冲抓套井回填技术在北汊水库大坝防渗中的应用

2010-04-08肖必超彭根文

湖南水利水电 2010年4期

肖必超彭根文

（华容县东山水库管理所华容县414203）（湖南省光辉监理有限公司岳阳市414000）

1 水库基本情况

北汊水库位于华容县南山乡境内，属藕池河东支下游北侧，禹磐大垸上西湖汊上。水库坝址距华容县城区12 km。该水库控制集雨面积17.5 km2，总库容1 345万m3，正常蓄水位30.5 m,正常库容1 113万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的中型水利工程。枢纽工程由主坝、六座副坝、泄洪闸、6处灌溉输水涵等主要建筑物组成。主坝坝型为均质土坝，最大坝高10.5 m，坝顶高程33.5 m，坝顶宽5 m，坝轴长1 455 m；6座副坝坝顶高程除3#副坝为33.0 m外，其余均为32.5 m，坝高（6～9）m，坝顶轴线总长1 730 m，坝顶宽（3.3～4.3）m。枢纽于1975年9月动工兴建，1978年12月基本竣工。当时工程设计标准低、施工质量差，通过30多年运行，工程老化，枢纽各建筑物均存在不少病险隐患，并日趋严重，严重危及大坝安全，枢纽一旦失事将给水库下游华容县城、南山、景港、新河等5个乡镇的4.16万人口及0.22万hm2（3.3万亩）农田等的安全造成严重威胁。为保证水库安全运行，充分发挥工程效益，需对主副坝均进行冲抓套井回填处理。

2 大坝地质条件

根据钻探揭露情况及土工试验资料，将主坝坝体及坝基分为4个区：Ⅰ区：坝体上部，厚（3～5）m填筑土范围，黄色为主的粉质粘土，含碎石，松散～稍密，湿，可塑，标贯6击，粘粒含量30%～47%，粉粒含量46.5%～64%，液性指数ⅠL=-0.06～0.7，塑性指数ⅠP=12.6～20.1，孔隙比0.827～1.390。Ⅱ区：坝体中下部，厚（6～8）m填筑土范围，灰色为主的粉质粘土，稍密，湿，可塑，粘粒含量30%～45%，粉粒含量51%～62%，液性指数ⅠL=-0.17～0.96，塑性指数ⅠP=11.7～25.8，孔隙比0.929～1.351。Ⅲ区：坝基上部，厚（4～5）m，黄色粉质粘土、淤泥质粉质粘土，湿或稍湿，软塑，粘粒含量38%～40%，粉粒含量55.5%～57%，液性指数ⅠL=-0.6～1.02，塑性指数ⅠP=12.9～16.8，孔隙比1.013～1.138。Ⅳ区：坝基下部，分为3个小区。Ⅳ－1区：厚（5～6）m，灰色、深灰色粉质粘土，偶含淤泥质或淤泥质粉质粘土，湿，软塑～可塑，局部底部含粉砂。Ⅳ－2区：厚（2.8～3.4）m，黄色粉质粘土，湿，可塑，密实，局部含粉砂，偶夹灰绿色粘土，标贯9击。Ⅳ－3区：砂砾石区，以细砂、中粗砂为主，占70%，砾石成分以石英为主，砾径（0.2～0.8）m，含泥，厚度不详。

3 冲抓套井回填的原理

冲抓套井回填是一种垂直防渗技术，适用于中、小型均质土坝、心墙坝的防渗加固处理，该技术主要是在土坝渗漏范围内原防渗体中，沿坝轴线单排或多排布孔，利用冲抓锥取土造井，再向套井内分层回填粘土（层厚25 cm～30 cm），由钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，形成一道连续的套接粘土防渗墙；同时，夯实对孔周围土体有压实作用，使坝体局部密度增大、渗透系数减小而达到截断坝体渗流的目的。

4 设计要点

沿大坝坝顶中轴线偏上游1.5 m，单排布孔，采用主、套井相间布置，一主一套相连成井墙，井孔径1.1 m，孔距0.78 m，井孔深入坝基淤泥质粉质粘土层1.0 m。回填粘性土料要求粘粒含量35%～50%，小粒径石子含量不超过10%，渗透系数小于1×10-5cm/s，含水量控制在19%～25%，填筑后的土料干密度大于1.55 g/cm3。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

冲抓套井施工操作主要是造孔、回填、夯实3个环节，其详细工艺流程如下所示：放样布孔→架机对中→造孔→下井检查→人工清理→回填夯实→质量检查。

5.2 施工机械设备和原材料

施工主要机械设备有：8JZ—95型冲抓式打井机、三角架、卷扬机、夯锤、弃土车、自翻斗车、挖掘机、自卸汽车等。冲抓井孔径1.1 m，夯锤直径要大于90 cm，锤重800 kg以上。开工前要做2～3个试验孔，检验设备技术状况、性能是否满足施工需要，是否符合设计要求。

大坝冲抓回填材料为粘土，本工程料场位于南山乡莲花窖，公路运距7 km。料场土要做详细的土工试验，按施工规范及监理要求取土料检测试样，送交资质满足要求的具有法律效力的检测单位进行检测，确保土料满足设计要求。

