例析防冲墙施工技术措施

例析防冲墙施工技术措施
1工程概况
羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处，工程主要任务是发电。

坝址以上控制流域面积12.3万km3，多年平均流量625m3/s，多年平均径流量197.1亿m3。

水库正常蓄水位为2715m，死水位2713m，正常蓄水位时水库库容14.724亿m3，为日调节水库。

工程规模为一等大（1）型工程，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

本工程防冲墙为C25钢筋混凝土墙，主要为导流防冲兼防渗设计，墙厚1.2m，槽孔底部嵌入基岩1m深度。

左侧防冲墙为双墙结构，内外墙间距1.8m，双墙之间共设置5道横墙作为连接支撑，外墙紧靠边坡ZW0+000.00～ZW0+56.55m；内墙临近渠道ZN0+000.00～ZN0+44.83m；右侧防冲墙为单墙轴线YW0+000.00～YW0+102.57m。

2工程地质条件
导流洞出口位于左岸4#冲沟，尾渠段覆盖层较厚，达20m～30m，为洪坡积块碎石土，结构较松散，且位于地下水位以下，自稳定条件差。

下伏基岩以千枚岩为主，片理发育，岩体破碎，工程性状较差。

根据导流洞出口的补充勘探揭露地层，地形地质条件复杂，覆盖层厚度不稳定，基岩面起伏较大，勘探揭露覆盖层最大深度：23m。

代表性地层从上至下依次为：
①坡冲洪积层（Q4col+pl）碎石土，厚度约4-5m，分部高程2604.5～2601m；以卵漂（块）石为主，充填砂砾，级配差，堆积松散，局部呈现漂块是架空结构，分部主要分布在下游左侧防冲墙段。

②河床冲湖积层（Q4al+l）含砾粉砂土，分部较连续均匀，厚度9.5-10m，分部高程2601～2591m；礫石含量约5%，砂质含量80%，其余为粉土充填，粘性较差。

分布砂泥质透镜体，中密，位于河水位一下，处于饱水状态。

③河床冲洪积层（Q4al+pl）砂卵砾石土，厚度约6-8m，分部高程2591～2582m；以砂卵砾层为主，含泥量较少，中密，含少量砂质透镜体，受下伏基岩面的起伏厚度变化较大。

④基岩：下二迭统千枚状砂板岩：灰色～灰黑色，岩芯呈碎块状和糜棱岩状，易干裂，遇水易软化，层理和陡倾角裂隙发育。

3工程特征难点及对策
3.1施工场地限制
导流洞出口左右两侧防冲墙施工，施工场地地形复杂、低洼，与导流洞施工形成交叉作业，并且导流洞外侧为导流洞临时围堰兼上坝公路，可用施工场地狭窄，由于受地形条件限制，左右侧防冲墙不能同时施工。

通过分析施工场地因素，不能左右岸同时施工，否则将会使其他施工停滞，只有先施工一侧再施工另一侧。

左侧防冲墙施工场地图纸给定施工高程2605m，需要开挖至设计高程，但防冲墙左侧为导流洞施工道路，右侧为导流洞临时围堰兼上坝公路，可开挖场地有限，使得施工场地狭窄低洼，并且在开挖至高程2604.5m时出现卵漂（块）石层，通过沿防冲墙轴线布置探槽卵漂（块）石层埋深于高程2604.5～2601m，级配差、松散堆积。

由于此类地层埋藏在浅层对防冲墙施工带来极大的安全隐患，孤石和卵石层在浅层防冲墙施工时，槽孔内的泥浆无法提供足够的泥浆压力，浅层的不稳定地层在槽孔向下掘进的过程中不断的受到泥浆的冲刷及振动的外力，堆积松散的孤石和卵石层级配差不具有粘结性，极易坍塌，最终槽孔浅层不稳定层沿槽壁两侧将形成“坍塌漏斗”导向槽和冲击钻机及其他辅助设备可能塌陷致槽孔，可能引发安全事故。

经过项目部、业主和监理商讨拟定两套施工方案：（1）将此层不稳定层开挖，由于施工环境限制开挖至2601m放坡后，左侧防冲墙两侧道路将这样公路将中断无法通行，所以开挖方案不成立。

