水利大坝造孔施工技术

张龙

【摘要】造孔施工技术是水利大坝工程的关键技术，其施工质量直接影响着大坝的正常运行。本文介绍了卵砾层与土层地质的大坝造孔施工技术，并分析了造孔施工中的常见问题与控制措施。

【关键词】大坝；造孔；斜孔；塌孔

一、工程概况

某水电站混凝土拱坝为3级建筑物，建基面高程470.00m，坝顶高程578.50m，最大坝高108.5m。体型采用抛物线型变厚双曲拱坝，坝轴线长284.123m，共分16个坝段。坝顶厚4.5m，底厚20.0m，厚高比0.18。坝体内设灌浆廊道、交通廊道、集水井、抽水泵和放空管等，坝外设灌浆平洞、排水洞、交通橋、坝后桥和电梯井等。

二、大坝造孔施工技术

（一）坝顶造孔

本工程坝体上部厚度为20～50m卵砾石层，根据本工程地质条件造孔拟采用金刚石单管导向管柱钻进。本工程拟采用φ430mm金刚石钻头开孔，钻孔深度等于孔口导向管长度，下入φ377mm孔口导向管（长2m左右），管外用水泥砂浆固结，再以φ330mm、φ280mm金刚石单管钻进，以φ220mm终孔；必要时，可变径以φ180mm金刚石钻头钻进至终孔。造孔施工中，其粗径钻具长度不小于10m，以保证倒垂孔的垂直精度。

1、钻进技术参数的确定

为保证钻孔的垂直精度，为防止钻孔偏斜，必须严格控制并随时调整钻进参数。孔底钻压控制在2～2.5Mpa，转速65～95r/min，冲洗液量80～110L/min，钻速控制为0.5cm/min，以控制钻速来调整钻进参数，严格控制回次进尺。

2、钻机的安装与调整

钻机的安装是倒垂孔钻机的重要环节之一，必须认真对待。钻机安装在基台木上，再以三根18#槽钢作压梁，通过预埋的螺杆，将钻机基台牢固固定在坝台面上，保证钻机安装稳固，水平，周正，同时当松开螺杆时钻机又可前、后、左、右四个方向自由移动，以适应钻孔纠斜时钻机的平面位移。钻机安装后，应采用两台经纬仪校正钻机立轴，使其上、下死点与孔口中心偏差控制在1mm以内。

3、孔口导向管的安装与调整

孔口导向管下入时，应使孔口导向管距孔底20cm左右，使导向管悬吊于孔内，并对其垂直精度进行严格细致的调整。其垂直精度高于倒垂孔精度，其中心偏差控制在2mm以内，调整后灌入水泥砂浆使其与孔壁固结。

4、成孔

（1）钻进多采用减压钻进，即孔底的钻压不超过钻杆、锤头、压块重力之和的80%（扣除浮力），以避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。不同地层采用不同类型的钻头和钻压，土层采用普通旋挖钻头，进岩层或孤石后采用凿岩锤头。

（2）在不同的地层采用不同的钻速，一般螺旋杆的转数为12～16/每分钟。当空压机供气时，以适合转数转动螺纹杆，从而开始钻孔，当接触到岩石时，潜孔锤开始工作；在水下钻岩3孔时，在供气正常后逐渐将潜孔锤放下，当它接触到岩石时，潜孔锤开始工作。这时回转的螺旋钻杆将碎石和泥土排出。

（3）潜孔锤和它的螺旋杆停留在孔内时不能终止钻孔，因为土的压力会阻止它们转动，从而可能使钻机被粘留在所钻的孔内（卡钻）；在钻孔时，不准将螺旋杆反转，因为驱动体和顶端体的螺纹连接可能被松开，这会使得钻具和潜孔锤掉落在孔内。

（4）按钻孔深度要求，螺旋钻杆可通过连接加长杆来加长钻孔深度，但用加长杆来接长的螺旋钻杆，不准超越桩架底盘的最大负荷；当潜孔锤浸入水内时，不能将加长杆连接到螺旋钻杆上，如果此时分离螺旋钻杆，水和其他东西会倒流，若要分离螺旋钻杆，应先将潜孔锤提离地面，从螺旋钻杆上清除泥沙和杂物，释放孔内的残余压力，安装定位圈，然后再将加长杆连接到螺旋钻杆上。

