廣西桂平金田水庫大壩為漿砌石「T」形支敦壩,建於1970年,最大壩高53 m,壩頂長245 m。該壩砌築時採用低標號的水泥石灰混合砂漿,石塊採用當地的紅色細砂岩。經過20多年的運行,整個大壩滲漏比較嚴重,到處可見流白漿現象。為保證大壩的安全,經自治區水電廳同意對大壩進行除險加固灌漿處理。
經原玉林地區水電設計院設計,大壩造孔灌漿從壩頂分上、下兩排進行。排距1.40 m,孔距3.0 m,上、下游孔呈品字形互相錯開。鑽孔向上游傾斜,頂角15°(溢洪道段6°)。鑽孔灌漿按分序加密的原則進行,先施工完下游排再施工上游排,同一排灌漿孔分2個次序施工。灌漿採用自上而下分段鑽孔灌漿法。在本文中,主要就自上而下分段鑽孔灌漿的斜孔造孔作一些粗淺的分析。
1 造孔
1.1 準備
1.1.1 鑽機及鑽具的選擇
本工程主壩段孔深一般為56.0 m左右,壩肩相對較淺,20 m左右。原設計採用不小於150型的鑽機造孔。根據我單位的施工經驗以及機械設備的場地條件,我們認為採用100型鑽機也可以達到技術要求,並能保證工期的完成。在金田工程我們採用1台XY-1A型,1台XY-1A移機型,1台XJ100-2型鑽機,全部鑽機為北京探礦機械廠生產。支架用與機座連接的斜鐵架,提升滑輪固定。鑽具參數選擇:①鑽頭的選擇。由於金田水庫大壩是砌石壩,石質堅硬,如果採用硬質合金鑽頭鑽不動,而如果採用鋼砂(鐵砂)鑽頭,因漿砌石孔隙大,相當於鑽進破碎岩層,鐵砂易於漏掉而不宜採用,又因是斜孔鐵砂不易均勻沉積在孔底。故不得不採用金剛石鑽頭及與之相匹配的擴孔器。②岩芯管的選擇。根據我單位以前施工的北流龍門水庫漿砌石大壩,以及其他鑽探工程來看,鑽進砌石壩相當於鑽進破碎岩層,如果採用雙管岩芯管,要求卡簧、卡簧座、短接之間的選擇要求十分嚴格,不然短岩芯進入到內管后,易於造成卡管,不能鑽進,只好提鑽處理,影響回次進尺。而採用單管岩芯管,不易造成卡芯事故,起鑽取芯時,只要從鑽桿內孔放砂或短鐵絲就可以得到較高的取芯率,取芯率完全達到灌漿孔的技術要求。根據設計要求,鑽頭採用Φ75 mm金剛石鑽頭,在選擇鑽具供應商時,根據我們以前使用金剛石鑽探的經驗,及在金田水庫大壩施工開始前多個供應商提供的樣品試驗比較,從鑽進效率和技術成本分析,及與供應商的合作情況,選擇如下:鑽頭採用湖南永州金剛石研究所的Φ75電鍍金剛石鑽頭,擴孔器採用湖南長沙二三三廠的擴孔器,岩芯管採用二三三廠的單管岩芯管,長度最長3.50 m。鑽桿長度為2.0 m~4.60 m,直徑Φ50 mm。鑽具螺牙與鑽桿同心,鑽桿與岩芯管要求常進行直線檢查,不合要求的要經矯正符合要求方可使用。
1.1.2 鑽機就位
進場開工前,先由甲、乙方技術人員會同設計人員進行孔位放樣。根據孔位位置移機到位。要求鑽機機架長軸方向平行於孔位軸線方向。用水平尺調整鑽機水平。調整立軸,使之垂直於孔軸線,並與地面水平面成75°角,角度測量採用垂錘,依三角形原理測量計算得出。上述做好后,在鑽機機座四周用衝擊鑽打孔,打入鋼筋或膨脹螺釘緊固機架,並用木頭支撐碼實。再次檢查鑽機水平及立軸角度,機架長軸是否與孔位軸線平行。該項工作甲、乙雙方技術人員在場檢查、測定。
