利用冲抓钻机造孔修建防渗墙

２０１１年第２期　水电与新能源　总第９４期　２０１１　Ｎｕｍｂｅｒ　２　ＨＹＤＲ０Ｐ０ＷＥＲ　ＡＮＤ　ＮＥＷ　ＥＮＥＲＧＹ　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．９４　文章编号：１６７１—３３５４（２０１　１）０２—００３１—０３　利用冲抓钻机造孑Ｌ修建防渗墙　杨兴安　（葛洲坝集团基础工程有限公司，湖北宜昌４４３００２）　摘要：套孔冲抓粘土防渗墙是利用冲抓钻机造孔，然后用合格的粘性土料分层回填空孔，主、副孔相间布置，最终形成一　道连续套接的粘土防渗墙，截断渗流通道，起到防渗效果。该技术具有施工简便、工效较高、投资省、防渗效果好等特点。　根据湖北省京山县八字门水库除险加固工程大坝心墙加高的施工情况，介绍了该技术的施工工艺特点，分析了施工质量　控制的要点和措施，以期对类似工程有所参考。　关键词：套孔冲抓；粘土回填；防渗墙；除险加固　中图分类号：ＴＶ５２　文献标志码：Ａ　Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｃａｓｅｄ　Ｂｏｒｅ－ｈｏｌｅ　Ｉｍｐａｃｔｅｄ　Ｇｒａｂ　ｔｏ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　Ｃｕｔ－ｏｆｊｆ　Ｗａｌｌ　ＹＡＮＧ　Ｘｉｎｇ’ａｎ　’（Ｃｈｉｎａ　Ｇｅｚｈｏｕｂａ　Ｇｒｏｕｐ　Ｂａｓｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｃｈａｎｇ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｓｅｄ　ｂｏｒｅ—ｈｏｌｅ　ｉｍｐａｃｔｇｒａｂ　ｃｌａｙ　ｃｕｔ—ｏｆｆ　ｗａｌｌ　ｕｔｉｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ—ｇｒａｂ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏ　ｄｒｉｌｌ　ｈｏｌｅｓ　ｆｉｒｓｔ，　ｔｈｅｎ　ａｐｐｌｉｅｓ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｆｉｅｄ　ｖｉｓｃｏｕｓ　ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ　ｃｌａｙ　ｔｏ　ｂａｃｋｆｉｌｌ　ｈｏｌｌｏｗ　ｈｏｌｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ａｎｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｈｏｌｅｓ　ａｒｅ　ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ，ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ　ｆｏｒｍｓ　ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｊｏｉｎｔ　ｃｌａｙ　ｃｕｔ—ｏｆｆ　ｗａｌｌ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｃｕｔ—ｏｆｆ　ｓｅｅｐａｇｅ　ｃｈａｎｎｅ１．Ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ａｎｔｉ—ｓｅｅｐａｇｅ　ｅｆｆｅｃｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅｉｇｈｔｅｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｏｆ　Ｂａｚｉｍｅｎ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｓｅｄ　ｂｏｒｅ—ｈｏｌｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｇｒａｂ；ｃｌａｙ　ｂａｃｋｆｉｌｌ；ｃｕｔ－ｏｆｆ　ｗａｌｌ；ｒｉｓｋ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　八字门水库位于湖北省京山县新市镇以北小富水　钻头时，钻片合拢将土体裹住，至孔口地面张开卸土。　河上游距县城１２　ｋｍ处，水库控制流域面积　钻头换上夯锤，即可进行夯实作业。该机械具有适用　１１１．９　ｋｍ　，总库容１．０２９亿ｍ　，正常蓄水位１９４．０　ｍ，　范围广、工效较高、造孔直径大、结构简单、操作维护方　是１座以灌溉为主，兼有防洪、城镇供水、发电、养殖、　便等优点，能适应在粘土、砂、砾土特别能在松散和混　林木业等综合利用的大（ＩＩ）型水库。　有漂石的卵石地层中造孔施工。　为解决坝体渗漏问题，坝基和心墙坝体分别采用　套孑Ｌ冲抓回填粘土防渗墙就是先利用冲抓式造孔　帷幕灌浆和劈裂灌浆处理。采用套孔冲抓回填粘土处　机在防渗轴线上造孔，然后在孔内回填夯实粘土，再进　理方案，在大坝顶部形成一道粘土防渗墙，与下部原大　行下一孔的造孔与回填，如此反复，最后形成一连续套　坝粘土心墙相接，相当于加高了原大坝心墙。　接的粘土防渗墙，截断渗流通道，起到防渗作用。该技　ｌ　套孔冲抓施工机械及工艺　术其实质就是以渗透系数比原土质防渗体渗透系数小　得多的土去置换原部分防渗体，从而达到防渗加固的　冲抓式造孔机是一种自动挂卸造孔机，其工作原　目的。同时，在进行土料回填夯实时，回填土料在夯锤　理相仿于冲击钻机的升降机具和抓土机的抓斗部分的　击实作用下，产生对孔壁土层一水平侧压力，使周围土　综合运用。钻机冲抓时，４个钻片张开扎入土体，起吊　体被挤压密实，这对提高坝体质量是有利的。　收稿日期：２０１０—１１—２１　作者简介：杨兴安，男，助理工程师，从事水电工程施工与管理工作。　３１　水电与新能源　２０１１年第２期　２套孔冲抓设计技术要求　（１）大坝在桩号０＋０６０～０＋４００范围进行心墙　弃上ｌ　ｌ移机　竺　Ｈ　Ｈ兰兰Ｈ　竺兰Ｈ鳖　加高处理措施，长度３４０　ＩＴＩ，加高高度６．０　１ＴＩ，套孔冲抓　回填粘土心墙底部高程不高于１９５．０　ｍ，按接入坝体　填筑质量较好的土层内约１．０　１ＴＩ控制。由于桩号０＋　０３４０—０＋４００没有粘土心墙，此段套孔冲抓钻孔深度　图１　套孔冲抓施工工艺流程　抓至弱风化基岩，嵌入基岩０．５　ｍ。　３．４施工过程　（２）钻孔中心线位于坝顶心墙轴线上，单排，孔距　（１）造孔。造孔前，先用白石灰在施工平台上标　７８　ａｍ，孔径１１０　ａｍ，防渗体有效厚度７８　ｃｍ。　明防渗轴线，然后在轴线上每隔一定距离钉入木桩作　（３）回填的粘土必须是新鲜粘性土，要求粘粒含　为控制桩，用钢尺从控制桩引出孔位并做好标志。孔　量为１０％～３０％，干容重不小于１６．２　ｋＮ／ｍ　。土料含　位按主、套孔相问布置。　水量控制在２０％～２５％，塑限为宜，形成的防渗体其　开孔时，先对准孔位，垫平机架，使钻机支撑牢靠、　渗透系数不大于１×１０～ｃｍ／ｓ。　稳固。机身保持水平对控制钻孔偏斜和保证套接厚度　３套孔冲抓施工　是有很大意义的。