钻劈法施工在某核电厂取水口围堰防渗墙施工中的应用及质量控制

王贵兵，陈志星，王苏昇，罗 鹏

(中核霞浦核电有限公司，福建 霞浦 355100)

1 工程概况

某核电厂取水口防渗围堰采用内侧贴靠取水南堤的大围方案，在新建围堰、东堤、西堤上布置防渗设施，围堰地基处理采用砂桩排水预压法，防渗墙采用塑性混凝土地连墙。取水口东西向干施工围堰平行于取水南堤布置，新建围堰总长度为580 m，平行内护岸轴线方向打设砂桩处理，防渗墙总长度为1 343 m。总体分为两个阶段，第一阶段进行取水东堤、取水西堤防渗墙施工；第二阶段取水口新建围堰达到+5.0 m标高后，进行取水南堤的防渗墙施工。防渗墙墙厚0.8 m，深度为40～55 m，墙顶标高+5.0 m，防渗墙底部进入弱透水层不小于2 m。

依据厂区总体施工进度安排，首先实施护岸工程，再实施导流堤工程，形成掩护后实施临时工程(防渗设施)，防渗设施形成干施工条件后，开挖部分护岸和回填区，干地现浇建设泵房、直立翼墙、引水暗涵和八字口。因此，防渗墙质量的好坏直接关系到围堰是否阻水和联合泵房基坑开挖及结构主体工程等施工，其意义十分重大。

2 围堰地质条件

取水明渠地段，海底标高为-5.2～-11.85 m，相对高差约6.65 m，海底地形起伏不大，靠近海岸地段地形起伏较大，海底地形复杂，北侧高，南侧低，局部有暗礁分布。

取水东、西堤北侧靠近山体，防渗墙施工的整个堤身由上至下依次为爆破挤淤抛石堤、泥石混合层、粉质黏土层，局部夹薄层粉细砂、碎石，基岩为长石斑岩(ξλπ53e)、花岗斑岩(γπ53d)。

取水南堤(新建围堰)第一段断面由上至下依次为分级加载堤身、两层复合土工格栅、爆破挤淤石舌、泥石混合层、粉质黏土层，局部夹薄层粉细砂、碎石，基岩为长石斑岩(ξλπ53e)、花岗斑岩(γπ53d)。新建围堰第二段断面由上至下依次为分级加载堤身、两层复合土工格栅、5 m厚中细砂垫层、砂桩、爆破挤淤石舌、泥石混合层、粉质黏土层，局部夹薄层粉细砂、碎石，基岩为长石斑岩(ξλπ53e)、花岗斑岩(γπ53d)。新建围堰第三段断面由上至下依次为分级加载堤身、两层复合土工格栅、5 m厚中细砂垫层、砂桩、粉质黏土层，局部夹薄层粉细砂、碎石，基岩为长石斑岩(ξλπ53e)、花岗斑岩(γπ53d)。

3 影响防渗墙成槽施工的不利因素

1)新建围堰回填石料粒径较大，堤身与取水东、西堤经爆破挤淤以及长期的沉降形成的稳定堤身不同，回填块石不密实，整个堤身漏失性较大，成槽过程中泥浆漏失，造成塌槽；

2)新建围堰防渗墙在软基处理形成的堤身成槽，在砂垫层及砂桩区域，因为砂层自稳能力较差，无黏聚力，自身有一定的流动性，成槽过程中受到较大影响，造成塌槽；

3)施工水位影响，由于工程地点潮差较大，大潮潮差约6 m，在东、西堤防渗墙施工完成形成防渗效果时，外侧海水只能通过新建围堰流入内侧港池，根据现场测量，高潮时围堰内外侧水位差约1 m，尤其在大潮汛期间，内外侧潮水涨落对槽孔内部影响较大，成槽施工时承受较大的水压力。

本文根据离散资源的不同类型，对应地适用不同的极大相容公理组，然后给出该类分配的相应数学模型以及最优的分配方法.

4 防渗墙成槽施工方法选择

目前各种混凝土防渗墙施工技术对比分析，见表1。

表1 混凝土防渗墙施工技术对比分析表Table 1 Concrete cutoff wall construction technology comparative analysis table

本工程地质构造复杂、防渗墙设计深度较深、墙体较厚、工程量大、工期要求紧，根据表1对各类防渗墙施工方法及其优缺点进行分析，为了确保防渗墙的施工质量、成本、进度，确定采用钻劈法成槽工艺进行施工，钻劈法设备采用CZ-6、CZ-8冲击钻机。CZ-6功率为55 kW，CZ-8功率为75 kW，泥浆泵功率为22 kW，冲击锤重3.2 t。

5 钻劈法成槽试验

为了验证钻劈法施工的可行性，在东堤选取了3个槽段进行钻劈法成槽试验，其中东堤靠山体的一个槽段长6.0 m，靠东堤中间段的两个槽段长6.8 m。试验槽段采用钻劈法成槽到设计深度41 m时，成槽工效平均15天/槽段，且未出现塌槽，钻劈法成槽试验成功。

