超薄型防渗墙造孔施工新技术及发展前景

李自琼

（江川县水利电力勘测设计队 玉溪 652600）

1 工程概况

小井坝水库距江川县城5km，坝型为均质土坝，坝高20m，总库容172万m3，水库灌溉面积167hm2，下游有江川县城及周边4.5万人，耕地面积627hm2，且有通往滇南、蒙自、个旧等重镇的二级路及乡镇企业等重要设施。小井坝水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪的小型水库。

水库存在坝体质量差，坝体、坝基渗漏严重，坝体两肩存在绕坝渗漏等问题。采用塑性混凝土防渗墙进行坝体及坝基防渗处理，防渗墙厚0.4m，深入全风化带下2m，最大墙深约34.5m，中心位于坝轴线上，施工垂直精度要求4/1000。

初步设计造孔采用抓斗施工方案。施工进场时因小井坝水库位置比较偏僻，简易公路无法通过大型设备。另外，小井坝水库坝体上部填土比较松散、致密性差，底部均为全风化或强风化基岩，抓斗施工时上部极易发生塌孔，下部啃抓不动，即使利用抓斗可以对坝体上部进行施工，但工程量很少，绝大多数仍需冲击钻机完成，且大型设备进出场所耗费用很高，大大地增加了工程成本，最为关键的一点就是抓斗本身所具有的优势完全不能得到好的发挥，反而使工效降低、工期延长、成本增加。因此，小井坝水库除险加固工程选用了冲击钻机进行钻孔成槽的施工方案。

2 施工技术难点

冲击钻孔成槽的方法施工技术难点：一是孔斜很难控制；二是坝体上部填土比较松散、致密性差，塌孔比较严重；三是利用冲击钻孔成槽的方法进行超薄墙的施工尚无先例，无施工经验和工艺可以借鉴，工程施工带有创新性、风险性。

3 解决对策

3.1 适时改进钻孔机械

工程造孔成槽机械为CZ—22型和CZ—30型钢丝绳冲击式钻机。造孔采取的方法是，正循环冲击造孔，抽筒孔底出渣，泥浆防渗固壁。钻头使用铸钢“十”字钻头和自己加工制作的加长冲击钻头。十字钻头具有较强的破碎能力，适合于岩石的钻进。加长冲击钻头具有良好的导向性能，特别适合坝土、全风化以及一些较软岩层的钻进，功效高，且容易保证孔正，使用此类钻头在钻进过程中通过冲击作用对坝土具有较好的致密作用，从而提高大坝的防渗能力。

考虑到该工程的地质情况，防渗墙底线需嵌入强风化带以下2m。在研制冲击钻头的基础上，加工制作了重锤，重锤由钢管和钢板焊接而成，锤中心为空心结构。使用时，可根据需要在内部增加配重块，以增加重锤的重量，增加冲击力。重锤的作用除了对基岩进行冲击破碎、提高钻进工效外，还可对孔形、孔壁进行修理，对残留在孔底的未清除的小墙也有很好的清除作用，该重锤通过在小井坝水库工程的试用，效果比较理想，其冲击刃角的角度和形状可在今后的工程中进一步改进。

为保证墙厚在任何部位不小于40cm的设计要求,使用的开孔钻头直径为42cm，当钻头直径磨损至40cm时即进行补焊。

3.2 开孔及钻进中的措施

开孔对保证钻孔的垂直度非常关键，方法是：稳定钻机，对正孔位，检查校对，手动操作，间断冲击，轻打慢放，随时检查。

钻进中，采用：“四勤一少”的原则，即：勤检查、勤抽砂、勤补焊、勤松绳、少松绳。每一次起、下钻，坚持检查，发现问题，及时采取措施纠正。

3.3 塌孔处理

造孔时发现大坝坝体在孔深0～6m处，坝体填土较为松散、致密性差，塌孔现象比较普遍，主要采取加大泥浆比重、向孔内投放粘土等方法进行处理。

3.4 接头孔钻进

接头孔的偏斜将直接影响到墙体质量，施工时采取了以下措施：

根据混凝土检验报告提供的初凝时间，严格控制开孔时间在混凝土浇筑完毕后40～60h之间；在开孔前，先用人工开挖出一个直径40cm、深100cm的圆形孔，起到稳定钻头、垂直导向的作用；开孔使用手动操作，间断冲击，保持钻头稳定，钻进中经常检查，发现孔斜及时纠偏。

小井坝水库除险加固工程完成后，对该项目及时进行了质量检测，检测项目有孔深、宽度、孔形、孔斜。所检项目达到设计要求。说明采用上述施工方法，超薄混凝土防渗造孔施工质量是有保证的。

4 新工艺和新技术的发展前景

小井坝工程利用冲击钻孔技术在全国首次成功地完成了塑性混凝土防渗墙（超薄墙0.4m）的施工，它的意义远远超出了该工程本身的价值，为今后类似工程的设计提供了理论根据和可靠资料，为施工积累了宝贵经验，该项工艺的开发，将对将来水利水电的施工具有深远的意义和实用价值。

4.1 适应性

混凝土防渗墙薄墙技术在国内一些堤防工程多有应用，大多都采用抓斗或其他成墙技术，使用这些技术，具有一定的局限性，工程需要有一个可以通过大型机械设备的交通通道，需要有一个相对较大的施工场地。更重要的是受地质条件的限制，对一些较坚硬的基岩还需要其他一些机械的配合，受这些条件的限制，薄墙技术发展不快。而利用冲击技术进行薄墙施工，很好地解决了这些矛盾，无需发达的交通，无需太大的场地，更不受地质条件的限制，冲击钻机能有效地发挥作用。

4.2 合理性

冲击钻机在钻进过程中，随着上下冲击，对松软的地层有致密夯实的作用，从而提高了坝体的防渗能力，避免因土质过于松散而造成塌孔。而抓斗缺乏这样的功能，在松散的地层，往往需要依赖于大量的膨润土泥浆和其他的防范措施，加大了施工难度和工程成本。

4.3 经济性

随着墙厚的变化，工程造价也随之变化，从一些工程资料分析，墙厚0.4m的混凝土防渗墙工程造价比墙厚0.6m的同类工程降低成本约1/4～1/3。在不影响水库坝体质量、满足设计能力要求的条件下，采用薄墙技术是一种非常行之有效的好方法，在进行造孔施工中，无论使用冲击钻孔成槽技术还是抓斗成槽技术，辅助时间都是比较多的，两者比较，冲击钻孔的优势要比抓斗明显得多，墙体越薄，在抓斗上下一次所用时间不变的条件下，所抓出的方量越少，工效明显降低，成本增大。冲击钻孔随着冲击，绝大多数的孔内材料被挤密和夯实，只有很少的部分由抽砂筒抽出，墙体的厚与薄对冲击钻孔成槽影响不大，因此，其经济性比抓斗成槽相应地要好。

随着薄墙技术的不断发展和不断改进，利用冲击钻孔方法进行混凝土防渗墙的施工特别是薄墙的施工，有着广阔的发展前景。

5 结语

冲击钻孔成墙（超薄墙）技术有着非常严格的工艺要求，需要有一支专业性强、技术好的施工队伍，需要富有一定实践经验的技术干部和职工，需要有科学的、规范的、严格的管理，使钻孔工作每个环节都在有效的控制范围，特别是孔斜问题最为关键。如此才能保证工程质量。