东坞弄水库大坝套井回填技术应用

程 健

浙江中水工程技术咨询中心，浙江杭州 310004

东坞弄水库大坝套井回填技术应用

程 健

浙江中水工程技术咨询中心，浙江杭州 310004

浙江省自2003年开展千库保安工程建设以来，已经完成了近600座中小型水库的除险加固任务，这类中小型水库较多存在大坝渗漏问题，一般采用套井回填进行大坝防渗处理，该施工技术已经相对成熟。本文通过工程实例，详细介绍套井回填技术在实际工程中的应用。

千库保安；除险加固；大坝渗漏；套井回填

1 概述

浙江省自2003年开展千库保安工程建设以来，已经完成了近600座中小型水库的除险加固任务，这类中小型水库较多存在的大坝渗漏问题，一般采用套井回填进行大坝防渗处理，该技术经过若干年的发展，已经相对成熟，套井回填具有机械设备简单、施工方便、工程量小、工效高、造价低及防渗效果好等优点。

套井回填技术最早起源于20世纪70年代初期浙江省温岭市，该技术在处理堤坝渗漏中，效果非常明显，随后在实践中不断得完善和发展，逐步推广到江西、湖南、四川等10多个省。所谓套井回填的机理，即利用冲抓钻，在土坝或堤防渗漏范围造孔，然后用粘性土料分层回填夯实，形成一连续的套接粘土防渗墙，截断渗流通道，起到防渗的目的。

2 套井回填在工程实例中的运用

2.1 工程概况

东坞弄水库位于浙江省临安市横畈镇泉口村南面，坝址以下距离泉口村约0.7km，距离横畈镇约10km，距离临安市区约17km。水库流域水系隶属中苕溪。东坞弄水库坝址以上集雨面积0.22km2，总库容16.2万m3，正常库容12.8万m3。东坞弄水库是一座以灌溉为主，兼作饮用水水源的小（2）型水库。

东坞弄水库枢纽由挡水坝、溢洪道、放水设施等组成。水库大坝为粘土心墙坝，坝顶长73.0m，宽约1.3m，坝顶高程52.4m，最大坝高14.5m。该水库于1958年动工兴建，1972年完工投入运行，至今已运行近39年，目前水库存在的主要问题是大坝1/5坝高位置沿全坝线存在渗漏，范围广，流量大，严重影响了水库蓄水并危及大坝安全。

2.2 防渗方案确定

项目设计小组对东坞弄水库进行了现场查勘，并针对水库大坝的渗漏问题进行进行了讨论，分析认为东坞弄水库建设年代久远，当时施工技术、施工机械不成熟，大坝心墙填筑质量较差，经过近四十年的运行大坝心墙防渗性能已经大大降低，从而引起坝体全坝线渗漏。由于本水库大坝为粘土心墙坝，不适合采用土工膜或粘土斜墙等上游防渗处理方法，若采用砼防渗墙技术则由于成本太高无法实施，考虑到东坞弄水库坝高仅14.5m，该坝高完全适合采用套井回填技术进行坝体防渗。

2.3 套井防渗墙设计

套井防渗墙设计主要包括防渗墙厚度确定、套井孔径、间距、孔深及套井范围确定。

1）套井防渗墙厚度可根据渗透计算确定

d =Δh/J

式中，d为套井防渗的最小厚度（m）；

Δh为套井防渗体上下游水位差（m），由心墙渗透计算确定，这里取4m；

J为套井的渗透坡降，根据现有试验资料一般可取3～5。

将Δh =4m，J=5.0代入上式，可得d=0.8m。

根据相关试验资料，土坝由于冲抓钻建造防渗墙的侧向挤压作用，一般影响范围约为套井边缘外0.8m～1.0m，其中符合设计干容重要求的有效环形厚度为0.2m～0.3m。根据常规造孔工艺，造孔孔径一般为1.1 m～1.2m，则单排套井一排套井的实际有效厚度为1.3 m～1.4m，为安全起见，本水库采用1.2m孔径钻孔，其有效厚度至少达1.4m，完全满足计算套井防渗最小厚度要求。

故设计采用套井孔径为1.2m，单排孔。

2）套井孔距确定

套井孔距决定于两孔间的搭接长度，搭接长，则孔距小，增加套井工程量。反之，搭接短，则孔距大，可减少总孔数，但有效厚度要下降，过去主要考虑搭接处要达到70cm～80cm厚度，套井中心距一般为60cm～70cm。实践证明，由于夯击时侧向挤压作用，套井搭接处的坝体渗透系数要小于套井中心处的渗透系数，因此，套井搭接处的厚度虽然小于套井中心处，但防渗性能大于中心处，说明两孔套接处不会产生集中渗流，套井孔距可以适当加大。因此本水库将套井孔径由过去的60cm～70cm加大到80cm，该处理办法在保证套井防渗性能的同时节省了工程量，进而降低工程造价。

3）套井孔深确定

根据地质资料，东坞弄水库坝体渗漏不论是纵向还是横向都存在着范围广，渗漏位置隐蔽等特点，另外坝基可能存在接触渗漏，为安全起见，本水库套井孔深要求深入坝基基岩面，并要求清除表层风化碎石。

4）套井回填粘土参数确定

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001），心墙坝回填土料渗透系数要求≤1×10-5cm/s。因此套井回填压实后土料渗透系数应满足≤1×10-5cm/s，同时水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐）按质量计不大于3%；有机质含量按质量计不大于2%，并要有较好的塑性和渗透稳定性。

