冲抓套井技术在水库大坝防渗加固中的应用

(水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

冲抓套井技术在水库大坝防渗加固中的应用

张家柱

(水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

本文介绍了冲抓套井回填黏土技术在某水库大坝防渗加固中的施工方法和质量控制措施，并通过防渗墙体填土的压实质量、渗透系数的检测和蓄水后大坝防渗的效果观测，对该项技术的应用情况进行了分析评价。

冲抓套井； 技术； 黏土 防渗墙

1 工程概况

某水库是一座以灌溉为主结合防洪、供水和水产养殖等综合利用的中型水利工程。水库总库容1100万m3，其中最大滞洪库容622万m3，兴利库容478万m3，为Ⅲ等工程，主要水工建筑物为3级。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道和放水涵洞等组成。大坝长725m,坝顶宽度3.90～4.64m,坝高13.9m。设计洪水位35.03m, 校核洪水位36.02m。大坝于1959年动工兴建，后分多年续建，直至1964年建成。由于历史原因，大坝采用人工挑台土的方式填筑，坝基清基不彻底，部分坝段筑坝土料不合格，坝身填筑时存在社、队交接处的“交界沟”，受当时施工条件所限，填土压实质量达不到要求。大坝运行中存在坝基渗漏、坝身渗水、坡面散浸、两岸坝肩部位渗漏、坝脚部位已形成成片的沼泽化等问题，虽多次对部分坝段进行加固处理，但坝身、坝基渗漏问题始终未得到根本解决。为此，采用冲抓套井回填黏土防渗墙来进行大坝的防渗处理。

2 冲抓套井黏土防渗墙的主要设计指标

冲抓套井技术是利用冲抓套井机具，在土坝渗漏范围内的防渗体中造孔，用黏性土料分层回填夯实，形成一道连续的黏土防渗墙；同时，在回填夯击时，对孔壁土体挤压，使其井孔周围土体密实，提高坝体的质量，从而达到防渗加固的目的[1]。

2.1 冲抓套井黏土防渗墙体的有效厚度

黏土防渗墙体的有效厚度按下列公式确定[2] [3]

式中T——防渗墙的有效厚度，m;

H——最大设计水头，本工程为10.5m;

[J] ——黏土的允许比降，本工程取7.0。

2.2 套井造孔及平面布置

坝体冲抓套井回填黏土防渗墙布置在大坝轴线的两侧，套井排数为2排，第1排(上游)的套井孔中心线布置在坝轴线上游0.343m处，第2排(下游)的套井孔中心线布置在坝轴线下游0.55m处(详见图1)。冲抓套井回填黏土防渗墙墙顶高程37.70m, 造孔直径为1.10m,排距0.893m, 孔距0.86m。根据图1计算出防渗墙的最小厚度为1.579m>T=1.5 m,故大坝的防渗满足设计要求。

图1 冲抓套井平面布置

2.3 套井处理深度

根据工程的勘测资料，套井回填黏土防渗墙的处理深度深入坝基以下相对不透水层的粉质黏土中不小于2.0m,对左岸坝肩深入硬塑状的黏土层中不小于1.50m, 右岸坝肩深入中风化泥灰岩中。冲抓套井的最大深度达到22.0m。

2.4 套井回填土料及质量标准

根据《碾压式土石坝设计规范》的规定，回填土料宜为黏性土料，有较好的塑性和渗透稳定性，水溶盐含量不大于3%，有机质含量不大于2%，土料的渗透系数k<1×10-5cm/s。分层回填分层夯实后的压实度不小于96%，墙体的渗透系数k<1×10-5cm/s。

本着就地取材的原则，根据土料场的勘察结果，套井回填土料选择在库区范围内，本次回填土料的物理、力学性能试验结果见表1，回填压实土的抗剪强度、渗透系数试验结果见表2。

表1 回填土料的物理性能指标统计结果

表2 回填压实土的抗剪强度、渗透系数试验结果

3 冲抓套井回填黏土防渗墙的施工

3.1 施工技术要求

a.在施工前，首先准确放出大坝坝轴线位置，然后放出两排套井孔的中轴线以及每个套井的孔位，不得偏移。

b套井冲抓采用SJ2—95型冲抓钻机造孔，装载机装土回填，采用底部为蹄形的混凝土夯锤，夯锤重量10kN。直径0.90m。

c.冲抓套井回填黏土防渗墙的施工工艺流程为：放样—布孔—安装冲抓机—冲抓造孔—孔内清理—回填夯实—质量检验。

d.冲抓钻机造孔开孔直径1.10m。先施工上游排,后施工下游排，每排中按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。套井为整圆，主井被套井切割。

e.在规定的料场区内取土备料，将土料中的树根、草皮以及其他杂物清除，回填土料的土块的最大粒径不得超过10cm。回填土料的含水率严格控制在20%～25%之间。超出标准的土料需采用晾晒措施，不足标准的土料则需洒水，使其达到规定要求。制备好的土料采用塑料布覆盖好待用。

f.造孔经验收合格后，立即进行回填施工，采用装载机装运土料并回填至孔内，每层进行夯实，夯实质量必须达到规定的压实度要求。

3.2 施工中注意事项

a.造井时要求井壁垂直，同一排井的圆心必须在同一轴线上，造井过程中如发生孔壁塌方，必须就地回填并夯实，固结井壁后，才能继续造井。

b.造井完成后必须下井检查井底清基、造井深度、基岩开挖深度是否达到设计要求。

c.施工中如果终孔后井底有渗水，当渗水量很小时，将积水清除后立即下土回填并夯实，如果井底渗水较大和积水较多，可先回填干土吸水并夯实再抓除干净，直至井底基本无水时才正式回填。

