砂砾石、砂层透镜体基础小孔径、深孔造孔施工工艺

周燕 郎青青

摘 要：在现代水利枢纽工程施工工程中，渗压计的埋设对观测坝体渗流压力有及其重要的意义，西藏金桥水电站坝址主要处于河谷砂砾石层或砂层地带，在这种地质条件下施工，使得渗流量检测尤为重要，如何在确保安全、质量的前提下，保证工期成了施工中的突出问题。西藏金桥水电站工程泄洪排漂闸、右岸挡水坝段以及右岸电站进水口等建筑物基础为冲积砂卵石层，存在2#砂层透镜体，透镜体在坝轴线处最厚18.8m，埋深较浅的部位深度1.7m～2.5m，15m以上部分经标贯复判在Ⅶ度地震工况下可能发生液化，因此在检测仪器造孔时存在困难。根据现场实际施工情况，将砂砾石、砂层透镜体基础小孔径、深孔造孔施工工艺进行阐述，并为类似施工提供参考。

关键词：渗压计 埋设 造孔 砂砾石 砂层透镜体

1.工程概况

金桥水电站是西藏自治区“十二五”能源发展规划重点项目也是西藏自治区“十三五”的能源接续项目，是易贡藏布干流上规划的第5个阶梯电站，电站位于西藏自治区那曲地区嘉黎县境内，上距离嘉黎县100公里，下距离忠玉乡10公里，嘉忠公路（嘉黎县-忠玉乡）从首部枢纽及厂区通过，交通较为便利。

金桥水电站为引水式电站，工程的主要任务是在满足生态保护要求的前提下发电，促进地方经济社会发展。水库正常蓄水位为3425.00m，死水位为3422.00m，水库总库容38.17万m3，调节库容11.83万m3;首部枢纽建筑物大坝最大坝高为26m，电站装机总容量66MW（3×22MW），年发电量为3.88亿KW.h，保证出力13.5MW，年利用小时5873h。电站属Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。工程区地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度也为Ⅶ度，本工程枢纽建筑物主要由左岸堆石混凝土坝、泄洪冲沙闸、排漂闸、右岸岸边式电站进水口、引水发电隧洞、调压井、压力管道、地下发电厂房、开关站等组成。

根据设计图纸在左右岸挡水坝段中需埋设钻孔渗压计和电磁沉降仪：

钻孔渗压计造孔，共计3个孔，有效孔径不小于φ110mm，最深钻孔深度为77.8m，地质状况均为砂砾石地层，钻孔若使用套管，则按要求须使用花管。

电磁沉降管造孔，共计3个孔，有效孔径φ150mm，最深钻孔深度为37.5m，地质状况均为砂砾石地层。

2. 施工概述

综合考虑该工地实际地质情况、施工条件等因素，并结合以往对类似工程的施工经验，决定对钻孔渗压计造孔采取跟φ110mm套管成孔施工，对电磁沉降管造孔采用跟φ150mm套管的方式进行钻孔施工，钻孔结束后拔出孔内的套管。

1）跟套管造孔工艺原理：钻进采用哈迈70潜孔钻，空压机选用21m3油动空压机。哈迈70潜孔钻施工的特点是钻具配套适应性强，扭矩和顶升压力大，且成孔深、质量高。配套钻具是跟管钻进的偏心钻头和潜孔锤，哈迈70潜孔钻利用高压空气作为动力来做功。

2）钻具组成：偏心钻头、空心钻杆、潜孔钻冲击器、官靴、拔罐器、套管（套管长度为1.5m标准节，套管接长时利用跟管接头丝扣连接）

3）工作原理：通过潜孔钻锤击连接套管上的官靴进行套管同步跟进，套管的主要作用是防止在成孔过程中对岩体扰动掉块、防止孔壁坍塌或流砂充塞钻孔。另一个作用是套管刚度好，直接比钻杆大，可防止钻杆弯曲，提高成孔质量。

4）工艺流程：平整场地→测量放线→钻机就位→钻具安装→套管安放→钻孔（套管同步跟进）→成孔清孔→钻具钻杆拆除→终孔验收→仪器安装→拔套管。

3.施工要点

1）場地应平坦，坚实可靠，场地承载力要满足钻进过程中的振动冲击等荷载。

2）钻机、套管、钻具做好准备工作（施工前反复检查），严禁使用有丝扣滑丝、裂纹等的套管及钻杆。

3）钻孔施工过程中，当遇到地质条件复杂地段时轻压、慢钻、反复扫孔，缓慢通过，当出现有卡钻与突进现象时查明原因，及时排除故障后方可继续钻孔。在钻孔过程中要随时检查套管、官靴、钻杆的质量情况，若发现有裂纹等异常情况时及时更换，避免发生由于套管、官靴和钻杆损坏导致无法钻进的情况发生。

