防渗墙钻劈法成槽施工探讨

防渗墙钻劈法成槽施工探讨

农达建

百色市水利电力建筑工程处533000

摘要：混凝上防渗墙由于实用性较强、施工条件要求较宽等特点，已被广泛应用于水利工程的防渗加固。本文结合该技术的相关理论，主要探讨其成槽施工工艺及应注意的问题。

关键词：防渗墙；钻劈法；成槽；施工

前言

随着水利科学技术的发展，水利水电工程的防渗技术也与时俱进，发生了巨大变化，取得了瞩目的成就。防渗墙的类型不断推陈出新，防渗墙的设计施工方法、设备和防渗材料也在不断改进。成槽的方法也是多种多样，钻劈法就是其中之一，而钻劈法中使用的冲击式钻机是我国最早和使用最广的混凝土防渗墙成槽机械之一，它适用性强，特别是对砂卵石、大块石、基岩等地层的造孔造槽是其它机械难以代替的。如配合聚能爆破或钻孔爆破等辅助措施，对地层钻进效果更好，效率更高。冲击式钻机工效相对较低，但由于结构简单可靠，价格低廉，操作及保养维修方便，因此在水利工程混凝土防渗墙中仍有着广泛应用。

1.防渗墙钻劈法成槽技术概述

钻劈法施工中，冲击式钻机利用钢丝绳将冲击钻头提升到一定高度后，依靠重力让钻头自由下落，使钻头的势能转化为动能，冲击、破碎岩层土体。这样周而复始地冲击，达到钻进目的。在钻进过程中不断补充泥浆，保持孔内泥浆液位以保护孔壁，当孔内石渣较多时，用捞渣筒捞取排出。主孔靠冲击钻进成孔，之后冲击劈打副孔可成槽，具体如图1所示。

图1冲击钻机造孔（a：钻主孔；b：劈打副孔，1：主孔；2：副孔；3：孔内注满泥浆）

为减少清槽工作量，劈打副孔时可在相邻两个主孔中吊放接渣斗，及时提出孔外排渣。由于劈打副孔时有两侧自由面，因此成槽速度较快，一般比主孔成孔效率提高1倍以上。

钻劈法成槽一般采用高黏度泥浆护壁，施工过程中清渣是用捞渣筒完成。副孔劈打时，部分钻渣未被接住而落入槽底，因此劈打完成后还要用捞渣筒捞渣。

该技术在具体应用中还需要注意以下问题：

1）开孔钻头直径应满足防渗墙的设计要求，成槽过程中要经常检查钻头直径，磨损后应及时补焊；

2）根据施工机具、地层地质情况等具体情况，选择合理的副孔长度。如较容易劈打的地层，副孔长度可以适当加长，这样可以加快成槽速度；

3）一、二期槽孔同时施工时，应留有足够的间隔，以免被挤穿（无特殊情况，不建议一、二期槽孔同时施工）。

2．钻劈法施工工艺

钻劈法成槽施工首先要按设计要求完成导墙的施工，上下侧导墙的间距等于防渗墙的大小，待导墙混凝土强度达到设计强度的75%后（一般龄期大于14天）可进行槽孔钻劈施工。

槽孔的施工流程为：采用先钻主孔、后劈打副孔和小墙，副孔中的渣料用接特制接砂篮接渣、抽筒抽出沉渣的成槽方法。主、副孔贯通成为一个槽孔，成槽验收后浇筑混凝土，最终形成单元槽段墙体。具体来说就是：副孔是在主孔完成后施工，也可以在主孔进尺到3～4米后开始劈打副孔，副孔基本与主孔齐平后再次冲钻主孔，如此往复。在劈打前副孔两侧地层土石方已呈悬空状态，冲击劈打后，受扰动的地层土石方就会失去稳定而掉入预先沉放在两侧主孔内的接砂篮内。副孔范围内的地层颗粒大多数可以通过接砂篮排至孔外，少量则由抽砂筒抽取提出孔外而完成了副孔进尺[2]。因此，副孔劈打时不宜重击猛打，接砂篮满篮时要及时提升，否则大量废渣掉入孔底，影响造孔效率，也带来施工上的麻烦。

