水利大壩造孔施工技術

張龍

【摘要】造孔施工技術是水利大壩工程的關鍵技術，其施工質量直接影響著大壩的正常運行。本文介紹了卵礫層與土層地質的大壩造孔施工技術，并分析了造孔施工中的常見問題與控制措施。

【關鍵詞】大壩；造孔；斜孔；塌孔

一、工程概況

某水電站混凝土拱壩為3級建筑物，建基面高程470.00m，壩頂高程578.50m，最大壩高108.5m。體型采用拋物線型變厚雙曲拱壩，壩軸線長284.123m，共分16個壩段。壩頂厚4.5m，底厚20.0m，厚高比0.18。壩體內設灌漿廊道、交通廊道、集水井、抽水泵和放空管等，壩外設灌漿平洞、排水洞、交通橋、壩后橋和電梯井等。

二、大壩造孔施工技術

（一）壩頂造孔

本工程壩體上部厚度為20～50m卵礫石層，根據本工程地質條件造孔擬采用金剛石單管導向管柱鉆進。本工程擬采用φ430mm金剛石鉆頭開孔，鉆孔深度等于孔口導向管長度，下入φ377mm孔口導向管（長2m左右），管外用水泥砂漿固結，再以φ330mm、φ280mm金剛石單管鉆進，以φ220mm終孔；必要時，可變徑以φ180mm金剛石鉆頭鉆進至終孔。造孔施工中，其粗徑鉆具長度不小于10m，以保證倒垂孔的垂直精度。

1、鉆進技術參數的確定

為保證鉆孔的垂直精度，為防止鉆孔偏斜，必須嚴格控制并隨時調整鉆進參數?？椎足@壓控制在2～2.5Mpa，轉速65～95r/min，沖洗液量80～110L/min，鉆速控制為0.5cm/min，以控制鉆速來調整鉆進參數，嚴格控制回次進尺。

2、鉆機的安裝與調整

鉆機的安裝是倒垂孔鉆機的重要環節之一，必須認真對待。鉆機安裝在基臺木上，再以三根18#槽鋼作壓梁，通過預埋的螺桿，將鉆機基臺牢固固定在壩臺面上，保證鉆機安裝穩固，水平，周正，同時當松開螺桿時鉆機又可前、后、左、右四個方向自由移動，以適應鉆孔糾斜時鉆機的平面位移。鉆機安裝后，應采用兩臺經緯儀校正鉆機立軸，使其上、下死點與孔口中心偏差控制在1mm以內。

3、孔口導向管的安裝與調整

孔口導向管下入時，應使孔口導向管距孔底20cm左右，使導向管懸吊于孔內，并對其垂直精度進行嚴格細致的調整。其垂直精度高于倒垂孔精度，其中心偏差控制在2mm以內，調整后灌入水泥砂漿使其與孔壁固結。

4、成孔

（1）鉆進多采用減壓鉆進，即孔底的鉆壓不超過鉆桿、錘頭、壓塊重力之和的80%（扣除浮力），以避免或減少斜孔、彎孔和擴孔現象。不同地層采用不同類型的鉆頭和鉆壓，土層采用普通旋挖鉆頭，進巖層或孤石后采用鑿巖錘頭。

（2）在不同的地層采用不同的鉆速，一般螺旋桿的轉數為12～16/每分鐘。當空壓機供氣時，以適合轉數轉動螺紋桿，從而開始鉆孔，當接觸到巖石時，潛孔錘開始工作；在水下鉆巖3孔時，在供氣正常后逐漸將潛孔錘放下，當它接觸到巖石時，潛孔錘開始工作。這時回轉的螺旋鉆桿將碎石和泥土排出。

（3）潛孔錘和它的螺旋桿停留在孔內時不能終止鉆孔，因為土的壓力會阻止它們轉動，從而可能使鉆機被粘留在所鉆的孔內（卡鉆）；在鉆孔時，不準將螺旋桿反轉，因為驅動體和頂端體的螺紋連接可能被松開，這會使得鉆具和潛孔錘掉落在孔內。

（4）按鉆孔深度要求，螺旋鉆桿可通過連接加長桿來加長鉆孔深度，但用加長桿來接長的螺旋鉆桿，不準超越樁架底盤的最大負荷；當潛孔錘浸入水內時，不能將加長桿連接到螺旋鉆桿上，如果此時分離螺旋鉆桿，水和其他東西會倒流，若要分離螺旋鉆桿，應先將潛孔錘提離地面，從螺旋鉆桿上清除泥沙和雜物，釋放孔內的殘余壓力，安裝定位圈，然后再將加長桿連接到螺旋鉆桿上。