4）在钻进过程中，导管随钻头跟进，在钻进过程中禁止钻杆回转，防止造成钻头、钻杆脱节的现象。

5）当造孔完成后退钻具时，施工速度要缓慢、动作要轻柔，避免由于操作力度过大损坏钻头、官靴。

6）当钻头拔出后进行拔套管施工，拔套管时液压千斤顶顶升动作要缓慢、用力要均匀，防止套管从丝扣处断裂。

4.跟管钻进注意事项

1）偏心跟管钻具在施工前应逐一检查冲击器、偏心锤头、导正器、套管靴和风动潜孔钻等，使之工作正常。偏心钻头应能灵活转动，钻杆与潜孔锤、潜孔锤与偏心钻具连接牢靠，锁紧机构、连接销应当牢固，套管、套管靴无任何裂纹。

2）当跟管钻进时，如确认钻头接触到碎石土层后，应首先回转，待钻进正常后，在供风冲动钻进。

3）每钻进一定距离立刻用强风吹孔排粉清理一次，以保持钻孔内清洁。

4）钻进过程中，当偏心头回转部分被岩石渣卡住偏心头无法收拢时，应立即开动供风系统重新对钻孔进行清扫，潜孔锤做短时间工作，然后进行尝试提钻具，反复操作，直至提出钻具。

5.渗压计安装埋设方法

渗压计埋设采用钻孔法，在渗压计埋设位置附近基础处理完成后钻孔埋设。

5.1 钻孔

1）钻孔直径为φ110mm，平面位置误差不大于10cm，孔深误差不大于±20cm，钻孔倾斜度不大于1°。

2）基岩、砂层或砂卵石层造孔采用清水钻进，禁止使用泥浆进行固壁，在造孔施工过程中为了防止塌孔应当采用套管护壁（当预估套管很难拔出时，可以在监测部位的套管管壁上提前钻好透水孔）;土层造孔采用干钻，套管同步跟进。

3）在造孔施工过程中应当连续取芯样，并对芯样做详细描述，记录水位（初见水位、终孔水位），成孔后测量孔斜、孔深，绘制钻孔柱状图。

5.2 埋设准备

1）渗压计现场安装前外壳及透水石须在清水中浸泡24小时以上，使其充分饱和。

2）加工砂囊[用土工布和过滤料（中、粗砂）]并用细钢丝将砂囊固定在仪器及电缆上。

3）安装在测压管内的渗压计用φ1.2mm钢丝悬吊，慢慢放入孔内，下放时仪器应靠近孔壁以便于人工比测。仪器就位测值正常后，将钢丝固定在电缆保护管管口处的钢筋上，钢筋呈十字交叉焊于管口处，仪器电缆绑扎在钢丝上，每隔1.5m绑扎一处，电缆应保持适当的松弛，仪器安装无误后，尽快安设管口保护装置。

4）在结构物底部埋设的渗压计按照设计图纸和相关技术规范执行。

5）埋设在建筑物两侧的渗压计按照相关技术规范中深孔内渗压计埋设方法进行。

6.电磁沉降管安装埋设

1）电磁沉降管（采用ABS沉降管）埋设在坝基以下，钻孔埋设。沉降管在安装前应逐根进行检查，不合格的沉降管严禁使用。

2）在坝体施工开始前，先测量确定电磁沉降管的位置，按设计要求钻入基岩内设计高程。

3）鉆孔要求。①在坝基清理完成后开始钻孔，钻孔至设计深度以下2m位置，钻孔有效孔径一般不小于φ150mm，须满足沉降管及沉降环孔径要求（不适宜沉降板）。②连接沉降管、沉降环安装及连接管固定及密封，下入孔后孔底设计深度后用细沙回填（设计要求）。③将沉降管和沉降环一同放入孔内，测量每层沉降环的埋设高程作为基准高程。坝体内的沉降管和保护管随坝体浇筑上升。坝体浇筑过程中应注意沉降管周围料的填筑要求。

4）回填至孔口后，用沉降仪检测全孔畅通及沉降环反映情况，及时做好孔口保护装置，测量孔口坐标及高程。

7.结束语

近年来随着社会的进步和科学的快速发展，我国在水利工程方面的管理方式也向着现代化和科学化发展，水工建筑物的安全监测方法日新月异，尤其在大坝渗流方面通过埋设渗压计进行监测，给大坝安全、验证设计成果、提供设计水平，提供了宝贵的资料。通过西藏金桥水电站砂砾石、砂层透镜体基础小孔径、深孔造孔施工工艺，节省了大量时间，而且施工相对方便，也节省了人力，同时加快了施工进度。为同类水电站基础施工提供了宝贵的借鉴经验。

参考文献：

[1]GB/T12897-2006.国家一、二等水准测量规范.

[2]GB50026-2007.工程测量规范.

[3]DL/T5178-2016.混凝土坝安全监测技术规范.

[4]DL/T5259-2010.土石坝安全监测技术规范.

[5]SL678-2014.胶结颗粒料筑坝技术导则.