完成一次冲抓起吊钻头后，工人推　手推车至孔口，钻片张开卸土至车内，移开车子，然后　３．１施工设备　冲抓下一钻，抓出的弃土倒至已施工部位，完工后清理　本工程施工投人浙江省临海市水电机械厂生产的　场地。先抓１号主孔，终孔后回填夯实，再抓３号主孔　８ＪＺＤ冲抓式造孔机１台，包括附属的钻头１个及自制　并回填，然后抓中间２号套孔，终孔后回填，如此延伸，　夯锤１个。钻头重１　２００　ｋｇ，钻片张开后相对的２个　即按１、３、２、５、４、７、６……这样的顺序造孔和回填，套　钻片锥尖距离为１１０　ａｍ。钢筋混凝土夯锤重约　孔即双号孑Ｌ成整圆，主孔即单号孔被套孔切割，形成对　８５０　ｋｇ，高７５　ａｍ，顶部直径６０　ｃｍ，底部直径９０　ｃｍ，底　称蚀圆，一主一套相交连接成墙段。　面为中间向外凸出３．０　ａｍ的椭圆球面。夯锤与孔壁　（２）回填。事先调查料场土料质量和贮量，进行　有１０　ａｍ的间隙，可使夯锤自由下落时下部空气正常　料场选择，从料场取土样做室内试验，保证土料物理指　排出，不致形成气浪冲击波震动使原有孑Ｌ壁土体造成　标符合设计要求，且性质均一。土料开采时清理出树　破坏，同时气浪给夯锤以反冲力，使得夯锤缓冲而降低　根、石块、腐殖质土等杂物，将较大的土块砸碎，使得土　了夯实效果。夯锤底部为椭圆球状，可增加夯击的侧　颗粒级配较好。进场后对土堆用防水雨布进行遮盖，　压力，使填人孔内的土料能向四周紧密挤压，从而使得　避免土料因暴晒失水过多或遇雨含水量增大。由室内　新老土体自然结合。　试验测得土料的最大干密度和最优含水率，在正式回　３．２施工布置　填前控制土料的含水率与最优含水率接近。　施工平台为大坝顶面，防渗轴线距坝顶上游路缘　为避免孔壁土体水分蒸发，造孔达到设计孔深经　石边线为３．０　１ＴＩ，宽度满足施工机具的布置要求。由　检查合格后立即进行回填作业。当孔较深时，空孔放　于上坝道路位于左岸，为保证粘土进料顺畅，冲抓施工　置太久易导致缩孔、孔内积水、甚至塌孔等事故，后续　从右岸向左岸延伸。利用坝顶平台作为储料场，自卸　处理及施工难度较大。　汽车从土料场运土，开始进料时，从坝０＋３９０　１ＴＩ向左　回填分层进行，由每次填土数量来控制每层填土　岸方向堆料。弃土场为左岸坝坡和已施工部位的坝顶　厚度。每次填土数量按下式估算，即Ｇ＝ＷｒＨ，式中：Ｇ　平台，施工完成后清理坝顶弃土。施工用电接自坝顶　为每次填土的重量，ｔ；　为套孔的横截面积，ｍ　；ｒ为　中问变压器，施工用水可直接用移动式潜水泵由水库　回填土料的湿密度，ｔ／ｍ　；Ｈ为每层回填虚土的厚　直接抽取。　度，ＩＴＩ。八字门水库套孔直径为１．１　ＩＴＩ，每次回填土的　厚度为０．３～０．５　ｍ，每次倒土约０．４０～０．６５　ｔ，孔底由　３．３施工工艺流程　于夯实距离较大，夯实功大，填土时适当厚填，孔口附　套孔冲抓施工主要有造孔、回填、夯实三个环节，　近由于夯实距离最小约１．０　ｍ，采用多分层、少回填以　施工工艺流程如图１所示。　保证回填夯实质量。土料用经计量过的小推车运至孔　３２　杨兴安：利用冲抓钻机造孔修建防渗墙　２０１１年３月　口，变换方位人工用铁锹辅助小心倒人孔内，保证分层　铺土均匀、平整。回填作业中禁止小推车一次直接将　土倒人。控制计量误差，避免超量回填。　采，取土前是否已将草皮、树根、腐殖质土等清理干净，　开采和进场后是否将石块进行清理，是否将大的土块　砸碎，防雨措施是否完善，土料性质、含水率等是否符　合设计要求。　（３）施工参数控制。通过现场生产性试验确定施　工参数，取得铺土厚度、夯距、夯击次数三个参数的最　佳组合。当料场改变时，应重新做土料击实试验，并再　在套孔施工时，将抓出的主孔回填土作为弃土运　走，不作为回填料重复利用。