（二）土層成孔方法

1、上部土層成孔方法

上部土層成孔方法主要包括左右壩肩，右岸防滲墻部分埋設儀器鉆孔的成孔方法。這些部位的鉆孔開孔就是土層，孔深一般是20～40m，地層主要有人工回填土、原狀土及部分卵石、基巖。根據質量要求，主要采用沖擊法成孔。

沖擊成孔法使用的主要設備包括XY-2型300鉆機及卷揚機，配φ9mm鋼絲繩，φ108mm簡易式沖擊鉆具，長度為4～6m。操作時先用300型鉆機升降系統提拉沖擊鉆具，然后松動手把，自由落體，沖擊地層，取心并反復沖擊到設計孔深后進行清孔。一般每小時可進尺3～6m，正常時僅需2人操作。

2、下部土層成孔方法

下部土層主要指卵礫石覆蓋層下厚20～50m的土層。該土層由人工回填土和原狀土壤組成，大部分在水位以下，水已飽和。從表面看，下部土層松軟成孔很容易，但實際上由于其縮徑膨脹、層厚、孔徑要求大、孔斜度要求高、不準帶水作業等原因，成孔非常困難。經過反復摸索總結采用綜合成孔法。綜合成孔法就是根據孔內的實際情況分別采用沖擊成孔、無泵鉆進、套管跟進、砸套管等多種辦法，成孔后將φ108mm護壁管下到預定的深度，并進行清孔。無泵鉆進所用的合金鉆頭外徑比正常大4～6mm。

采用綜合成孔法應注意的事項包括：實施前，對設備及各種鉆具進行全面的檢查、修理，準備好現場所要用的各種管材、用料；對所用套管的絲扣、彎曲度進行嚴格的質量檢查，保證內壁規格、光滑；配備足夠的1.5～2.0m的短套管，套管的外壁均要涂潤滑劑。套管下孔前對套管的根數、每根的長度、序號都要進行認真的丈量、記錄，并由技術人員復測。對于每根套管在孔內的位置，深度都要丈量準確，記錄在案。

三、水利大壩造孔常見問題與控制

（一）鉆頭脫落

1、原因分析

鉆頭由于使用周期過長，沒有對上面受到較大程度磨損的鋼絲繩進行及時的更換。鉆頭用鋼絲繩進行連接，沒有及時發現鋼絲繩子夾子抬動而造成嚴重抽脫。沒有按照要求安裝保護繩以及不干凈孔底等都會造成嚴重坍塌，最終導致埋鉆的事故發生。

2、控制措施

經常檢查轉向裝置，保證靈活，經常檢查鉆桿、鋼絲繩及聯結裝置的磨損情況，及時更換磨損件，防止掉鉆。用低沖程時，隔一段時間要更換高一些的沖程，使沖錐有足夠的轉動時間，避免形成梅花孔而卡鉆。

對于掉鉆，宜迅速用打撈叉、鉤、繩套等工具打撈。對于埋鉆，較輕的是糊鉆，此時應對泥漿稠度，鉆渣，進出口，鉆桿內徑大小，排渣設備進行檢查、計算，并控制適當的進尺。如是坍孔或其他原因造成的埋鉆，應使用空氣吸泥機吸走埋鉆的泥砂。提出鉆頭。

（二）斜孔

1、原因分析

很多問題都可能導致斜孔的出現，如孔內有鉆渣、鉆頭嚴重磨損、不當的松繩等問題都有可能導致鉆頭無法垂直下落以及不妥當變層處理等。

2、控制措施

首先，孔內的泥漿粘稠度要合適，同時也要一直保持孔內干凈。其次，隨時糾正鉆頭補焊的過程和方法。再次，松繩的時候要適當，鉆頭在孔內工作的時候要保持鉆頭的穩定性，更不能打空錘。為了能夠對施工進程進行及時的掌握以及保證施工的安全，要求每個工作小組要多檢查、勤檢查。

（三）孔底沉淤

1、原因分析

在鉆孔成孔，拆除鉆桿泥漿，停止循環至吊放鋼筋籠，澆灌水下混凝土的全過程中，施工環節多，時間長，會在孔底淤積較厚的淤泥而影響成樁質量.靜置的時間越長，淤積的淤泥越多。

2、控制措施

一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥漿性能，延長清孔時間等進行清孔。在下完鋼筋籠后，再檢查沉渣量，如沉渣量超過規范要求，應進行二次清孔，二次清孔可利用導管進行，準備一個清孔接頭，一頭可接導管，一頭接膠管，在導管下完后，提離孔底0.4m，在膠管上接上泥漿泵直接進行泥漿循環。沉渣厚度達到設計及規范要求后，應盡快進行水下混凝土灌注。

參考文獻

[1]周祥.水利大壩造孔施工中常見問題的處理分析[J].新材料新裝飾，2014年5期.

[2]王長武.水利大壩造孔施工研究[J].中國新技術新產品，2013年18期.