6 钻劈法成槽施工方法

6.1 防渗墙成槽施工工艺流程

防渗墙成槽施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图Fig.1 Construction process flow chart

6.2 成槽施工

成槽施工依照预先排好的施工顺序进行。成槽时应及时补浆防止塌槽，泥浆液面保持在顶面以下300～500 mm范围。成槽方法是先采用冲击钻凿主孔，然后凿副孔。劈打副孔时，在两侧主孔中放置接砂斗接劈落的钻碴。由于在劈打副孔时有部分钻碴落入主孔内，因此需重复劈打主孔。当采用击钻机造孔时，钻凿主孔和打回填均采用抽砂筒出碴。主、副孔钻完后，会留下一些残余部分，需要从上至下清除干净。这样就形成一个宽度和深度满足设计要求的槽孔。冲击钻机在钻进软弱地层时采用小冲程(500～800 mm)、高频次(45次/min)、少放钢绳的钻进方法。主副孔齐头并进施工，即先施工主孔2～3 m，然后施工副孔2～3 m，再继续施工主孔，周而复始，这样施工可有效避免主孔施工时相邻副孔塌孔问题。相邻主孔终孔深度差应不大于1 m，其中间副孔深度与较深的主孔之差不大于相邻两主孔孔深之差的1/3；相邻主孔的终孔深度之差大于1 m时，其中间副孔应取岩样进行基岩鉴定，但终孔深度之差不大于1 m，且副孔孔底高程不得高于两主孔高程的中间位置。

7 钻劈法成槽过程及成槽效果评价

7.1 槽段划分

东、西堤塑性混凝土防渗墙共划分为110个单元槽段，新建围堰共划分为129个单元槽段，分两序间隔造孔成槽、浇筑墙体混凝土，Ⅰ期槽段长6.0 m，Ⅱ期槽段长6.8 m。其中，Ⅰ期槽孔先施工，Ⅱ期槽孔后施工。

图2 Ⅰ、Ⅱ期成槽示意图Fig.2 Diagram of grooving in stage Ⅰ and Ⅱ

图3 钻劈法槽孔划分示意图Fig.3 Drilling and splitting method slot division diagram

钻劈法槽孔划分示意图①～⑤表示槽孔序号，分为Ⅰ期槽Ⅱ期槽。①、⑤端作为接头孔施工连接槽段。一期槽孔由3个孔径为0.8 m的主孔和2个孔长为1.8 m的副孔组成，槽段长为6.0 m；二期槽孔(不包括槽孔两端接头管形成的端孔)由1个主孔(孔径为0.8 m)和2个副孔(孔长2.2 m)组成，槽段长6.8 m。

7.2 漏浆处理

漏浆部位一般发生在抛填开山石孔隙较大部位、潮水较大时及抛填层与基岩接触部位。发生严重的漏浆时，易引起塌槽，现场应立即中断槽孔施工，泥浆循环停止，并立即向槽孔内加注满足要求的泥浆，保持浆面高度。前期向泥浆中掺加堵漏材料，如黏土、棉籽壳、锯末、纸屑等，使用本方法后堵漏效果不够明显。后期改用水泥浆和直接向槽孔内倒入袋装水泥、袋装水玻璃、膨润土造浆堵漏，漏浆得到有效控制。漏浆严重时，对槽孔进行黏土回填，以防塌槽，处理完毕后，重新造孔。

7.3 塌槽预防及效果评价

1)取水东堤、西堤于2017年完成堤身爆破挤淤施工，2017年9月开始此区域的防渗墙施工，并于2018年1月24日前完成，历时5个月。取水东堤、西堤进行防渗墙成槽施工时，采用黄土进行泥浆护壁，造孔成槽比较顺利，共 110个槽段，未出现塌槽现象。

2)新建围堰第一段防渗墙施工，共20个槽段，此部分区域底部位于爆炸挤淤形成的石舌上，上部为松散且大小不均的回填石料，满足设计要求实测沉降曲线推算的固结度达到90%且后期连续10天内沉降速率≤2.5 mm/d时，进行防渗墙施工，由于采用黄土进行泥浆护壁，此部分漏浆严重，使得泥浆黏稠度较小，不能有效护壁，施工期间塌槽严重，10个Ⅰ期槽段有7个塌孔，塌槽率为70%，其中QXJWY-5槽段塌槽2次，塌槽深度主要位于防渗墙深度20～30 m位置(见图4)。

图4 QXJWY-01～QXJWY-20槽段Ⅰ期槽塌塌槽孔位及深度Fig.4 QXJWY-01～QXJWY-20 slot collapse slot hole location and depth

针对Ⅰ期槽漏浆影响塌孔的现象，在进行新建围堰第一段Ⅱ期槽施工时，成孔过程中采用外购优质海泥造浆配合黄土造浆，增加护壁泥浆的黏稠度，成功地降低了塌槽率。进行Ⅱ期槽段成槽施工时，只有2个槽段塌孔，分别为QXJWY-08和QXJWY-20，塌槽率为20%，处理效果明显。