2.4.1 套井孔位布置

图1

东坞弄水库大坝套井回填孔位共布孔78个，平面上呈1主1副交错布置（见图1套井回填孔位布置图），套井施工通过主副孔交错造孔，回填夯实粘土，前后搭接，形成完整连续的墙体。对左右坝肩心墙埋深较浅部分由于不便于器械造孔，采用人工明挖，回填夯实粘土。由此沿坝轴线形成封闭防渗体。

2.4.2 套井施工工序

冲抓钻套井施工工序主要是造孔、加填、夯实3个环节，其详细工艺流程如下：

放样布孔→架机对中→造孔→下井检查清理→回填夯实→质量检查→移机。

2.4.3 施工平台开挖

东坞弄水库在施工前要求先将水库库水位降低至死水位，并开挖坝顶1m至51.4m高程，此时坝顶宽度约有4.0m左右，坝顶平台基本能满足套井钻机操作及车辆土料运输要求。

2.4.4 冲抓机械造孔

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套井造孔施工顺序安排如下：先打Ⅰ、Ⅲ号主孔 (见图1平面布置图)，回填夯实后，再打Ⅱ号副孔，再回填夯实，然后打Ⅴ号主孔，回填夯实后，再打Ⅳ号副孔，依此类推，按顺序进行。套井施工造孔时凭借造孔机具自重向孔内冲击，冲击时，叶片张开，并插入井孔土层，冲击后，操作卷扬机使钢丝绳收紧，带动滑轮组使叶片闭合，将土抓住，然后把整个机具提升至孔口，并挂于支撑三脚架上挂钩，挂钩后，放松钢丝绳，叶片在重力下自动张开，向孔外卸土，卸土完成再将机具从挂上脱下，即完成一次冲抓。然后再次进行冲击，开始下一次循环。如此循环直至挖到设计深度。

套井钻孔要垂直，这是施工造孔中的关键，否则会影响防渗墙的搭接和有效厚度。套井造孔要求孔斜率小于0.4%，有效搭接厚度要求不小于设计墙厚的90%。为防止井孔偏斜，造孔时，定位要对准中心桩，三脚架垫应保持平稳，避免钻头摆动而影响造孔质量。施工中要及时检查造孔是否平整垂直，如发现井壁已歪斜，必须查明原因，并及时纠正。

2.4.5 粘土回填

套井回填土料前应下井检查，下井检查应有安全下井机具，检查时应把井底浮土、风化碎石清理干净，并保持无水。回填土料含水率等施工参数应通过试验确定，对于含水量过高的粘土，要求先晾晒一至两周再取土回填。同时粘土料要求去除草皮、树根、个别石块等杂物。回填铺土要均匀平整，分层填筑，铺土不宜过厚，控制在30cm以内。

2.4.6 粘土夯实

粘土的夯实是提高粘土的密实度和抗渗性能的重要环节。击实次数与每层土的厚度及夯击功能参数有关，应通过理论计算并结合击实试验确定。计算公式如下：

h为填土层厚，取0.3m；

E为击实功能，t·m/m；

Q为锤重，t；

H为夯锤落距，m。

2.4.7 质量检查

套井回填质量检查是套井回填质量控制的重要环节，其内容包括土料检查、井孔检查、施工参数控制及回填土检测等项目。其中，施工参数的确定应通过现场试验确定，按其试验最佳铺土厚度、落距、夯击次数控制。回填土质量检查包括干密度、含水量、渗透系数。一般要求对每个套井均应取样试验，并记录备案。

2.5 施工中遇到问题及常规处理办法

参见周遍类似工程，套井施工常见问题主要有：塌孔、孔位偏斜、孔内渗水等，本次项目设计时也给出了合理的建议。

1）针对回填中常见的塌孔问题，本次设计认为可向塌孔内回填掺有一定比例的膨润土的粘土，反复冲击锤打，然后继续回填，继续冲击锤打，直至不再发生塌孔为止；

2）对于造孔中孔位偏斜的问题，可在发现孔位偏斜后采用毛竹条，用光滑面拉住冲抓钻钢丝绳，调整钻头至孔位中心，轻打勤测，直至纠正孔斜为止；

3）若造孔中发生孔内渗水，渗水量不大时可采用小水泵抽排，并回填粘土，抓取置换，即可解决孔内渗水。若渗水量较大，且持续时间长，则应查明原因，确定渗水来源，若为心墙内残留水，可在孔位周边套打小孔径排水井，配合小水泵抽排降低心墙内地下水位，一般即可解决孔内渗水难题。

3 结论

东坞弄水库在经过套井回填技术处理后，大坝心墙的防渗性能大为提高，基本解决了该水库的漏水问题。通过浙江省近几年中小型水库除险加固中成功运用套井回填的案例表明，坝高不高（一般为30m以内），土层不复杂的粘土心墙坝均可采用套井回填技术处理大坝防渗问题。该技术同时具有施工简单，造价低，工期短的特点，因此能在全国较多省份迅速推广。

式中：Kp为压缩系数，由试验确定，其值为0.35～0.55；D为孔径，等于1.2m；

[1]碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）[M].北京：中国水利水电出版社.

[2]牛运光.土坝安全与加固[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[3]顾辉.病险水库土石坝加固设计[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

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1674-6708（2011）36-0201-02