预爆工序；在防渗墙造孔施工中采用了回填挤密、孔内造浆、风动搅浆等工艺；同时，考虑到地层因素及现场场地条件制约等，制浆工艺及泥浆的回收净化处理也有所不同。具体的防渗墙造孔施工程序主要有：场地平整→临建施工(导向槽建造、泥浆净化系统等)→预灌浓浆结合钻孔预爆槽孔→造孔施工(回填挤密、孔内造浆、风动搅浆)→槽孔验收。

3.2 造孔机具

根据该工程地层情况，选用CZ-8D型钢丝绳冲击钻机配十字钻头为主钻进，抽砂筒出渣。

3.3 造孔技术措施

(1)造孔方法采用常规的“钻劈法”，即同一槽孔先钻进主孔，待主孔钻至设计深度后再劈打副孔及小墙、最后成槽的施工方法(图1)。

图1 防渗墙钻劈法施工示意图

(2)回填挤密：预灌浓浆结束后，即可开始防渗墙施工。在防渗墙施工时，先对槽孔导墙底部以下一定深度(一般10～15 m范围内架空明显、极易发生塌孔的部位)分段反复2～3次回填碎石、粘土混合料，并用平底十字钻头将土石混合料挤入两侧槽孔壁，待孔壁挤压密实后再向下正常造孔钻进。

(3)孔内造浆：由于块碎石堆积体多处于边坡，因此，防渗墙施工时受场地限制一般无法修建泥浆池及制浆站，因此，考虑在造孔过程中直接向槽孔内添加粘土、在孔内造浆的方法制取泥浆。加入槽孔内的粘土在钻头的反复冲击下，一部分直接被挤入槽孔两侧的孔壁空隙内，一部分被钻头研磨搅拌形成含泥屑钻渣的泥浆。该泥浆在钻头上下扰动下悬浮于钻头上下活动区域，随着钻孔加深、钻渣含量增加，将逐渐沉淀于孔底。

(4)风动搅浆：为了降低泥浆的沉淀速度，保证槽孔上部的泥浆浓度，维持上部槽孔壁的稳定，在孔内造浆的同时，随钻头一起下入风管(1 in(1 in=2.54 cm)钢编管)至孔底，用空压机送入压缩空气，搅动孔底泥浆，使其在槽孔内不停地上下翻滚循环，此时可加入适量的碱(碳酸钠)或CMC(羧基甲基纤维素)以提高泥浆的稳定性、增加泥浆的黏度。同时，由于孔底泥浆携带孔底钻渣一起不停地翻滚循环，减少了孔底钻渣的淤积沉淀，使孔底始终处于较为干净的状态，钻头能随时接触到较为新鲜的地层，减少了对钻渣的重复破碎碾磨，实现了“少抽砂、多钻进”，加快了钻孔施工进度。

(5) 造孔中遇到大孤石时，在保证孔壁安全的前提下，可采用钻孔爆破或定向聚能爆破的方法进行处理。爆破作业由炮工进行。二期槽孔的爆破在混凝土接头孔施工完成后方能实施。钻孔和定向聚能爆破情况见图2和图3。

①槽内钻孔爆破：在防渗墙造孔过程中遇到大孤石时，可采用地质钻机在槽内下设导管，钻穿孤石后，提出钻具，在孤石内下置爆破筒，爆破筒内的装药量按孤石大小确定为2～3 kg/m。

②定向聚能爆破：在孤石表面下置聚能爆破筒进行爆破，爆破筒聚能穴锥角为55°～60°，装药量控制在3～6 kg。在二期槽孔内则采用减震爆破筒，即在爆破筒外面加设一个屏蔽筒，以减轻冲击波对已浇筑墙体的作用。

4 结 语

民治水电站闸坝基础混凝土防渗墙通过采用预灌浓浆、钻孔预爆结合等方法对堆石架空层和孤石进行处理，有效地防止了造孔过程中塌孔、漏浆情况的发生，较好地解决了崩积块碎石体地层为主的防渗墙施工技术难题，不仅保证了混凝土防渗墙施工质量和工期，还比传统处理方法大大降低了了材料及人工等成本的消耗，取到了一定的经济效益，值得类似工程借鉴。

图2 钻孔爆破示意图

图3 定向聚能爆破示意图