金沙水电站土石围堰工程防渗墙施工浅析

刘 同 林， 覃 定 海

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 611130)

1 概 述

金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段，上距观音岩水电站28.9 km，下距银江水电站21.4 km。二期围堰工程为4级建筑物，挡水标准按全年5%频率最大瞬时流量11 400 m3/s设计，为全年挡水土石围堰，上游围堰轴线长约248 m，下游围堰轴线长约224 m，上游防渗墙最大深度为46 m，下游防渗墙最大深度为55 m。防渗墙采用“两钻一劈法”和“平行钻进法”成槽、“直升导管法”浇筑混凝土的方法进行施工。施工机械采用冲击钻机，墙段连接采用“接头管法”和 “钻凿法”综合应用的施工工艺。堰肩两端覆盖层深度小于5 m的槽孔根据地下水位情况可采取人工和挖装机械相结合的方式开挖成槽后明浇。

先导孔复勘资料显示：二期上游围堰河道左岸为缓坡地带，右岸边坡稍陡，河床覆盖层厚度为20～30 m，以卵石为主，强透水；底部分布厚3 m左右的细砂夹粉土层，其中S0+65～S0+85桩号槽段深度30～42 m之间地层情况复杂，存在超大架空强漏失层；靠河槽右侧S0+45～S0+65桩号平均坡度为45°，局部出现9～11 m的陡坎。下游围堰处金沙江河谷相对较宽，河床覆盖层厚度一般为35～45 m，上部以卵石为主，厚15～18 m，下部粉土厚15～18 m，底部为厚3～6 m的漂石夹卵石层，卵石与漂石夹卵石层透水性强，下游左岸岸坡X0+200左右存在高12 m的陡坡，其中与一期纵向围堰交接部位堆积了大量孤石巨漂体(埋深2～16 m，已探明孤石最大直径约3 m)未清除，形成了孤石、巨漂架空强漏失通道。

2 施工难点及采取的对策

2.1 钻孔预爆破

本工程围堰原河床覆盖层以卵石为主，含有大量的孤块石、漂卵石等且分布不均匀，孤石多为玄武岩，岩质坚硬。施工难点主要是遇到孤石、漂石分布的部位采用重锤法施工不仅功效低、材料损耗大，同时会因冲击钻长时间击打孤石而造成其上部孔壁不稳定，容易形成塌孔，而且在孤石、漂石击碎解小过程中容易在漂、孤石位置形成空腔，造孔过程对地层的破坏重组也容易导致其上部失稳变形塌孔。为提升造孔效率，减少漏浆塌孔现象的发生，对有孤石的部位采用钻孔爆破、重锤解小、防漏材料回填的方式进行施工，施工步骤：上、下游围堰防渗墙预爆孔采用φ140孔径套管沿防渗墙轴线跟管钻进，间距2 m，钻遇漂石、孤石、块石时钻透穿过，取出钻具，随套管将爆破筒下设至漂孤石中部后将套管上提，然后进行爆破。采取对与一期纵向围堰交接部位中已探明的孤石范围和深度实施钻孔预爆，即先进行钻孔爆破，然后利用冲击钻造孔成墙，该部位往往深度较浅，漏浆容易处理。对未探明的防渗墙深槽部位利用先导孔探明漂孤石纵向尺寸及距孔口位置，若遇有特大孤石、倒悬体等特殊部位，则根据现场实际情况进行加密布置。该处理措施主要的难点在于装药量与装药范围的控制，药量过大会对原始地层造成震动破坏；药量过小起不到解小爆破的作用。对此，爆破之前需根据地质情况和岩层坚硬程度制定详细的爆破设计方案。为避免对槽孔造成破坏，本工程在与一期纵向围堰交接的防渗墙轴线浅层部位进行了孤石模拟爆破试验，获取了相对准确的爆破参数，对减少漏浆塌孔风险的产生起到了积极作用。但不论钻孔定位爆破如何精确，始终会对原始地层造成扰动、槽孔受力结构改变，极易发生漏浆情况。对此，预爆前需准备好充足的堵漏材料，一旦发现应及时采取堵漏措施。