3)新建围堰第二段防渗墙施工，总共44个槽段，共40个槽段塌孔，塌槽率为91%。塌槽部位多集中于防渗墙深度为10～20 m(见图5)，此部分为砂垫层底部砂桩区域。

图5 第二段槽段塌槽孔位及深度Fig.5 Location and depth of the second slot hole

塌槽原因分析：1)新建围堰二段坐落于砂桩和砂垫层上，上层为碎石层，在砂垫层及砂桩区域，砂层自稳能力较差，无黏聚力，自身有一定的流动性，成槽过程中受到较大影响，造成塌槽；2)受每月大潮水影响，每月大潮潮差较大，孔内泥浆护壁受海水反复侵蚀导致塌孔；3)新建围堰二段回填石料松散且大小不一；4)受每月大潮潮差较大影响，孔内泥浆护壁受海水反复侵蚀导致塌孔；5)桩机间距较小，相邻桩机间振动力影响，导致塌孔。

取水口新建围堰第三段防渗墙在软基上成型，下层包括粉砂层、砂桩桩身、砂垫层。针对新建围堰第二段防渗墙成槽严重塌槽现象，在进行第三段施工时进行了调整。具体采取如下措施：

1)缩短Ⅰ期、Ⅱ期槽段长度，Ⅰ期槽长度由原来6 m调整为3.4 m，Ⅱ期槽长度由原来6.8 m调整为6 m(见图6)。槽段长度减小，缩短了单个槽段的成槽时间，能够尽快浇筑混凝土，防止塌槽出现；

图6 取水口新建围堰第三段槽段划分示意图Fig.6 Division diagram of the third section of the new cofferdam at the water intake

2)防渗墙成槽冲孔至10 m左右时，灌入水泥浆和速凝剂，对槽壁进行加固，增强槽孔的稳定性；

3)针对大潮汛影响，尽可能在大潮汛来临前完成已经成槽较深的槽段并浇筑完成，避开大潮汛时段；

4)考虑到堤身满布冲击钻，钻机距离较近，钻机的振动影响槽孔的稳定性，造成坍塌。按照3个批次施工的计划进行部署，拉开冲击钻之间的距离，尽量减少振动带来的影响；

5)施工工序调整。第三段堤身为软基处理后的抛石回填堤，其渗透系数较爆破挤淤堤身更大，容易使护壁泥浆流失及潮汐压力引起塌孔。 取水口新建围堰部分，由计划的从西向东先施工第一段、然后施工第二段、最后施工第三段的施工顺序调整为分为两个区域分别进行施工，即一段、二段为一施工区域，三段为一施工区域，施工方向均由西向东，由在第三段进行防渗墙的闭合调整为在第二段稳定堤身留下两个槽段进行闭合，选择同时浇筑进行整个防渗墙的封闭。为减小潮汐和波浪对成槽的影响，尽量避开当月的大潮汛期间，选择平潮并准备退潮时开始浇筑，充分利用潮水下落时间，在低潮时完成防渗墙的封闭。

新建围堰第三段总共65个槽段，成槽施工共塌槽19次(见图7)，塌槽率为29%，进行塌槽预防处理后，成功地降低了塌槽率。

图7 第三段槽段塌槽孔位及深度Fig.7 Location and depth of slot holes in the third segment

7.4 塌槽处理及效果评价

1)成槽过程中，对于轻微的塌槽引起的漏浆，采用水泥浆和袋装水泥，加入槽段内，造浆堵漏，对防止塌槽效果显著。

2)成槽过程中，塌槽现象严重时，采用C20混凝土对导墙及墙体周围坍塌部分进行浇筑，再重新成槽，可有效防止再次塌槽的出现。防渗墙成槽施工总共55次塌槽，经采用C20混凝土浇筑处理后再成槽，二次塌槽共5次，塌槽率为9.1%，采用C20处理塌槽效果显著。

7.5 成槽施工质量效果评价

防渗墙槽孔验收检查，最大孔位允许偏差小于30 mm，最大孔斜率为0.4%，孔底淤积厚度最大为8 cm，槽孔孔位、孔斜率、孔底淤积厚度等均满足规范和设计要求。槽孔终孔检查，东堤、西堤、南堤防渗墙均入不透水层2.0～3.0 m，满足入粉质黏土层2 m的设计要求。

8 结束语

1)在人工回填片石(Q4ml)、砂层、砂桩、淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土，局部夹薄层粉细砂、碎石、基岩为长石斑岩(ξλπ53e)、花岗斑岩(γπ53d)层这种复杂地层中的防渗墙成槽采用钻劈法施工是可行的，并结合采用水泥浆、水玻璃、膨润土等进行漏浆处理以及采用C20混凝土进行塌槽处理，防渗墙成槽施工的质量、安全、成本以及进度能够得到保证。

2)钻劈法在取水口围堰防渗墙成槽施工中取得的成功，其成功经验可供类似工程施工参考借鉴。