（2）将此层不稳定层换填，通过简易边坡支护开挖至高程2601m，然后迅速换填土质均匀、级配较好、粘性较大的的回填土，然后分层碾压至高程2605m。

通过方案比较第二个换填施工方案符合实际、节省成本、满足施工需要。

右侧防冲墙轴线与边坡走向一致位于边坡中部，通过对防冲墙轴线边坡高处开挖，坡底回填分层碾压的方式开拓出防冲墙施工所需的施工平台。

3.2地层松散、漏浆、塌孔、埋（卡）钻
3.2.1漏浆、塌孔、埋钻地层分析
本工程由于覆盖层深埋，主要地层卵漂（块）石和含砾粉砂土，地层结构差、分布不均，使得在成槽过程中漏浆、塌孔事故频繁出现，不但严重影响进度，并且对成墙质量受到一定的影响。

左侧防冲墙施工孔内处理事故最多，施工过程中使用粘土泥浆和膨润土水泥等进行处理，在左侧防冲墙施工时由于并排两墙间距只有1.8m，施工过程中个别槽段塌孔漏浆严重，部分槽段出现埋（卡）钻情况。

处理过程耗费水泥18t，膨润土30t，粘土90m3，埋钻事故5次，多处于地下水位以下饱和地层。

通过地层漏浆、塌孔、埋（卡）钻事故的处理经验，总结出本地层漏浆、塌孔和埋（卡）钻的一般经验：（1）漏浆和塌孔多发生在地表浅层中的砂卵砾石类地层，由于砂卵砾石堆积松散，自身稳定性和粘性差，且处于架空结构，此类地层存在漏浆情况严重，在覆盖层和基岩面接触层，由于两种岩性的巨大差异，在接触层同样呈现浆液漏失严重的情况。

浅层泥浆对槽壁压力小，受到钻机冲击扰动大、冲涮时间长，形成泥皮效果不佳。

因此，漏浆塌孔发生的情况较多。

（2）在本工程中埋（卡）钻多发生在地下水位以下的饱和地层，由于河水位的上下浮动，使得槽壁受压引起变化，在不均匀的压力变化作用下，槽壁严重坍塌，引起埋钻事故。

埋钻事故中砂层埋钻事故处理较为容易，但在卵砾石层埋钻处理困难较大。

3.2.2漏浆、塌孔、埋（卡）钻处理及预防
通过本工程施工结合以往施工经验，总结出漏浆、塌孔、埋（卡）钻处理措施：
（1）造孔过程中，如遇少量漏浆，则采用加大泥浆比重，投堵漏剂等措施处理，如遇大量漏浆，单孔采用回填粘土钻进处理，槽孔采用投水泥或高效速凝材料等进行堵漏处理。

若出现大量漏失时，加强泥浆损失测估，减缓造孔进尺，并准备充足的堵漏材料及时处理好渗漏，及时处理渗漏。

并且在施工过程中缩短槽段长度，减少成槽后槽壁的临空面积。

（2）塌孔处理：如若覆盖层局部级配不均，造孔中可能出现塌孔。

发现有塌孔迹象，首先提起造孔机具，根据塌孔程度采取回填粘土、柔性材料或低标号混凝土等措施处理；如孔口塌孔，可采取架设钢木梁等措施，保证槽口的稳定。

（3）本工程采用位移法和绳套法，实际使用中多将两种方法结合使用。

在施工过程中埋钻事故主要以预防为主，如施工过程中要做到机不离人，密切关注孔内情况；遇到埋钻事故时及时反冲、位移和使用专用工具（边铲、加重杆、抽
筒）进行处理，通过及时和有效的处理，本工程虽然出现多次埋钻事故，但由于防患在先，处理都很快也很成功。

4防冲墙施工
4.1导向墙
本工程由于覆盖层埋深大，地层稳定性差，原设计导向槽为上宽0.5m、下宽1.0m高1.0m的梯形C15素混凝土，经过项目各方讨论，最终将导向槽结构由设计素混凝土变为钢筋混凝土，均匀铺设3层φ22钢筋。

4.2成槽工艺与槽段划分
本工程成槽选用“钻劈法成槽”按照槽段划分先施工一期槽再施工二期槽；先期施工槽段先进行主孔施工至终孔，然后钻凿施工副孔，每钻进3～5即对小墙进行劈打。