2.2 成槽堵漏

本工程在上游围堰11#槽(二期槽)、12#槽(一期槽)、13#槽(二期槽)(S0+65～S0+85桩号)槽段施工过程中，在防渗墙深度约为30～42 m之间(基岩以上)存在大粒径块体架空地层现象，当12#槽防渗墙造孔进入架空部位时，槽内泥浆快速下降，集中渗漏通道的存在造成固壁泥浆严重流失，又因堰体结构本身欠密实，从而造成了槽壁坍塌、施工槽段的轨道下部形成约5 m深的塌泄区。对该事故采取的处置方式为对槽孔底部采用水泥、塑性混凝土，上部采用黏土回填，对轨道下部塌泄区设置导管浇筑塑性混凝土，利用塑性混凝土的流动性置换底部泥浆并布置插筋，待混凝土达到一定强度后开始对塌槽孔进行重新钻孔，在接近渗漏通道前，开始回填砾石或石渣块石，以达到减少架空部位架空尺度的目的。但回填上述材料无法降低集中渗流通道的渗流流速，对此，在这种情况下，应往槽孔内投放能随渗流进入架空区域的空隙、但不会被渗透水流带走的纤维材料，如稻草、麻丝、布条、棉被等，并改冲击钻进为冲击钻挤实钻进，实施过程中加大了槽孔内的泥浆比重，以减少通道内的渗透水流稀释浆液，达到维持孔内泥浆浓度的效果。实践证明：11#槽、13#槽采用了同样的堵漏措施，取得了良好的填塞空隙、堵漏减渗效果，直接提高了防渗墙造孔的施工效率。本工程地质情况较复杂，成槽施工前，应根据工程施工经验，备好足够的堵漏材料，尤其对上下游深槽段留作关门槽，受内外水出现压力影响，关门槽槽孔区域形成渗流通道，极易形成槽孔渗漏、浆液稀释情况，钻进过程中应密切关注槽孔固壁泥浆情况，发现固壁泥浆漏失时，应根据漏失的严重程度采取相应的处理措施，以保证槽孔的稳定。该起事故暴露出防渗墙围堰施工的弊端，一期槽段内如果遇水下大粒径架空或大的渗流通道导致槽孔发生坍塌等情况，若处理不当导致时间推迟过多，将直接影响二期槽段开孔施工，从而导致整个围堰防渗墙工期延长，给围堰防洪度汛安全造成极大地压力。对此，在存在大粒径架空等复杂地质情况、施工工期有限的工程中，研究“快速防渗”围堰构筑理念是今后需要考虑的课题。

2.3 陡坡段造孔

先导孔复勘及现场基岩鉴定成果资料显示：上游围堰靠河槽右侧S0+45～S0+65桩号平均坡度为70°，局部出现9～11 m的陡坎，下游围堰左岸岸坡X0+200左右区域存在12 m高的陡坡，按照防渗墙施工技术要求需嵌入基岩0.3 m 以上。在陡坡基岩中造孔、冲击钻在下落冲砸基岩时易出现溜钻现象，嵌岩施工困难，施工效率低且孔斜难以控制。对此，根据以往的施工经验及钻孔爆破试验参数，按照钻凿的难易程度，提出了重锤台阶法和聚能爆破陡坡两种方案。首先对陡坡段进行加密地质复勘，根据复勘资料初步确定陡坎范围和坡度，将平底钻头改成十字型钻头，优先施工槽段端头，按照主孔、副孔、小墙施工顺序形成台阶；对岩基坚硬的部位，采取地质钻机在陡坡段基岩造孔，再向基岩内埋设炸药进行小规模的定向爆破，将陡坡基岩形成台阶或凹坑，再用钻具进行施工形成台阶。根据现场施工情况，上述两种方法结合使用，极大地提高了施工功效，亦保证了嵌岩深度，确保了混凝土与基岩的接触。需要注意的是陡坡段造孔因钻具直接对基岩进行反复冲砸，极易造成孔斜偏差，对此，施工过程中应加大测斜频次，发现孔斜偏差过大时应及时采取扩大钻头直径的措施，通过扩张改变孔斜或在孔斜的相反方向加焊耐磨块进行修孔纠偏，以确保成槽质量。

