混凝土坝排水孔通孔技术探析

张永鑫，孙木星，刘书南，王 江

（1.丰满发电厂，吉林省 吉林市132108；2.临江电站筹建处，辽宁 沈阳110180；3.中国水利电力对外公司，北京100120）

1 工程概况

丰满水电站为一等大（1）型工程，大坝于1937年4月开始兴建，1942年11月水库开始蓄水，1943年3月第一台机组发电。主要建筑物有混凝土重力坝，坝后式一、二期发电厂房，左岸泄洪洞、三期发电厂房及变电开关站等。

混凝土大坝为1 级建筑物，最大坝高91.7 m，坝顶全长1 080 m，共分60 个坝段，坝段长度为18 m。大坝自左向右9 至19 号坝段为溢流坝段，21 至31 号为发电取水坝段，其他为挡水坝段。大坝基本横断面为三角形，上游坝坡为1∶0.05，下游坝坡为1∶（0.75～0.78），大坝在施工时沿顺河流向将坝体的横断面分为A，B，C，D 等4 个坝块。

大坝钻有坝基排水孔310 孔，孔深共5 085 m，孔底深入坝基岩石5.0 m；钻有坝体排水孔256 孔，孔深共13 243 m，孔底位于检查廊道内。排水孔孔径φ110 mm，出口端安装引水装置，将坝体渗水有组织地引入到排水沟内。

2 通孔必要性

丰满大坝始建于20 世纪的30年代，坝工设计和施工技术水平较低，施工质量较差，坝体渗漏严重，坝体扬压力过高，及时排出坝体内渗水是大坝安全运行的需要。

大坝运行时间已达70年，达到使用年限并超期服役，混凝土溶蚀量较大，钙质析出严重。排水孔孔壁被钙质堵塞，孔底被淤积，影响了排水效果甚至失效，从而引起坝基、坝体扬压力进一步上升，给坝体稳定带来很大危害，影响大坝安全运行。

在过去的多年运行期间，大坝排水孔已进行了5 次彻底的通孔施工，有效地控制了扬压力的上升，对大坝的抗滑稳定起到了重要的作用。

3 刷孔工具

钙质坚固地附着在排水孔孔壁上，不容易清理，因此需要制作专用的刷孔工具，以保证能够彻底清除钙质。刷孔工具由φ90 岩芯管和φ22 钢丝绳制作而成。使用气焊在岩芯管上对称切割小圆孔，使钢丝绳能够刚好通过圆孔穿过，单根钢丝绳长度略大于排水孔孔径，两根钢丝绳水平间距20 cm，制成串长100 cm 的钢丝刷。施工中所用的钢丝刷如图1所示。

图1 刷孔工具图

4 通孔施工

4.1 机械和工具

通孔施工时主要机械和工具有：地质钻机及配套钻杆、接头、钻具，潜水泵，灌浆泵及水管路，刷孔工具，测绳等。

4.2 施工方法

1）测量

在清孔前，用测绳测量孔深，并与原设计值比较，计算孔底淤堵深度。

2）扫孔

计算钻杆长度，连接各机械与工具。孔内有淤积时采用φ108 金刚石钻头扫孔，直到原设计孔深。此时扫孔不同于平常的地质钻孔，因为孔底沉积物一般没有强度或强度很低，基本不能取芯，只需用钻头把沉积物破碎成细小颗粒即可。扫孔时钻机易选用低转速、小钻压的施工方法。

3）刷孔

将刷孔工具连接在钻杆接头上，用钻机带动刷孔工具低速旋转，并上下起落刷孔3 个循环，孔壁淤堵严重时也可适当增加循环次数，以达到更好的通孔效果。刷孔同时用清水冲洗孔壁，清除孔壁附着物。为保证施工质量，根据施工经验，钻机易选择低速档位转动，刷孔起落速度一般不超过1.0 m/min。

4）洗孔

①水冲法。即在刷孔完成后，取下刷孔工具，再下入钻杆至孔底，开大水流，使孔内钻渣随循环水流悬浮带出孔外。冲孔水量要尽可能地大一些，直至回水清澈，肉眼观察无岩粉为止，冲洗后孔底沉积厚度不大于20 cm。如果这样不能冲洗干净，不能达到孔底沉积小于20 cm 的要求，那就要采取捞砂取粉等措施。如果孔壁有很多黏着物，或有特殊的冲洗要求，还应当专门对孔壁进行侧向冲洗。水冲法的特点是：孔口不封闭，冲洗水流的水量大，但压力不一定大。冲洗时间以回水变清为原则。

②脉动冲洗。是指采用脉动压力水等介质对钻孔周围孔壁的裂隙或孔隙进行的冲洗。高压时裂隙缝口的一部分充填物被压力水冲刷挟带流出孔外，不能从孔口冲洗出的充填物被压力水推移至离孔壁较远的位置；低压时裂隙内水压力高于孔内压力，形成反向水流将充填物带出。冲洗时先安装孔口封闭装置，使用灌浆泵向孔内压入循环水流，水压力由回水管阀门调节，先使用较大的压力冲洗数分钟；接着完全放开回水阀门，低压大流量冲洗。如此反复脉动，直至返出的水洁净并持续一段时间为止。

5 效果分析

在使用孔内电视进行检查时发现，孔壁的附着物清除比较彻底。清理面积达95%左右，说明自制的刷孔工具有很好的实用性。排水孔采用通孔技术处理后，80%的排水孔漏水量都有不同程度的增加，通孔施工对于提高排水孔的排水效果起到了明显的改善作用，通孔前后排水量变化情况见表1。排水孔道经疏通后，坝体内的渗水能够及时排出，改善了大坝工作条件，降低了坝体渗透压力，发挥了排水孔的作用，通孔效果显著。

表1 排水孔通孔前后排水量变化情况统计表

坝体混凝土析钙不但附着在孔壁表面，也同样充填在孔壁周围的裂隙或孔隙内，刷孔工具不能清除这部分钙质，所以选择脉动冲洗的方法是必要的。但是钙质与混凝土间有一定的附着力，裂隙内的钙质不可能完全被冲洗出来，所以脉动冲洗的作用是有限的。

［1］ 司燕玲.浅谈钻孔施工中清孔的方法［J］.建筑与工程，2011（38）：320-320.

［2］ 杨小云.丹江口混凝土坝排水孔处理［J］.水利工程管理技术，1988（4）：37-38.

［3］ 李雪林.新丰江水电站坝基排水孔淤积处理［J］.广东科技，2008（12）：172-173.