基岩采用“平打法”，即每钻进一段，即对小墙进行劈打。

槽段划分以Ⅰ期槽段为7.5m，Ⅱ期槽段6.3m为主，部分复杂地段地层适当的缩短槽段长度。

图1 槽段划分示意图
4.3槽孔深度确定
每个槽孔终孔孔深按设计提供资料、详细地勘资料和先导孔资料预计见基面孔深，当钻进到基岩面后通知监理、业主、设计、地质等，使用抽砂桶现场取样对基岩面进行联合确认，确认基岩面后继续钻进，在接近设计入岩深度1m时，再次通知监理、业主、设计、地质等进行入岩深度和岩性风化程度评价，孔深验收在现场监理的监督下使用专用的测绳进行测量，且使用前对测绳进行检查校准。

由地质确认是否需要加深或者满足入岩要求，达到要求后的岩样保留并且编号保存。

若出现设计槽孔见基岩深度和实际槽孔见基岩深度出现较大差异时，通知参见各方进行现场鉴定确定最终深度。

4.4成槽泥浆及清孔泥浆
4.4.1配置泥浆
泥浆的配置的好坏关系到成槽的进度，根据工程实际情况及以往工程经验，本工程选用优质膨润土，分散剂为工业碳酸钠（Na2CO3），降失水增粘剂为中粘类羧甲基纤维素钠（CMC）。

新制膨润土浆液需存放24h，经充分水化溶胀后使用。

储浆池内泥浆应经常搅动，保持指标均一，避免沉淀或离析。

槽内泥浆性
能指标的控制标准应满足各项指标：黏土：黏粒含量应不小于50%，塑性指数应不小于35；膨润土：黏粒含量应不小于55%，塑性指数应不小于60。

泥浆的搅拌设备选用旋流立式高速搅拌机，固液两相物质在泵壳内由于叶轮的高速旋转（1430 r/min～1470r/min）而被强烈搅拌分散而达到充分混合后，再从泵内排出以切线方向返流到罐内产生巨大的涡流，使浆液进一步搅拌，在多次循环作用下使浆液具备良好的流变性能及稳定性，由此而搅拌成浆液。

槽孔施工过程中在泥浆站旁设泥浆试验室，对施工不同阶段的泥浆进行质量控制。

槽内泥浆性能指标控制标准见下表：
性能检测仪器阶段
新制泥浆循环再生泥浆砼浇筑前槽内泥浆
密度（g/m3）泥浆比重秤<1.1 <1.25 ≤1.15
漏斗粘度（s）马氏漏斗30～90 32～60 32～50
含砂量（%）含砂量测定仪≤1 ≤5 ≤6
檢测频次2次/天2次/天1次/槽
表1 槽内泥浆性能指标控制标准
4.4.2泥浆补充和更换
在钻进过程中，槽孔内的泥浆由于岩屑混入和其它添加剂的消耗，泥浆性能将逐渐恶化，必须进行处理。

被使用过的泥浆通过泥浆净化系统，将土颗粒和碎石块除去，然后把干净的泥浆重新送回到槽中。

在成槽完成后，使用抽桶清孔进行抽渣清孔，抽换使用过的泥浆，并通过净化系统循环利用，同时将新鲜的泥浆供输送到槽的上部。

槽内泥浆的性能指标的控制标准见“表1”经过净化处理的泥浆必须在使用前进行测试。

在成槽过程中，应在循环浆沟中取样，检测有关指标，如超出限值，必须进行处理。

如果膨润土的密度、粘性和含砂率无法满足要求，则要更换合格的膨润土。

在槽孔和储浆池周围应设置排水沟，防止地表污水或雨水大量流入后污染泥浆。

被混凝土置换出来的泥浆距混凝土面2m以内的泥浆，因污染较严重，应予以废弃。

4.4.3清孔泥浆
清孔的同时，不断地向槽内补充新浆，以改善泥浆的性能及有利于混凝土浇筑，确保成墙质量。

补充新浆的数量以槽内泥浆各项性能指标符合设计标准为止。

如果单元槽段内各孔孔深不同时，清孔次序为先浅后深。

清孔换浆结束后1h，用测饼测量孔底淤积厚度；并在槽孔底部0.5m部位取样，进行泥浆试验。

当孔底淤积厚度不大于10cm且泥浆各项性能指标达到本方案中“表1”标准，即可结束清孔换浆工作。

清孔合格后，应于4h内开浇混凝土，如不能按时开浇，应在浇筑前重新按清孔标准进行检测，若不合格需重新清孔或采取其它补救措施。

4.5钢筋笼下设及混凝土浇筑
4.5.1钢筋笼下设
为防止钢筋笼变形，吊点处的箍筋应使用直径较大的水平钢筋或型钢代替，也可以使用钢板补强，吊点处必须根据起吊方式焊接适当的吊耳，不得将钢丝绳或“U”形卡直接套在水平钢筋上。