2.4 预埋管

围堰工程往往面临度汛压力。为减少墙下帷幕造孔的时间，防渗墙混凝土浇筑前均采用预先埋设钢管作为后续帷幕灌浆造孔的导向管。而作为防渗墙施工工序的一部分，预埋管施工的重要程度往往容易被忽视。由于受防渗墙浇筑过程中混凝土侧向压力及浮托力的影响，预埋管很容易受挤压偏斜，预埋管的偏斜将直接影响后续帷幕灌浆造孔的孔斜，也往往因预埋管偏斜较大导致其作废而直接在防渗墙中造孔，不仅失去了预埋管的导向作用，而且会因在防渗墙中造孔破坏了防渗墙的整体性，亦给防渗墙的抗渗稳定带来隐患。因此，预埋管的孔位偏差、弯直率直接影响到防渗墙和后续帷幕灌浆施工的质量和进度。对此，预埋管施工前，应由测量人员放出帷幕灌浆孔孔位。预埋管根据设计要求选用壁厚不小于3.5 mm的无缝钢管，按照槽孔尺寸设置钢管定位架，定位架采用φ25钢筋焊接制作，每节钢管采用丝扣形式进行上下连接。为了防止在其下设过程中管件脱落，每根灌浆管外侧设置了不少于3道连接加强钢筋。下设过程中，第一个桁架距孔底3 m控制，其他每隔10 m下设一个，以起到对预埋管的定位和控制孔斜的作用。现场实际施工情况验证，埋管成功率达到93%，对预埋管固定进行了有效控制，极大地提高了帷幕灌浆造孔施工效率。根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL/T5148-2012)规定，混凝土防渗墙下的基岩帷幕灌浆应采用自上而下分段灌浆法灌浆，不宜利用墙体内预埋的灌浆管进行孔口封闭灌浆。针对灌浆规范相关要求，本工程和很多类似工程墙下帷幕灌浆采用下设“隔管法”(灌浆第1段接触段钻孔埋设孔口管)进行灌浆施工，但应在防渗墙施工前充分考虑下设预埋管、孔口管尺寸和孔口管是否满足先导孔取芯、掉钻扩孔等其他设计要求和异常事故处理的要求，一旦考虑不周或对卡钻、掉钻情况处理不到位，将直接造成灌浆孔作废。在防渗墙上重新开孔不仅使施工时间延长，而且会破坏防渗墙的整体性，从而影响围堰墙下的防渗效果。因此，应根据工程特性和工期等其他因素，综合考虑墙下帷幕灌浆方法。

2.5 防渗墙的混凝土浇筑

防渗墙混凝土浇筑最重要的是做好原材料选择、配合比试验及现场试拌检验工作，以准确确定塑性混凝土各项性能指标，同时根据塑性混凝土的拌合、运输方法和能力，准确掌握混凝土入孔时的坍落度、初凝时间与终凝时间。为取得有关防渗墙成墙的各项参数，本工程选定在防渗墙中心线上进行了防渗墙生产性试验，通过防渗墙生产性试验，不仅验证了成槽各设备运行的性能和合理的机械设备与人员配置，同时亦为更精确地掌握混凝土上升速度、接头管起拔时间提供了施工依据。为保证防渗墙混凝土浇筑质量满足设计规范要求，浇筑过程中，加强了混凝土出机口、入槽口的取样检测，混凝土浇筑应保证连续进行，槽孔内的混凝土应均匀上升，上升速度应结合试验确定的参数进行浇筑，应将槽孔内相邻导管的混凝土高程控制在合理的范围内，浇筑过程中应定时测量混凝土上升情况，准确填写和绘制筑墙指标图。本工程防渗墙混凝土质量采取的检查方法包括混凝土浇筑槽口随机取样检查、钻孔取芯试验、钻孔注水试验、芯样室内物理力学性能试验等，同时，利用预埋灌浆管、取芯检查孔，采用跨孔声波为主，单孔声波测试、层析成像(CT)和孔内电视测试为辅的方案对防渗墙质量进行了检测。各项检测数据表明：防渗墙混凝土成墙质量良好，满足设计要求的各项抗渗指标。

3 结 语

金沙水电站二期围堰河床覆盖层深厚，地质条件复杂，工期紧，综合施工难度大。通过对该工程特性和地质特点进行深入研究，有针对性地借鉴国内相似工程经验，采取了相关生产性试验和综合性的施工控制措施，解决并总结出一系列施工经验和控制方法，大大提高了防渗墙施工质量和进度，对后续类似围堰工程防渗结构施工和控制具有一定的借鉴意义。