5.3 冲抓套井的定位与放样

根据业主和监理提供的大坝水准点，测量冲抓坝段坝顶高程，每50 m坝长留一固定高程点，在施工区以外距第一孔和终孔各10 m设永久性固定桩。钻孔中心线位于坝顶中轴线偏上游1.5 m，第一孔中心桩位置在桩号0＋000处，然后每间隔0.78m打中心桩，并用元钉钉在桩顶上控制孔距。所有施工放样和移机定位均用钢卷尺进行。

5.4 造孔

造孔的施工顺序是：先施工单号主井，再施工套井井孔，套打前进。如在同一排井先打主井1#、3#井，回填夯实后，再打套井2#井，回填夯实后，再打5#井，回填后打4#井，依此类推，按顺序进行。

造孔前必须将水库水位降低到要求处理的高程以下；造孔应连续作业，不得停歇，以免塌孔；造孔时机架要保持固定平衡，不得因震动而产生位移。冲抓钻机要垂直打孔，严格控制井孔的垂直度，这是施工操作的关键，否则会直接影响防渗墙的有效厚度。保证井口至井底最大偏移不得大于孔深的0.4%，相邻两井壁交点距不小于77 cm（有效防渗厚度）。钻机定位时孔位中心偏差不得大于3 cm，造孔深度深入坝基淤泥质粉质粘土层1.0 m以下。

5.5 回填

回填土料前首先检测土料含水量，工地试验合格后书面通知现场质检员，由监理最终确定是否回填。超过施工允许含水量范围的土料，应在取土区挖开翻晒（洒水），对储留工地较长的回填土料，视其天气加测土料的含水量。回填土料粒径一般不得大于5 cm，并不准掺有草皮、树根等杂物。

在土料回填前，应下井检查，把井底浮土、碎石等杂物清理干净并保持井内无水。井内有渗水时要抽干，或倾倒干的废土，反复用冲抓钻抓净，把水吸干，然后回填粘土。如井壁有渗水，应在渗水方向布置副井，用深井泵抽吸，拦截渗漏水，保证套井回填的质量。

打井完毕后，应立即连续进行分层回填粘土夯实；回填铺土要均匀平整，分层回填，铺土层不宜过厚，以（30～40）cm为宜。向井里倒回填土时，夯锤要提出井口平面1.5 m以上，使入井土均匀洒落在井内。每次向井里倒土，均要用板车装量，以便控制数量，保证回填土的厚度满足要求。

5.6 夯实

合理夯实是提高土密度和抗渗强度的重要环节，因此对保证填土的质量是关键，要求对夯重、落距、夯次等都必须经试验做最佳的选择。

夯土时要分层夯实，夯实时落锤要平稳，提升后自由下坠，不使钢丝绳抖动。夯锤落距宜小，不要忽高忽低。一般控制夯距为2 m，夯击次数为20次。当距坝顶2 m以内时夯距可小于2 m，以防止坝顶开裂。回填土夯实速度不超过4.5 m/h。

6 质量检查

6.1 土料的检查

做好料场选择工作，确保土料满足设计要求。土料回填前严格控制含水量，以确保土料回填的质量。施工前检查土料是否在料区范围内开采，取土前是否已将草皮、树根等覆盖层清除干净，排水系统、防雨措施是否完善，土料性质、含水量等是否符合设计要求。

6.2 井孔的检查

井孔检查内容包括：

（1）检查井底的清基及积水的排除。

（2）测量孔深是否达到设计要求的深度。

（3）测量井孔垂直度是否满足设计与规范要求。

按施工质量要求，井口至井底最大偏移不得大于孔深的0.4%，施工时由施工单位技术人员每4 m深度检查一次，并做好测量记录，造孔结束后由施工单位技术人员和监理共同测量井孔深度、垂直度，填写记录表，双方共同签字认可后有效。下井检查一定要特别注意人身安全。

6.3 施工参数控制

施工参数的确定应通过现场实验确定，按其实验最佳铺土厚度、落距、夯击次数控制。当料场改变时，施工参数也应做相应调整。

6.4 回填土质量检查

检查项目包括干密度、含水量、渗透系数，一般要求对每个井孔均应取样试验。冲抓回填夯实土，在监理人员指定的位置，由技术人员采取土样。无论主孔或套孔，距井底（1～2）m处取第一组土样，以后每回填（4～5）m取一组，每组取样3个，取样时监理在旁监督，采取的环刀土样经监理终检后，装塑料袋由质检员送试验室检测。对土样进行干密度、含水量检测必须在1 h内完成，在下一孔施工前将检测的干密度、含水量数据报监理认可，以确定是否继续施工。每孔井测定的全部干密度值合格率应大于90%，且不合格土样不得集中于某一坝段内，不合格干密度值不得低于设计干密度值98%，对不符合上述要求的井孔均应作返工处理。北汊水库冲抓套井回填施工，经现场试验，含水量、干容重、渗透系数均符合设计要求。

6.5 施工完成后的质量检查

施工完成后，应针对施工过程中有可能质量不能达到设计要求的套井孔，如土质条件较差、曾发生坍方段或地下水渗漏水比较严重，今后可能会影响防渗效果的地段应进行抽测，并随机抽查几个套井孔，抽查数量一般为套井数的2%左右，并不得少于3个。抽测办法可采用钻机在原套井中心用干钻法进行，分段取回填土样进行各项指标测定，也可利用原冲抓桩机进行检查，或上述两种方法配合进行。