钢筋笼进入槽内时，吊点中心必须与槽孔中心对准，然后缓慢平稳的下降，此时要注意防止因起重臂的摆动及风力而引起钢筋笼横向摆动，造成槽孔壁面的坍塌。

当钢筋笼入槽受阻时，应重新吊出，查明原因采取相应的措施解决，决不能强行插入，否则会引起钢筋笼变形或槽壁坍塌，并产生大量沉渣。

当钢筋笼有接头时，要确定一根主筋为测量长度的标准，避免产生长度或高程的误差。

当钢筋笼分段下设时，分节下设钢筋笼在孔口连接时，先下入槽孔内的钢筋笼须通过横穿其上部的钢梁支撑在导墙上。

钢筋笼的支撑位置要预先设计好，此处的横向钢筋笼必须加强，不得差生变形和破坏，其承载能力应大于该部位以下全部已连接成一提到钢筋笼的自重。

须在孔口逐段连接上、下主筋。

下段钢筋笼入槽后，临时穿钢管搁置在导墙上，顶端露出孔口1m左右，然后吊起上段鋼筋笼与其连接，连接前检查上、下钢筋笼的垂直度，并对准位置。

4.5.2混凝土浇筑
每个槽段配备两套导管，导管间距为3.5m，导管距槽端接头管1.5m。

在每套导管的顶部和底节管以上设置3～5根0.5m的短管。

导管底口距槽底控制在20±5cm范围内。

导管内放置略小于导管内径的隔离塞球作为隔离体，隔离泥浆与砂浆。

在每根导管浇筑前，先注入适量的砂浆，再备足足够的混凝土（考虑导管内容积及封埋导管的方量），挤出塞球并埋住导管底端。

每槽先浇筑孔底高程最低部位的导管。

浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度不得小于1.0m，不宜大于6m，混凝土面上升速度应不小于2m/h，并保证均匀上升，同时控制各处高差在500mm以内，终浇至设计高程。

4.5.3接头孔刷洗、墙段连接
二期槽接头孔的刷洗采用具有一定重量的的圆柱状钢丝刷，使钢丝刷紧靠接头孔孔壁通过钻机从孔口至孔底山下反复提升，从而达到对接头孔壁清洗的目的，接头孔壁清洗合格的的标准为钢丝刷上不带泥屑，并且孔底淤积不在增加。

一期和二期的墙段连接采用钻凿法施工，施工过程中既要控制偏斜，又要抓紧时间快速施工。

5施工成果及检测
（1）施工成果：黄河羊曲水电站导流洞出口防冲墙完成33个槽段，最大孔深23.2m，混凝土浇筑2760m3。

（2）混凝土性能试验：混凝土浇筑过程中平均每60～80m3测试一次塌落度和扩散度，测试结果为塌落度最大240mm，最小210mm，平均塌落度在200mm～230mm之间；浇筑过程中随机取样抗压试件36组，最小抗压强度27.5Mpa最大值33.6Mpa，平均抗压强度29.3 Mpa；离差系数CV=0.13；抗渗试件11组均大于W8，混凝土性能及力学性能各项指标均达到设计要求。

（3）防冲墙过水后运行良好，满足防冲兼防渗要求。

6结束语
黄河羊曲水电站导流洞出口防冲墙施工，在松散覆盖层和施工场地地形复杂可用施工平台狭窄的条件下，通过对现场环境和施工条件的认真研究，针对各种复杂情况及时作出部署和调整，采取有效的技术措施应对施工初期遇到的大面积漏浆、塌孔和埋（卡）钻等难题，工期和质量得到了保障，同时在复杂地层施工和施工场地狭窄，尤其是在城市中狭窄场地防渗墙施工中积累了丰富的施工经验。

参考文献
夏可风主编《水利水电工程施工手册.地基与基础工程》中国电力出版社2004
李相然主编《地下与基础工程防渗加固技术》中国建筑工业出版社2005。