2.1.施工槽段及孔序的划分

防渗墙是由许多个单元槽段按一定的接头形式衔接而成的，成槽前要预先划分槽段。水利水电防渗墙工程常分2序槽施工，先施工Ⅰ序奇数号槽，再施工Ⅱ序偶数号槽，分段作业，依次成槽。防渗墙的每个槽段划分为一个单元，也是一次混凝土浇筑单元。

从理论上讲，槽段越长越好，因为这样可以减少槽段的接头数量，以增加防渗墙的连续性和整体性，提高防渗墙的防渗性能。但实际槽段长度的划分须考虑地下水、地层地质情况、施工部位、地形、成槽方法及机具能力、单位时间内墙体材料供应能力、成槽历时、能够连续作业的时间与槽段的接头位置、浇筑导管布置及浇筑方法等因素的影响。

选择槽段长度应当遵循的原则是：根据防渗墙工程的具体施工条件，为提高施工进度，在保证造孔安全、成槽成墙质量的前提下，应尽可能地选择较长的槽段长度；尽量做到墙段接头少，减少接头孔工程量，利于加快施工进度，又能消除接头缝部位的渗漏质量隐患[1]。一般而言，槽段长度以5～8米为宜。深度较小，成槽难度小，成槽时间短，且工期较紧，又为非合龙段位置的槽段可以适当增加长度；而深度较大，成槽时间长，为合龙段位置应适当减少槽段长度。

完成槽段划分后，在槽段内布置钻孔，钻孔分为主孔和副孔，布孔原则一般是：定1#、3#、5#……，以奇数编号为主孔，两个主孔的中心距离应视劈打的难易情况而定，一般为2.0～2.5倍孔径。其余的为副孔，可定编号为2#、4#、6#……。

槽段及孔序的划分，在施工前，应根据上述情况做好设计规划，以使施工能够有序地进行。

2.2.清孔换浆

槽孔的造孔工作结束之后，孔内泥浆在造孔过程中势必混入大量的砂粒和岩屑。这种质量不良的泥浆，一方面能在孔底形成一层较厚的砂粒、岩屑淤积层，将严重影响墙身混凝土与基岩的接合质量，形成集中渗漏带；另一方面，在浇筑水下混凝土过程中，将极易发生混浆、包泥等质量事故，严重影响墙身混凝土的防渗性能。因此，在槽孔终孔验收之后，浇筑泥浆下混凝土之前，必须用新鲜的清孔泥浆更换孔内含有大量砂粒与岩屑的泥浆，必须清除砂粒和岩屑在孔底形成的淤积层。

清孔换浆的步骤是先用冲击或回转钻具将孔底淤积层搅松，再进行全孔换浆。换浆一般采用泵吸法较为简便。对清孔换浆的质量要求是：清孔结束后1小时，测定孔内任一深度泥浆的性能指标和孔底淤积厚度，必须达到相关规定要求，如孔底淤积厚度小于100mm、黏土泥浆的密度不大于1.3g/cm3等指标。

清孔结束后4个小时内必须开浇混凝土，如若因故不能在规定时间内开浇混凝土，必须重新清孔。

2.3.期槽搭接处理

一般情况下，防渗墙极易发生渗漏处：①防渗墙与基岩面接触缝，②一、二期槽墙搭接缝。为了保证一、二期槽段防渗墙混凝土的紧密结合，即为了保证墙段间的接缝质量，在二期槽钻孔时，1#主孔必须布置在一期槽混凝土墙上，以保证完全清除一、二期槽缝隙中的土石废渣。在浇筑二期混凝土之前，采用钢丝刷子钻头清除与刷洗圆弧形混凝土孔壁上附着的泥皮和絮凝物，直到刷子钻头上基本不带有泥屑为此。