（二）土层成孔方法

1、上部土层成孔方法

上部土层成孔方法主要包括左右坝肩，右岸防渗墙部分埋设仪器钻孔的成孔方法。这些部位的钻孔开孔就是土层，孔深一般是20～40m，地层主要有人工回填土、原状土及部分卵石、基岩。根据质量要求，主要采用冲击法成孔。

冲击成孔法使用的主要设备包括XY-2型300钻机及卷扬机，配φ9mm钢丝绳，φ108mm简易式冲击钻具，长度为4～6m。操作时先用300型钻机升降系统提拉冲击钻具，然后松动手把，自由落体，冲击地层，取心并反复冲击到设计孔深后进行清孔。一般每小时可进尺3～6m，正常时仅需2人操作。

2、下部土层成孔方法

下部土层主要指卵砾石覆盖层下厚20～50m的土层。该土层由人工回填土和原状土壤组成，大部分在水位以下，水已饱和。从表面看，下部土层松软成孔很容易，但实际上由于其缩径膨胀、层厚、孔径要求大、孔斜度要求高、不准带水作业等原因，成孔非常困难。经过反复摸索总结采用综合成孔法。综合成孔法就是根据孔内的实际情况分别采用冲击成孔、无泵钻进、套管跟进、砸套管等多种办法，成孔后将φ108mm护壁管下到预定的深度，并进行清孔。无泵钻进所用的合金钻头外径比正常大4～6mm。

采用综合成孔法应注意的事项包括：实施前，对设备及各种钻具进行全面的检查、修理，准备好现场所要用的各种管材、用料；对所用套管的丝扣、弯曲度进行严格的质量检查，保证内壁规格、光滑；配备足够的1.5～2.0m的短套管，套管的外壁均要涂润滑剂。套管下孔前对套管的根数、每根的长度、序号都要进行认真的丈量、记录，并由技术人员复测。对于每根套管在孔内的位置，深度都要丈量准确，记录在案。

三、水利大坝造孔常见问题与控制

（一）钻头脱落

1、原因分析

钻头由于使用周期过长，没有对上面受到较大程度磨损的钢丝绳进行及时的更换。钻头用钢丝绳进行连接，没有及时发现钢丝绳子夹子抬动而造成严重抽脱。没有按照要求安装保护绳以及不干净孔底等都会造成严重坍塌，最终导致埋钻的事故发生。

2、控制措施

经常检查转向装置，保证灵活，经常检查钻杆、钢丝绳及联结装置的磨损情况，及时更换磨损件，防止掉钻。用低冲程时，隔一段时间要更换高一些的冲程，使冲锥有足够的转动时间，避免形成梅花孔而卡钻。

对于掉钻，宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞。对于埋钻，较轻的是糊钻，此时应对泥浆稠度，钻渣，进出口，钻杆内径大小，排渣设备进行检查、计算，并控制适当的进尺。如是坍孔或其他原因造成的埋钻，应使用空气吸泥机吸走埋钻的泥砂。提出钻头。

（二）斜孔

1、原因分析

很多问题都可能导致斜孔的出现，如孔内有钻渣、钻头严重磨损、不当的松绳等问题都有可能导致钻头无法垂直下落以及不妥当变层处理等。

2、控制措施

首先，孔内的泥浆粘稠度要合适，同时也要一直保持孔内干净。其次，随时纠正钻头补焊的过程和方法。再次，松绳的时候要适当，钻头在孔内工作的时候要保持钻头的稳定性，更不能打空锤。为了能够对施工进程进行及时的掌握以及保证施工的安全，要求每个工作小组要多检查、勤检查。

（三）孔底沉淤

1、原因分析

在钻孔成孔，拆除钻杆泥浆，停止循环至吊放钢筋笼，浇灌水下混凝土的全过程中，施工环节多，时间长，会在孔底淤积较厚的淤泥而影响成桩质量.静置的时间越长，淤积的淤泥越多。

2、控制措施

一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥浆性能，延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔，二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4m，在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。沉渣厚度达到设计及规范要求后，应尽快进行水下混凝土灌注。

参考文献

[1]周祥.水利大坝造孔施工中常见问题的处理分析[J].新材料新装饰，2014年5期.

[2]王长武.水利大坝造孔施工研究[J].中国新技术新产品，2013年18期.