1.2 造孔
1.2.1 開孔
以所定的孔位中心為圓心,用油漆畫1個圓,直徑約為8 cm。依此圓,有時人工鑿孔深2 cm~3 cm,有時採用1人操作鑽機,另外1人~2人用工具固定控制開孔鑽具的擺動,採用中速檔(285 r/min)低壓開孔。
1.2.2 鑽進
(1) 開孔。經第一次取芯后,盡量換成長岩芯管鑽進。例如第一次開孔鑽具長為60 cm,進尺為70 cm,取芯后,採用長1.2 m左右的鑽具,一般進尺可達1.5 m左右,提鑽后,應換成大約2.50 m的鑽具,並儘快換成3.50 m的岩芯管。根據斜孔造成孔斜的原理,當然採用越長的同徑岩芯管越好控制孔斜。但岩芯管太長,與孔壁的摩擦力增加很大,鑽機轉動及提鑽受力很大,減少鑽機的使用壽命,一般我們用3.50 m的同徑岩芯管已經能很好控制孔斜,達到設計要求,鑽機受力也不是太大。另外,開孔鑽進盡量使用新的擴孔器,因為舊的擴孔器已經過磨損,如開孔用舊擴孔器,孔徑變小,在下續鑽進再換用新的擴孔器,因孔徑變小,常要經掃孔才能下到孔底。
(2) 在正常鑽進情況下,使用570 r/min,這既符合金剛石鑽頭的使用規程,也與實際情況相符。根據屠厚澤等人提供的不同岩層孕鑲金剛石鑽頭轉速公式:
n=60 Vk/πD
式中:n——鑽頭的轉速,r/min;
D——鑽頭直徑,m;
Vk——推薦的線速度,m/s。
表1 不同岩層金剛石鑽頭鑽進推薦線速度表
V∝Pn。
式中:V——機械鑽速;
P——鑽壓;
n——鑽頭轉速。
在實際施工中,根據各孔段的情況,由當班機長作適當調整Pn值。實踐證明,控制Pn值就是控制鑽進時效,因而控速鑽進是合理的。2 灌漿
金田水庫大壩灌漿我們採用的是雙管栓塞灌漿,一次升壓灌注純水泥漿。在每段灌漿前,都進行簡易壓水試驗。根據簡易壓水試驗值,一般開灌水灰比採用5∶1(極少數採用8∶1),其它比級分別為3∶1,2∶1,1∶1。根據灌漿實際情況,主壩及排洪道每段耗水泥量約為60 kg/m,右壩肩相對大些,一般耗水泥100 kg/m左右。我們認為該砌石壩沒有存在太大的裂隙,故不應採用更大的比級(超過1∶1),不應該也不必採取越級變濃。右壩肩耗漿相對較大,除了ZK2-3號孔段,在6.4 m~8.0 m發現為一空洞,共耗水泥8 400 kg外,其餘都是在基岩接觸部位,基岩較破碎、風化嚴重。但根據相鄰孔基岩部份的岩芯來看,未發現水泥,故不應採取更濃(超過1∶1)比級的濃漿。
在灌漿過程中,如遇從壩體冒漿、漏漿,主要採取人工封堵,低壓、限流、濃漿、間歇灌漿高壓復灌等措施進行處理。如在灌注ZK2-29號孔8.0 m~16.0 m段時,從內坡約12.0 m處有兩小孔射漿,經將壓力降至0.05 MPa,漿液濃度採用1∶1灌注,約20 min后,射漿漸停。然後,將漿液改為2∶1,壓力增大到最大壓力0.5 MPa仍然去漿,但未發現這兩個孔繼續冒漿,而後將壓力降到0.3 MPa,直到灌漿結束。3 結論
金田水庫大壩右壩段經採取上述方法處理后,經檢查孔(2孔)壓水試驗,合乎設計要求,壩后滲水也大大減小,基本沒有流白現象,達到了預期效果。