2.4.施工中常遇到的主要问题及解决办法

施工中常遇到的主要问题是孔槽坍塌及孔斜率太大。

孔槽坍塌主要是因为：1、钻孔所在位置及其周边地层尚未密实；2、钻进过程中遇到地层地质突变，如遇到流沙或其他软弱地层等。要解决地层密实问题就要求：开始钻进时宜慢不宜快。因为岩层密实要有个过程，需反复冲击挤压。遇到地层地质变化时只能采取补救措施。

槽孔施工时，固壁泥浆液面一般保持在导墙顶面以下300～500mm[3]，当发现泥浆液面快速下降时，可以判定是孔槽坍塌。当发生坍塌后应立即用装载车（俗称铲车）将黏土铲进孔槽中，冲击钻机反复冲击挤压，直到黏土完全堵住坍塌位置为止，此时泥浆液面会慢慢上升。孔槽坍塌，处理快慢是成败的关键，慢了，坍塌部位将会扩大，不但不能堵住，有可能还会使上层地面坍塌，危及正在作业的人员及设备的安全。所以在开钻以前，必须备有40～60立方米的黏土，而且使用后要及时补充，和一辆随叫随到的装载车。

孔斜率，钻孔在进尺的过程中都存在偏差现象,不可能做到垂直钻孔，孔深越大则偏差越大。孔斜率一般控制在0.4%以内，特殊情况，如钻孔遇到孤石地层及基岩陡坡孔斜率要控制在0.6%以内[4]。因此施工中必须控制好孔斜，钻孔应按每进尺2-3m米时进行一次孔斜率测量，及时校正孔斜率，使之在控制范围内。

当遇到岩层时更应及时校正孔斜率，因为岩层一般是倾斜的，钻头冲击岩面时，钻头会向岩石倾斜方向冲击，钻孔进尺就会发生较大的偏差。此时应该通过回填卵石或同等硬度的石料后反复冲钻，直到岩层平整。

3.施工应注意的问题

1）经常检查所有机械设备的完好性，加注润滑油，并清除钻机上的杂物。检查钻机的电缆、电器和电机设备的运转情况，在机器启动前应检查制动闸装置是否完好；

2）从槽内将钻具或抽筒提出时，如果要拉向一边，应使用直径为18～25mm的钢筋制成的弯钩拉住，切勿直接用人去搬运；

3）钻具必须连接牢同，在钻进过程中要经常检查钻角、提梁，保护铁、抽筒活门、活环螺丝等处的完好情况，严禁带“病”作业。还要检查钻头的破损情况，及时补焊，补焊要适量，防止新焊钻具在下放时卡钻[5]；

4）严禁在电动机未关闭时检查机器，以及机器工作时任何零件拆换等修理作业和加注润滑油。严禁使用散股和损坏的钢丝绳。升降钻具时手脚不得碰触钢丝绳。

4.结语

混凝土防渗墙是一些水利水电枢纽工程中隐蔽的永久性建筑物之一，其质量的优劣直接关系到建筑物的安危。而造孔质量又直接关系到成墙质量，因此，从造孔作业准备工作开始至造孔结束，始终都要做到精心施工，这样才能确保混凝土防渗墙施工质量，才能不断提高工程经济效益。

参考文献：

[1]吴华欢.简论水利水电工程中混凝土防渗墙施工技术[J].工程技术研究.2013(12).

[2]陶龙水.冲击钻技术在香山水库大坝混凝土防渗墙施工中的应用[J].科技咨询.2014(09).

[3]水电水利工程混凝土防渗墙施工规范（DL/T5199-2004）

[4]水电水利工程混凝土防渗墙施工规范（DL/T5199-2004）

[5]于泳,江川.灌注桩冲击钻卡钻原因分析及处理措施[J].中国水运（下半月）.2013(01).

个人简介：

农达建（1978.7—）,男（壮族），广西百色人，工程师，大专，从事工程施工工作。