d.为了缩短工期，使用多台机械同时作业时，作业面间的间距为150～200m。造孔从坝的中部开始，向坝端延伸。应避免从坝端开始施工，使坝体土向中间挤压，造成坝体产生横向开裂。

e.每排可以分段同时进行，每段先中间处开井，而后向左、右两侧延伸，每排套井要求分两序施工，主井(Ⅰ序)、套井(Ⅱ序)相间布置，一主一套相互套接连成井墙，Ⅱ序孔前后的Ⅰ序孔完成后，方可施工Ⅱ序孔。

4 冲抓套井防渗墙的施工质量控制及效果

4.1 工序质量控制

a.定期检查土料的质量，备好一批土料后，对其进行含水率控制，使回填土料的含水率严格控制在20%～25%的范围内。制备好的土料用塑料布覆盖待用，以防含水率增减。

b.为了做好施工过程中的夯实质量控制工作，在工程开工时，选择3个孔进行工艺性试验，确定其成孔的质量标准和夯实的控制标准。经过试验，最终确定冲抓孔内每层回填土的虚铺厚度为50cm(约0.5m3)，底部2～3层内夯锤落距为2.0m, 每层夯击数18～20次；底部以上部位每层的回填土的厚度为50cm，夯锤落距2～3m, 每层夯击数不少于15次；当距坝顶2.0m以内时，夯锤落距1.50m左右，以防止坝顶开裂，每层夯击数不少于20次。施工过程中均以夯锤落距和每层夯击数作为主要控制标准。

c.每个套井孔的回填夯实质量均做检验，夯击过程中在每个套井孔底部以上1～2m范围内取检测试样一个，以后每间隔3～4m取检测试样一个，对抽取的检测试样进行干密度和含水率试验。对抽取的检测试样达不到设计要求压实度的部位，重新进行返工处理直至满足要求，整个施工过程中返工的冲抓孔位6个。

4.2 冲抓套井防渗墙的质量检测

冲抓套井防渗墙施工完成以后，建设单位委托有资质的检测单位对冲抓套井回填土防渗墙采用钻孔取原土样的方法对其填筑夯实质量进行检测，在每排内随机均匀地抽取套井回填孔,每个井孔内按1.50～2.00m的间距钻取回填夯实试样一个对其进行干密度和渗透系数测定。

a.冲抓套井回填黏土防渗墙上游套井(第1排)共在8处墙体内抽取了57组试样进行试验,其压实度合格率为93.0%,在所有抽检样本中压实度最小值为94%。压实填土防渗墙的渗透系数为k=4.56×10-10～1.88×10-7cm/s,均满足设计要求。

b.冲抓套井回填黏土防渗墙下游套井(第2排)共在9处墙体内抽取了73组试样进行试验,其压实度合格率为94.5%,在所有抽检样本中压实度最小值为94%。压实填土防渗墙的渗透系数为k=3.63×10-10～3.21×10-7cm/s，均满足设计要求。

c.抽取130组套井填土的含水率检测成果表明：防渗墙填土含水率在21.4%～26.5%之间,平均值为23.5%；含水率在20%～25%之间的占93.9%，填土的含水率基本上达到了有效的控制。

4.3 冲抓套井防渗墙效果检验

冲抓套井防渗墙施工完成以后，水库正常蓄水两年来坝基和两岸坝肩部位未见有渗、漏水现象，原先的坝脚潮湿额沼泽化消失了，坝身部位原先发生渗水和散浸部位也消失了。通过防渗墙前、后的坝身、坝基内埋设的测压管观测数据显示：防渗墙前后的测压管水头差较大，墙后测压管内基本无渗透压。说明冲抓套井回填黏土防渗墙技术在坝体防渗加固中的应用是成功的，取得了较好的防渗效果。

5 结 语

冲抓套井回填黏土防渗墙具有防渗效果好，施工机械设备简单，套井的深度、井底的清理以及土料和回填夯实质量容易得到控制，而且土料有可就地取材、投资较少等特点。该技术能较好地实现对坝身、坝基的有效防渗加固。★

[1] 牛运光.病险水库加固实例[M].北京：中国水利水电出版社，1999：12-13.

[2] SL 274—2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002：26-27.

[3] 华东水利学院.水工设计手册第四卷:土石坝[M].北京：水利电力出版社，1984,64-65.

ApplicationofImpact-grabWellTechnologyinReservoirDamAnti-seepageReinforcement

ZHANG Jia-zhu

(Hydraulic Research Institute, Huaihe River Water Resources Commission, Ministry of WaterResources, Bengbu 233000, China)

In the paper, construction method and quality control measures of impact-grab well clay back-filling technology in dam anti-seepage reinforcement of one reservoir are introduced. Application condition of the technique is analyzed and evaluated through testing compaction quality and seepage coefficient of anti-seepage wall soil filling, and observing dam anti-seepage effect after water accumulation.

impact-grab well; technology; clay; anti-seepage wall

TV541

A

1005-4774(2014)09-0025-04