套井回填技术在大坝防渗中的应用

2013-10-25朱兆平

中国水利 2013年12期

朱兆平

（浙江同济科技职业学院，311231，杭州）

20世纪60年代，浙江省天台县农机厂对机动打井机进行了改进，改变了打井机只挖井不回填的性能，试制出了能自动挂卸的冲抓式打井机具。1972年，浙江省温岭县首次将冲抓式打井机用于处理土坝渗漏，取得成功。由于该技术方法简单，操作方便，投资低廉，效果明显，很快在浙江省部分地区推广。1978年，套井回填技术得到浙江省病险水库处理经验交流会肯定，开始在全省范围内推广，并应用于省外很多水库除险加固工程。1998年，水利部《土石坝养护修理规程》肯定了套井回填技术，并进行了规范，作为成熟技术向全国推广。

所谓套井回填就是水库大坝坝体除险加固和防渗漏处理的一种施工方法，用冲抓机造孔，然后用黏土回填并用夯实锤夯实黏土，施工完成后相当于在坝体中构筑了一道黏土防渗墙。

一、工作机理

利用冲抓式打井机具，在土坝渗漏范围内沿大坝纵向布设井位，井位套井位，相邻井位有效搭接，井位内用黏性土料分层回填，并用重锤夯实，在大坝内沿纵向形成一个连续的黏土防渗墙。同时，在重锤夯击时，对孔壁土层造成挤压，使井孔周围土体密实，有效截断渗漏通道，提高坝体防渗性能，从而达到了防渗加固的目的。

二、适用条件

①适用于均质坝和宽心墙坝。②适用于筑坝土料质量差或填筑质量差，导致浸润线出逸点过高，背水坡出现大面积散浸（渗水）的隐患处理。③适用于坝体分期施工时接合面未处理好，在坝体中形成水平薄弱层面，高水位时成为集中渗漏的隐患处理。④适用于汛后对漏水通道的处理。⑤适用于坝下涵管严重破损而无法修理时对管身进行回填处理。⑥适用于土坝白蚁蚁害处理，掺加药物对蚁路、蚁巢进行毒土回填。

套井回填技术也有局限性。对于砂砾透水地基的渗漏问题、坝体与两岸山坡接触面的渗漏问题，采用套井回填技术处理效果不够理想。此外，为保证施工质量，要求井孔垂直，故套井深度不宜超过30 m。

三、工艺流程

套井回填施工工艺流程为：场地平整—主孔冲抓挖土方—主孔冲抓回填土方—套孔冲抓挖土方—套孔冲抓回填土方—主孔冲抓挖土方—主孔冲抓回填土方—套孔冲抓挖土方—套孔冲抓回填土方，如此依次循环。其造孔和回填夯实的顺序如图1所示：先冲抓造孔并回填夯实孔1，接着造孔回填夯实孔2，再在孔3处造孔回填夯实，注意保证在孔3处造孔时不偏孔，相邻孔内土层硬度基本一致，如此循环做孔4，再做孔5。

四、技术要求

1.井位布置

井位一般沿坝轴线偏上游布置，两端必须超过渗漏范围3～5 m，井底高程必须在渗漏高程以下1～2 m。

井位布置时，首先应通过渗流计算，从而确定防渗墙厚度δ。采用冲抓式打井机具造孔，开孔直径一般在1.1～1.2 m。以造孔直径1.1 m为例，如果要求防渗墙厚度δ为0.8 m，则一般布置单排套井，孔距为0.75 m，如果要求δ为1.6 m，则应布置双排套井，梅花形布置，呈连环状，排距0.8 m，孔距0.98 m，防渗墙有效厚度能达1.6 m。

根据对采用套井回填技术的黏性土防渗墙质量研究，当坝高20 m以内时，如采用单排套井，有效厚度0.8 m，处理坝体渗漏效果良好。这是由于老坝体还有部分防渗功能，回填土料时对周围土体有挤密压实作用。

2.土料要求

回填土料应选用黏土，质量应与碾压式土坝心墙土料的要求相同。参照土坝设计的要求，土料应进行以下项目的试验：①有机质、水溶盐的化学性质；②颗粒组成及颗粒比重，套井回填土料的黏粒含量一般应大于35%；③土料含水量及干密度；④土料的液限、塑限；⑤标准击实试验，求得最大干密度、最优含水量及压实功能；⑥渗透系数。

