混凝土防渗墙检测钻孔技术探讨

杨建坤，窦波元，满志强

（广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023）

混凝土防渗墙检测钻孔技术探讨

杨建坤，窦波元，满志强

（广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023）

针对混凝土防渗墙由于其本身厚度小、埋深大的构造特性，在钻孔检测时经常出现偏出墙体的现象，导致下部墙体无法检测的问题，探讨了防渗墙钻孔、测斜、纠偏的关键技术方法，经工程实例验证：该技术方法在防渗墙钻孔检测时取得了很好效果，具有一定的借鉴意义。

混凝土防渗墙；钻孔技术；钻孔测斜；钻孔纠偏

1 概述

混凝土防渗墙作为一种新型防渗技术在工程领域得到了广泛应用，从早期的试验研究到实际工程中应用，发展非常迅速。随着大批工程的投入运行，塑性混凝土防渗墙从设计理论到施工方法，都在逐步完善[1]。如何确保墙体质量、发挥工程效益是至关重要的课题，防渗墙质量检测是检验其能否安全发挥效益的基本环节。由于防渗墙本身厚度小、埋深大的构造特性，防渗墙的检测一直是个比较棘手的问题。

目前，防渗墙质量检测较为常用可靠的检测方法为钻孔检测。在墙体中心部位钻孔取芯，取出的芯样封存做室内物理力学试验；钻孔完成后，利用钻孔进行墙体抗渗性试验、井下可视电视、弹性波CT等检测[2]。由于防渗墙厚度小、埋深大的构造特点，在一些工程检测中经常出现钻孔未达墙体底部而偏出墙外，导致防渗墙下部无法有效检测。因此，控制钻孔垂直度使其不偏出墙体成为检测成败的关键。要垂直钻穿薄壁的防身墙体是一项技术要求十分高的任务。以防渗墙体宽度0.6 m、深度50 m为例，保证钻孔不偏出墙体情况下，终孔孔斜须控制在0.5%以内。可见，采用一般的地质钻探方法是无法满足防渗墙检测钻孔质量要求的。为此，在总结多个防渗墙钻孔经验的基础上，探讨出有效控制钻孔垂直度的钻孔技术方法，并取得了很好的效果。

2 钻孔技术

2.1 钻孔设备的选用

钻机要求机械技术性能良好，转速调速范围广，钻机稳定性能好，一般选用油压300型、500型均可；钻杆应采用无压弯变形钻杆；钻具直径根据钻孔深度来定，深度在50 m以上钻孔采用110 mm，50 m以下可采用91 mm钻具。塑性混凝土防渗墙采用金刚石复合片取芯钻头，普通混凝土防渗墙采用金刚石取芯钻头。

2.2 钻机安装

对钻孔进行定位，保证钻孔位于防渗墙的中心；钻机就位后在下面采用10 cm左右的方形枕木作为基础，方形枕木对稳固钻机效果较好；随后用水平尺校正钻机，保持钻机立轴垂直地面。

2.3 钻进技术要求

在钻孔初始阶段，控制开孔段的精度、保证钻孔的垂直度至关重要。开孔用的钻具要保持较好的同心度，开孔压力要小，随着钻孔不断加深逐渐加长钻具。钻孔每回次进尺控制在l m左右，每回次的芯样要采完，否则会造成钻孔偏斜。另外，在钻进过程中，还要控制进尺速度，保持钻机平稳钻进，钻机噪音正常。

塑性混凝土防渗墙和普通混凝土防渗墙由于其设计参数差异较大，在钻孔过程中泵送水量具有较大差别。由于塑性混凝土强度很低，在钻进的过程中要严格的控制水量，以“孔口不返水、孔底不烧钻”为标准，这样既可以保证较高的取芯率，又可以消除大水量钻孔时孔底沉渣问题。普通混凝土泵送水量以孔口缓慢返水即可。以上这些既是钻孔钻进技术要求，又是减小孔斜的主要措施。

2.4 钻孔测斜

在防渗墙钻孔实施过程中，由于钻孔设备、墙体材料、人员素质等各方面的影响，钻孔经常会出现一定的偏斜量。钻进过程中及时测量孔斜，分析钻孔偏斜位置及偏斜值，及时进行纠偏是十分重要的，越小的偏差纠正起来越容易。钻孔的前10 m，保证垂直度尤其重要，这是后面钻孔质量达标的基础，一般每钻进l m进行一次测斜。目前通常采用浮桶吊锤测斜法，即从孔口将与孔径相匹配的重锤下放到测量的深度，通过重锤在孔内竖直方向的重力作用，浮桶中的浮体在摆动后逐渐稳定，稳定时重锤中心点与浮体中心的连线形成一条竖直的垂线，如图1所示。浮体稳定后，在孔口就可以测量钻孔目标深处相对于孔口的偏斜量和偏斜方向，如图2所示。此方法结构简单，量测可靠。测量范围及精度：钻孔半径范围内，1.0 mm。

图1 浮筒吊锤测斜法装置示意图

图2 浮筒吊锤测斜法测量示意图

2.5 钻孔纠偏

每钻取一段后，根据测出的偏斜量和偏斜方向，采取切实可行的纠偏方法，及时纠偏。常用的钻孔纠偏方法主要有以下几种。

2.5.1 立轴跟踪纠偏

立轴跟踪方法是钻孔纠偏较为常用的方法，对偏斜量较小的情况较为实用。根据钻孔测量的偏斜方向和偏斜量，对钻机立轴进行反方向调整，从而改变钻头在钻孔内的钻进方向。在纠偏钻进时同样遵守小压力、低转速的操作要求，采用轻压慢转达到纠偏效果。这种方法适在孔深在20 m范围内偏斜小于20 mm效果比较明显。

