冲击钻技术在香山水库大坝混凝土防渗墙施工中的应用

陶龙水

一、工程概况

香山水库总库容100.2×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合利用的小（1）型水库。该枢纽工程由大坝、放水隧洞、溢洪道、水电站等建筑物组成。

大坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程413.2m，最大坝高33.6m，坝顶长120m，宽6.0m。大坝迎水面在高程405.50m处设宽2m的平台，平台上下坝坡均为1∶2.5左右。大坝背水面在高程402.50m处设宽2m的平台，平台上下坝分别为1∶2.5和1∶3左右，在高程393.1m以下设排水棱体，棱体顶设北干渠灌溉渠道。

大坝心墙整体质量较差，以弱透水性为主。坝基表层强风化岩深度1.2～4.3m，强风化岩中等透水。勘探揭示，强风化基岩中有裂隙存在，大坝清基不彻底。

二、混凝土防渗墙施工技术要求

防渗墙混凝土强度（28天）≥5MPa，渗透系数 K≤ i×10-7cm/s（1

1.施工关键

（1）确保先导孔的精度。按设计要求进行布孔，获取比较准确的岩位资料，确定槽孔深度和混凝土防渗墙底进入设计要求的相应不透水层。

（2）施工过程中对深度的复核。由于地质条件可能较复杂，在施工中入岩部分由冲击钻完成，根据钻孔的进尺情况、钻头的磨耗情况、孔底捞渣情况、孔深等多种因素，确定槽孔的嵌岩情况是否满足设计要求，对槽孔底凿岩出现的波浪形小墙，采用方形冲击锤进行孔底修凿，消除波浪形小墙。

（3）槽底清渣。槽底沉渣厚度是防渗墙质量控制的重要指标之一，为达到设计和规范要求槽底沉渣小于10cm的指标，必须做好以下三方面工作。首先制备充足的符合要求的优良泥浆；其次是清孔换浆，采用泵吸反循环从槽孔一端到槽孔另一端来回清槽，直到槽内充满置换的泥浆；再次是做好混凝土浇筑和各种预埋工作准备，缩短清槽至浇筑开仓的时间。

（4）垂直度控制。由于本工程防渗墙较深，因此对防渗墙的垂直度要求较高，要求垂直度偏差小于0.4%，为保证两槽孔之间的有效连接，必须保证一期槽孔的接头孔垂直度偏差小于0.3%。在成孔过程中自上而下分段检查垂直度，出现大于要求的偏差，经修凿符合要求后继续钻进，从而保证端孔垂直度，为防渗墙的垂直度和连续性打好基础。

（5）接头的洗刷。二期槽孔浇筑混凝土前必须洗刷干净一期槽段混凝土防渗墙端接头面的泥皮，确保两期槽段防渗墙的有效连接。

2.技术关键

防止槽孔孔周劈裂与塌孔是本工程施工安全的技术关键，其中槽孔施工时防止坝体的劈裂非常重要，一是要进行合理的槽段长度划分和槽段间的间隔分序；二是要控制好泥浆质量，制备的泥浆除要有悬浮排渣能力外，最主要是保证槽孔壁稳定的固壁作用，在固壁方面，泥浆的胶体率和失水量指标尤为重要，较高的胶体率和较小的失水量能保证泥浆性能的稳定，从而克服不良泥浆的水力劈裂效应，避免槽孔壁出现劈裂情况，定期观测坝体沉降、位移、裂缝和测压管水位等，并做好坝体劈裂与塌孔预案，在坝顶工作面上准备一定量的稻草、锯末等应急材料。

3.大坝基岩成槽是本工程的难点

施工前，先导孔施工时根据岩石的岩性选择成孔方法。本工程基岩为中风化岩层，选择冲击钻成孔，施工时采用冲击钻成槽。

4.其他工程难点和技术关键点

水下混凝土浇筑除常规的水下混凝土浇筑控制要求外，着重是要控制几根浇筑导管同步进料，使槽孔中混凝土浇筑面基本同步上升，接近同一水平面，避免混凝土侧向流淌挤压造成预埋管变形和混入泥浆或损害墙体质量。