因为土料经夯实后土粒　结构已被破坏，再次夯实不能保证回填后土体性质　均匀。　（３）夯实。夯实就是采用冲击荷载即夯锤击实回　次进行生产性试验，对以前的施工参数做相应调整。　填土体，强制土颗粒咬合密实，使得渗透系数减小。合　（４）回填质量检查。主要进行含水率、干密度及　理夯实对提高回填土的密实度和抗渗性能，保证填土　渗透系数的检查。取样所测定的干密度中，按照总体　质量有极大关系。开始施工时，通过现场试验数据统　合格率不得低于９０％，且不合格者不得集中，不合格　计和分析，得到填土厚度、夯距、夯击次数的最佳组合，　干密度不得低于设计干密度的９８％进行控制，对不合　确定最优施工参数。由试验得，每层厚度０．３～０．５　ｍ，　格部位进行返工处理。因为该工程最大孔深仅为　土料含水率与最优含水率２２．５％相接近，当夯距　５．５　ｒｎ，所以每孔只取一组试样检查含水率和干密度，　１．５—２．５／／１时，夯击１５—１８次，当夯距１．０～１．５　ｒｔｌ　分别在回填至孔深约４、３、２　ＩＴＩ处各用一个环刀取土，　时，夯击１７～２０次，即可达到设计要求的干密度。　取土后将环刀立即密封并送往工地试验室做室内试　夯实时，保持落锤平稳，提升后先使夯锤静止片　验。渗透系数的检查主要是在已完工部位孔口钻孔，　刻，再自由下坠，避免了夯锤碰撞孔壁使得孔壁碎石块　做注水试验。在较少部位抽检夯实后的原状土样，送　掉人孔中，保证了回填土质量和夯击效率。一般孔底　有资质的检测机构做室内试验，测得干密度、含水率和　附近回填时夯距为１．５～２．５　ｍ，回填至孔口附近时，　渗透系数，与现场试验结果相对比和印证。本工程回　夯距为１～１．５　ＩＴＩ。每层夯实时控制夯距均匀，不出现　填质量检查均满足设计要求，没有出现返工的情况。　忽高忽低的情况。　（４）施工过程中出现的问题及处理措施。坝顶以　５结论与展望　下３～４　ｒｎ范围内为代料层，块石含量大，该地层造孔　（１）八字门水库除险加固工程运用套孔冲抓施工　时，由于钻头落距小，加之块石阻碍了钻片扎入土体，　对大坝心墙进行了加高，设计理念是新颖的，通过精心　使得工效很低，且孔壁平整度较差。施工中主要采取　施工，达到了设计技术要求，满足水库安全运行的　稳下钻，避免钻头对孔壁的碰撞，保证孔壁的垂直度和　需要。　平整度。开钻时，遇有无法顺利抓挖的情况，则孔深约　（２）套孔冲抓施工简单，操作方便，综合工效较高　０．８　ｍ以内采用人工用镐先将代料层挖松（留出孔壁　（单机１８　ｍ／台班，包括造孔、回填），工程成本低（１５８　保护层１０　ｅｍ），再用钻头抓挖。造孔中少量孔发生塌　元／ｍ），能节约投资。该技术运用于中小型水库除险　孔，采用回填土并夯实的措施，防止塌方发展，孔壁固　加固，能发挥出良好的技术经济效益。　结稳定后，再重新造孔。在雨天，加强了对料堆的防雨　（３）套孔冲抓回填粘土防渗效果好。回填的粘土　保护及四周排水工作，没有安排施工。　经夯实后，干密度增大，渗透系数减小；对孔内粘土进　４施工质量检查与控制　行夯实时，对孔壁四周原坝体有环向挤密的作用，使孑Ｌ　壁加固；施工时候又可下井进行直观检查，质量有　（１）造孑Ｌ质量检查。开孔时，孔位偏差控制　保证。　在±３　ｃｍ内，保证成孔平整垂直，偏斜率不大于　（４）套孔冲抓技术用于中小型土坝加固，目前尚　０．４％，套接中心在任一深度的偏差，不得大于设计墙　无统一规范可循，给施工质量检查和质量评定工作带　厚的１／３。造孔过程中勤测孔斜，遇有孔斜度超标时，　来不便，在一定程度上制约了该技术的大规模推广应　回填抓出的土料，夯实后重新造孔。　用。希望权威机构组织编写相关施工规范，指导现场　（２）土料检查。土料是否在选定的料场范围开　施工质量检查与评定工作。　３３