2.5.2 回填纠偏

回填纠偏法是针对偏斜量较大时的一种纠偏方法，回填纠偏分两种，第一种在钻孔的初始阶段5 m以内时，采用大规格钻头扩孔至一定深度，在孔内垂直放入一段与后续钻孔相匹配的钢管，把钢管调竖直后用木塞固定，然后用水泥砂浆填满钢管与孔壁间隙，待砂浆达一定强度后钻孔。另一种回填纠偏时在钻孔达到一定深度时，将偏斜过大的孔段回填一定强度的水泥砂浆，待水泥浆硬化后用立轴跟踪纠偏方法钻进，纠正钻孔偏斜量。

2.5.3 定向楔子纠偏

定向楔子纠偏方法是回填纠偏方法的延伸，该方法在钻孔较深上述方法不易纠偏情况下使用。根据浮桶吊锤法测量的偏斜值和偏斜方向，加工一定形状规格的楔体；把加工好的楔体放入钻孔预定位置灌注水泥砂浆，待砂浆硬化后再钻孔，钻具在楔子的导向下将按预定方向钻进。从而达到定向楔子纠偏的效果。

3 工程实例

3.1 广西六陈水库塑性混凝土防渗墙

广西六陈水库除险加固工程大坝塑性混凝土防渗墙，主要设计指标：防渗墙厚度0.6 m，抗压强度R28=2～4MPa，初始弹模E281 000 MPa，渗透系数k 1.0×10-7cm/s，允许渗透比降[J] 60。钻孔完成后采用钻孔电视查看，钻孔完成情况见表1，钻孔电视照片见图3、4。

表1 塑性混凝土防渗墙钻孔完成情况

3.2 广西百色澄碧河水库普通混凝土防渗墙

广西百色澄碧河水库除险加固工程大坝普通混凝土防渗墙，主要设计指标：防渗墙厚度0.8 m，抗压强度R2815 MPa，弹模E2820 000 MPa，渗透系数k i×10-7cm/s（1 i＜10）。钻孔完成后采用钻孔电视查看，钻孔完成情况见表2，钻孔电视照片见图5、图6。

图3 塑性混凝土防渗墙（30.23 m孔深处）

图4 塑性混凝土防渗墙（34.84 m孔深处）

表2 普通混凝土防渗墙钻孔完成情况

图5 普通混凝土防渗墙（30.99 m孔深处）

图6 普通混凝土防渗墙（41.84 m孔深处）

3.3 小结

（1）由图3-6可看出，实例1、2钻孔底部周边均在墙体范围内，防渗墙钻孔终孔时未偏出墙体。根据表1、2可知，实例1、2终孔孔斜率分别为1.5‰、3.5‰，钻孔垂直度非常高，满足检测孔质量要求；

（2）由图3-6可看出，塑性混凝土防渗墙中孔壁较粗糙，存在较多小凹坑，而普通混凝土防渗墙中孔壁较光滑、平整。这是因为塑性混凝土强度整体较低，而粗骨料强度相对较大所致，在钻进过程中，孔壁的粗骨料未被钻头磨断而是摩擦挤出。普通混凝土防渗墙由于强度较大，墙体材料被均匀钻穿，孔壁光滑；

（3）混凝土防渗墙钻孔测斜方法还不完善。浮筒吊锤法虽然测量精准，测量结果可靠，但由于其结构的特点，浮筒吊锤法最大测量范围只有孔径一半。广泛应用于地质钻孔测斜工作的陀螺测斜仪，目前开发出的仪器顶角精度均在±0.1度以上，无法满足防渗墙钻孔测斜的精度要求[3]。

4 结语

本文总结的钻孔技术，在防渗墙钻孔检测时取得了很好的效果。采用该方法取得的钻孔质量能够满足检测要求，为防渗墙从上至下的全断面检测提供了保障。在防渗墙钻孔检测时具有借鉴意义。防渗墙测斜方法还不完善，测量方法有局限性，需要研究新的技术方法来保障测斜工作。目前，浮筒吊锤法可以保证钻孔半径范围内偏斜的测量精度；对于钻孔较大的偏斜量，还没有较为实用的方法进行精准测量。

防渗墙的钻孔是一项繁琐的工作，钻孔纠偏有时需要反复多次，耗时耗力。除了运用基本的钻孔纠偏技术方法外，选择钻探经验丰富、责任心强的人员也是必不可少的。

[1] 夏可风，我国水工混凝土防渗墙技术进展[J].水利水电施工.2006（4）：4-8.

[2] 楼加丁，刘骅标，叶 勇，等.黏土混凝土防渗墙检测技术研究及应用[J].2015（6）:164-168.

[3] 张典荣，朱晓荣.高精度全方位钻孔测斜仪的研究及应用[J].煤田地质与勘探.2003（4）：58-60.

（责任编辑：周 群）

Discussion on drilling technology for concrete anti-seepage wall inspection

YANG Jian-kun，DOU Bo-yuan，MAN Zhi-qiang

（Guangxi Hydraulic Research Institute，Nanning 530023，China）

Concrete anti-seepage wall is characterized by low thickness and deep embedding，which frequently leads to borehole deviation out of wall in the course of drilling and the lower parts of wall fail to be inspected.The authors discuss the key technologies of drilling，incline measurement and deviation correction which have been ad⁃opted by actual concrete anti-seepage wall inspection with good effects.

Concrete anti-seepage wall；drilling technology；borehole incline measurement；borehole deviation correction

P634.7

B

1003-1510（2016）03-0067-04

2016-03-22

杨建坤（1982-）男，河南濮阳人，广西水利科学研究院工程师，硕士，主要从事岩土工程研究及相关工作。