鲁甸县月亮湾水库防渗墙成槽施工及质量控制

万亮亮

(江西星光建设工程有限公司，南昌 330000)

1 工程概况

月亮湾水库地处昭通市LD县XZ乡XZ河中游，水库库区地理坐标为E103°30′05″，N27°12′57″，该水库和XZ乡的直线距离3km，和LD县城的直线距离7.5km。水库所在的XZ河流域属于金沙江水系牛栏江右岸的一级支流，该水库径流面积101km2，年平均径流量2736×104m3。

工程区处XZ河中游，构造侵蚀低-中山地貌。第四系为残坡积、崩塌滑坡堆积及冲洪积；基岩主要为三迭系永宁镇组下段泥灰岩夹页岩，飞仙关组上段暗紫红色泥质粉砂岩，下段粉砂岩夹页岩。砂泥岩弱含水性，受节理及风化影响，强风化带岩体中等透水。大地构造位于川滇经向构造带北段，主构造体系为南北向和北东向。月亮湾水库位于小寨向斜核部，岩层倾角平缓，龙树断层位于水库西侧约11km，昭鲁断层位于水库东侧约11.7km，沙坝断层位于水库下游(南侧)4.0km。

2 砂卵石地层成槽难点

水库位于金沙江右岸支流牛栏江的右支流XZ河中游，流域内坡陡流急，呈“V”型河谷，以构造侵蚀峡谷中低山地貌为主。根据对工程地质条件的勘测与分析发现，本工程地层情况复杂，尤其是砂卵石地层内大粒径砾石、漂石和孤石较多，在钻孔过程中很容易引发孔斜、漏浆问题，不利于施工进度和施工质量的提升。在施工前期成槽过程中拟采用的两钻一抓法也遇到诸多技术难题：在主孔钻进施工时因砾石、孤石等的存在而导致孔斜大大超出规范规定值，通过回填块石进行纠偏工效较低；抓斗抓至地下深度15-18m、22-25m及28-30m时均出现砂卵石级配不均、钙质胶结层，大大降低抓斗抓取施工效率[1]。

3 成槽施工方案

采用液压抓斗成槽机进行成槽施工时对与地质条件复杂的较深基岩，需要深入基岩进行地下连续墙施工，而液压抓斗成槽机因抓杆深度较小、适应地层能力不强、造价高、入岩效果差、施工难度大，无法保证较深地层防渗墙施工质量。钻抓法施工工艺见图1。

为此，本工程在系统分析垂直结构防渗施工工艺、机具设备及施工方案的基础上，通过施工现场防渗墙造孔试验，将冲击反循环成孔、液压抓斗成槽机与钻劈法配合CZ-6型冲击钻机成孔工艺进行比较，结果表明，液压抓斗成槽机成槽速度快、功效高，但是对与地质条件复杂、砂砾石层深厚的地层，必须进入基岩，冲击反循环成孔与液压抓斗成槽机由于钻杆深度不够，对地层适应能力不强，所以存在局限；而钻劈法配合CZ-6型冲击钻机成孔工艺能有效解决地质条件复杂、砂砾石层深厚等垂直防渗施工的技术难题，大大提升施工功效。所以本工程防渗墙覆盖层钻孔成槽采用钻抓法，并辅之以钻劈法；基岩部分采用钻劈法成槽施工工艺[2]。

(a)钻孔施工 (b)抓槽施工

在已经建好的施工平台上建造防渗墙，且根据防渗墙宽度提前做好导墙。在采用钻劈法配合CZ-6型冲击钻机成槽施工工艺时，先打主孔，再劈打副孔，并使主副孔连接成槽孔。主孔属于独立的钻孔，其施钻钻头直径与防渗墙厚度相等，而副孔则位于两个主孔之间，宽度与墙厚相等。黏性土层和沙壤土、砂卵石地层下钻劈法施工副孔在防渗墙轴线方向的长度分别为1.0d-1.25d和1.2d-1.5d(d表示主孔直径，也就是槽孔实际宽度)。