每个料场一般应视土料多少，做1～3组土料试验，每组土料取土100 kg（其中的原土应用环刀取土样）送到有资质的土工试验单位进行试验。各地在实际的套井回填施工中，选用的土料场黏粒含量一般大于30%～35%，含水量接近最优含水量，压实后渗透系数小于1×10-5cm/s。

3.造孔施工

①造孔施工前，应将水库放空。②要严格按先主井后套井的顺序施工。套井沿施工轴线依次编号后，先施工1号、3号孔，再施工2号孔。为保证回填防渗墙的有效厚度，当2号孔造孔完毕后，应由施工监理下井检查，保证防渗墙达到设计的有效厚度。如由于套井偏斜造成套接厚度小于设计有效厚度的90%时，应在其下游侧补打1孔，以符合有效厚度要求。③严格控制井孔的垂直度。造孔的关键是要求井孔垂直，一般在套井施工时可先造孔2 m深，检测其倾斜度，确定钻机架设平稳后再向下抓进。虽然有的工程提出井的偏斜度应在4‰以内，但是很难监测控制。④造孔应连续作业，不得停歇，以免塌孔。⑤监测记录。在造孔施工过程中，随时注意坝体老土的颜色、颗粒结构、有无杂物等，逐一作出记录。造孔结束后，由施工记录员缓缓下井观察井壁状况，做出描绘记录（如是否有渗漏通道痕迹等）。每造10个孔，每孔深5 m，取老坝体土样1个做干密度、含水量试验，作为以后大坝管理的基本资料。⑥在造孔施工时，从坝体内抓出的废土应及时运出，不准堆放在井周围，以防引发坍井事故。

4.回填施工

回填施工应注意以下事项：

①打井完毕后，应立即连续进行分层回填黏土夯实。②回填土料前，检查井的深度是否达到设计要求；清除井底浮土及杂质；如有积水应用松干土料回填吸干，再抓出松土，直至井底无水时才能开始回填。③对每层填土厚度、夯锤重量、落锤高度、夯击次数等参数应先进行试验，以达到设计控制干密度（压实度）、渗透系数的要求，还应考虑夯击对坝体的震动要小。④回填土料应选用含水量符合设计要求、颗粒松散的黏壤土。如含水量不符合设计要求，应进行翻晒或洒水处理。⑤分层回填厚度以0.3～0.5 m为宜。回填土料夯实以压实度控制，一般要求压实度大于0.95，即夯实后达到的干密度达到最大干密度的95%以上。如设定分层夯实后的厚度为H(m)、套井孔径的截面积为F(m2)、回填土料的湿密度为P湿，则每层倒入井中松土的质量为 G=F×P湿×H。⑥夯击时夯锤落距2～3 m，夯击次数20～25次。当出现严重塌孔时，可用土回填击实后，再进行冲抓。⑦套井回填施工结束后，应由上级质量监督机构主持，对套井施工质量进行抽查。

五、工程实例

1.工程概况和渗漏隐患

浙江省淳安县大毛岭水库位于浙江省淳安县，建于1971—1978年间。水库集雨面积7.8 km2，最大坝高35.17 m，总库容 220万 m3，是一座黏土心墙坝。由于施工前未做地质勘测，施工中急于求成，工程质量较差。蓄水运行后即发现涵管和坝脚漏水，经三角量水堰观测，最大渗流量40.2×10-3m3/s。1981年进行地质钻探，查明心墙土料含砂、砾达40%，渗透系数为 1.06×10-3～3.47×10-5cm/s；心墙中有6～8层黑褐色耕作土，在高程112 m与124 m处有厚80 cm的冻土层；坝顶坝轴线附近有一条纵向裂缝。坝基地质强风化层未清除，左坝肩山体破碎，绕坝渗流严重。

2.套井回填的设计和施工

大坝隐患处理经过多种方案比较后选定在坝基进行水泥帷幕灌浆，坝身采用套井回填黏性土防渗墙，如图2所示。

原设计最大坝高处设3排套井，实际施工时改为先沿坝轴线打一排套井，孔距0.75m，然后在套井下游侧再打一排，排距1.1m，孔距仍为0.75m。套井深入到已进行帷幕灌浆的基岩表面以下0.5m处。1984年完成第一排套井131孔3295 m，1986—1987年完成第二排套井81孔2601m，套井施工质量较好。