三、主要工程施工方法

1.工程施工顺序

先平整场地、防渗墙施工平台，进行导墙、先导孔施工，再进行混凝土防渗墙施工，混凝土防渗墙施工顺序从中间的河槽段向两端推进。

2.混凝土防渗墙施工

（1）施工工艺流程图（见图1）。

（2）主要施工方法简述如下：①成槽采用CZ-22型冲击钻机冲击钻孔；②采用粘土泥浆护壁；③“套桶法”置换泥浆清孔；④混凝土搅拌站拌和混凝土；⑤混凝土输送泵输送混凝土；⑥泥浆下直升导管法浇筑混凝土（导管内径为25mm）。

（3）施工平台与导墙施工。施工平台与导墙是防渗墙施工的关键环节，要求坚固、平整、宽度满足施工要求。其主要作用为成槽导向、防止槽口坍塌及承重，根据设计，本工程导墙截面采用钢筋混凝土梯形断面，导墙平面轴线与防渗墙轴线偏差控制在±15mm，墙顶高程偏差控制在±20mm以内。

（4）泥浆制作及其性能指标。泥浆应具有良好的物理性能、流变性能、稳定性以及抗水泥污染的能力。为保证冲击成槽的安全和质量，护壁泥浆生产循环系统的质量控制是关系到槽壁稳定、冲孔速度、混凝土质量、钻头磨损及砂砾石层成槽的必备条件。本工程优先采用铜陵生产的一级优质膨润土为主，少量粘土为辅的泥浆制备材料。泥浆性能控制指标见表1。

新制泥浆宜膨化24h后使用。保证地层稳定是成槽关键所在，所以要采用优质膨润土拌制护壁浆液，确保孔壁稳定。

（5）泥浆处理。泥浆必须经过制浆池、沉淀池及储存池三级处理，泥浆制作场地以利于施工方便为原则，泥浆循环工序流程见图2。

四、特殊情况处理

一是在防渗墙造孔成槽过程中，遇到孤石、大块混凝土及砖块、木头等，采用正常成槽手段难以快速成槽时，在考虑孔壁安全的前提下，用重锤法或其他方法处理。

表1 泥浆性能控制指标

二是造孔成槽过程中出现塌孔、大坝裂缝现象，对固壁泥浆配比及造孔手段进行调整或立即进行回填以确保孔壁稳定，等稳定一段时间后再进行成槽，对施工过程中产生的裂缝进行加固。

三是在成槽过程中，对固壁泥浆漏失量作详细测试和记录，当发现固壁泥浆漏失严重时，应及时堵漏和补浆，采取措施进行处理。现场要备有堵漏材料，如稻草、锯末、水泥和足够泥浆。适当调整泥浆配比，并适当放缓成槽速度，待固壁泥浆漏失量正常后再恢复正常成槽，必要时在泥浆中掺加堵漏剂。

五、混凝土防渗墙质量检验结果

1.自检结果

（1）导墙偏差。导墙平面轴线与防渗墙轴线最大偏差±13mm；导墙内壁面竖直度最大偏差±5mm；墙顶高程偏差±16mm以内。

（2）泥浆性能指标。泥浆比重为1.1～1.2g/cm3，粘度 18～25S，含砂率＜5%，胶体率＞96%。

（3）清槽标准。在槽底0.5～1.0m处泥浆比重＜1.3g/cm3，含砂率≤10%；粘度≤30S；沉碴厚度≤100mm。

（4）混凝土强度检测。检测混凝土强度20组，在6.8～10.1MPa之间；弹性模量两组，<1900MPa；抗渗压力件7组，平均值 4.4×10-7cm/s，最大值 5.7×10-7cm/s，符合设计及规范要求。

2.委托检测结果

检查的方法和内容包括钻孔取芯试验、钻孔压（注）水试验、开挖墙体两侧揭露出墙体进行直观检测、芯样室内物理力学性能试验等。现场开槽3处，墙厚最薄处为61cm；钻芯取样强度7.52～11.08MPa；注水试验为6.8×10-7cm/s；试块抗渗压力为1.36×10-8～8.93×10-8cm/s；超声波检测墙体均匀，无段墙夹渣现象，符合设计及规范要求■