考虑到钻头的形状，待劈打完主副孔后，会遗留部分残余小墙，将钻机调整至小墙位置后由上至下钻至设计孔深，从而形成连续、完整、等厚的槽孔。在副孔劈打时将接砂斗置放于两主孔之间将劈落的钻渣接出，部分钻渣会落入主孔内，所以必须进行重复钻凿主孔的“打回填”施工。在常规冲击钻机造孔的过程中钻机主孔和打回填均通过抽砂筒出渣，而在冲击反循环钻机造孔施工时，主要通过砂石泵抽吸出渣，辅之以抽砂筒出渣。

4 防渗墙成槽施工及质量控制

4.1 施工机械的选择

本水库工程防渗墙施工采用钢绳冲击钻机和液压抓斗两种成槽机械。钢绳冲击钻机包括CZ-6型和ZZ-5型两种，CZ-6型钢绳冲击钻机钻孔直径400-2200mm，钻孔孔深50-300m，钻具质量4500kg，冲击次数达36-42次，钻杆高8-12m，功率55kW；ZZ-5型钢绳冲击钻机钻孔直径400-2000mm，钻孔孔深10-300m，钻具质量3500kg，冲击次数达36-42次，钻杆高8-12m，功率55kW。所使用的两种冲击钻机对与软弱地层和硬质砾石地层均较为适用，且操作简便，技术成熟。钻头均采用钻速快、重量3.5-4.5t的厚壁大直径空心钻头。

液压抓斗采用广泛适用于堤坝防渗、基坑围护等地下连续墙施工领域的SG-40A型施工机械，机械化程度高，整机移动方便，性能稳定，性价比优越。液压抓斗所采用的推板纠偏方式较传统的重力纠偏方式更高效，也更稳定，便于抓斗体的快速复位。月亮湾水库在施工高峰期共投入4台液压抓斗机械，包括3台JT液压抓斗和1台WZ-800抓斗，抓斗机械最大开斗度均达到2800mm，成槽宽度均在800mm及以上。

4.2 泥浆系统

根据工程防渗墙施工实际，在水库中堤桩号ZD0+584和ZD0+950处库底平台新建泥浆拌合站，并在各拌合站设置2台搅拌机，1座100m3的储浆池、1座100m3的回浆池和1座200m3的供浆池。泥浆池采用砖砌的形式，池底为C15混凝土底板，池顶为砖混结构的防护棚顶。考虑到水库工程防渗墙施工段地质条件复杂，且主要为渗漏大的砂卵石地层，所以以膨润土泥浆为造孔护壁泥浆。并根据试验进行泥浆配比的确定，通过称量控制膨润土、水等的掺加量，并将掺量误差控制在±5%以内[3]。拌制好的膨润土泥浆加入分散剂并存放24h充分水化后使用。本工程每方膨润土泥浆的(重量)配合比为水:膨润土:碱粉:CMC为970∶80∶3.5∶0.3。

制备好的膨润土泥浆性能指标详见表1所示，泥浆池内的浆液必须定期搅动，预防沉淀和结块。

表1 泥浆性能指标表

4.3 槽段划分及成槽施工

在综合考虑工程区地质条件、槽深及地下水影响、施工机械性能、混凝土浇筑施工能力、防渗墙平面与立面布置特性等的基础上，将本水库防渗墙施工槽深确定为30m，使地下水位比槽底高出4-6m，该深度主要为回填砂卵石地层。各槽段包括3个孔径0.8m的主孔和2个副孔，副孔长度按照液压抓斗开斗度最大值确定，一、二期槽段长度均为6.4m。

本水库防渗墙液压抓斗直抓施工工效可达189m2/台·d，整个工程成槽施工工效达71m2/台·d，冲击钻机主孔钻凿施工工效达9.0m/台·d。

5 结 论

本水库地下防渗墙规模大，且防渗墙较深，地质条件复杂，砂卵石覆盖层较厚，通过CZ-6型和ZZ-5型两种钢绳冲击钻机和钻劈法施工，成功总结出一套应对覆盖层深厚、地质条件复杂，并存在大粒径块石、漂石的地层垂直防渗墙体超深超厚并需嵌入基岩的施工工艺技术，为类似水利工程防渗墙成槽施工提供了可靠的工艺方法、技术指导和经验借鉴。工程应用结果表明，该施工技术方案能迅速组织现场施工，有效保证工期和质量，且无复杂的工艺和设备配合，其对施工成本的节约程度在20%左右，具有很强的经济效益和社会效益。