浅析小型水库除险加固工程中的冲抓套井回填工艺

胡素娥

坝体渗漏是蓄水型水利建筑设施普遍存在的工程隐患，也是不同等级病险水库除险加固工作所要解决的最基本问题。基于此，本文针对此类施工常用的几种方案措施进行比较分析，总结了冲抓套井回填技术对于治理小型水库土坝坝体渗漏现象存在的施工工期短、对原坝体结构破坏小、工程造价低的优势，并借助病险水库除险加固的具体实例，对该措施的工艺特点和操作要求进行了详细阐述。通过本文的工艺解析，可为同类水库坝体防渗除险提供技术参考。

坝体防渗;冲抓套井回填;小型水库;工程设计

小型水库是农业生产及农村日常生活中主要的蓄水型水利工程。以湖南省为例，现有水库达1.3万多座，其中小型水库占总数超过98%。这些小型水库大多建成于20世纪50～70年代，受当时设计水平、经济条件、技术能力、材料等诸多制约，加之又经过了多年的运行，目前普遍存在坝体渗漏、设施老化、建筑物破坏等问题，其中大坝渗漏是这些病险水库蕴藏的最为显著的安全隐患。渗漏现象的存在，不仅造成水库蓄水功能下降或低水位运行，使其正常工程效益不能充分发挥，而且会在很大程度上增加坝体发生溃坝的可能，对水库受益区人民的生命财产和水库自身的工程安全存在严重的威胁。因此对病险水库实施防渗治漏，提高其抗渗能力，是十分必要和迫切的，也是完善防洪体系的重点和难点内容。

本文以宁乡国庆水库为例，通过对同类施工中实施较多的几种方案进行综合比较，论述了冲抓回填方案的技术优势及施工工艺特点，以期对同类水库大坝渗漏处理方案的选择提供参考。

国庆水库坝址位于长沙市宁乡双江口镇新香村境内，距双江口集镇4.5km，距宁乡市25km。国庆水库集雨面积为0.21km，干流全长为0.50km，流域平均坡降为8.7‰，正常蓄水位47.45m，相应正常库容25.56万m，是一座设施齐全并集防洪、灌溉、养殖功能于一体的小（Ⅱ）型水利工程。坝顶高程49.00 m，最大坝高10.8m，坝顶宽4.5m，坝顶轴线长123.30m。

该水库始建于1973年10月，于1974年4月投入运行，属“三边”工程，由当地群众进行施工完成。为节省人力物力，降低工程造价，根据当地实际情况采取就地取材，大坝型式采用的是均质土坝。在除险加固前大坝运行状况一直较差，正常蓄水位运行时，坝体外坡45 m高程以下多处存在较严重的散浸现象（散浸面积达120 m，且在汛期散浸量增大趋势明显），因此属于带险情隐患运行的水利枢纽工程。为确保大坝正常运行，消除对水库受益区人民生命及财产安全的影响，因此急需对该大坝进行除险加固处理。

病险水库除险加固是保证水利设施安全运行和提高投资效益的关键内容。地质勘查结果显示，国庆水库坝体填筑土干密度为1.41～1.61 g/cm，不满足均质土坝的工程要求;而野外钻孔注水试验测得坝体填筑土的渗透系数k为3.2～4.7×10cm/s（推薦使用值4.3×10cm/s），明显高于坝体填筑土碾压后应有的质量标准（k小于或等于1×10 cm/s），表明该大坝外坡散浸的主要原因是填筑土夯压欠密实，导致土体的孔隙大、结构松散，使得渗透系数达不到土坝要求的防渗效果。因此，该水库消除病险的关键措施是对坝体的防渗漏处理。

土坝坝体防渗漏处理可采用的方案主要包括上游铺设复合土工薄膜、加做混凝土防渗墙、坝体冲抓套井回填等。现就各处理方案特点比较，如表1所示。

冲抓钻孔套井回填处理土坝渗漏的原理是利用冲抓式打井机具在土坝或堤防渗漏范围内钻孔造井，然后用粘土进行分层回填，并利用动力设备带动夯锤加以夯实，使其形成连续的套接粘土防渗墙来截断渗流通道，从而达到防渗目的。在工程设计中，具体的技术指标确定如下：

依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2020），防渗墙顶部在静水位以上的超高，对水库正常情况下的运用应高出静水位0.5m，而对非正常状态运用，防渗体的顶部应不低于静水位。冲抓套井的机械在坝顶施工，先从上向下造井然后进行土料回填，为方便工程开展，套井防渗墙的顶部高程设定为坝顶高程为限（即高程设定为49.0 m，如图1所示）。

距离国庆水库库区2km的土料场黏性土储量充足，运输与开采条件好。根据地勘推荐值，其渗透系数4.0×10 cm/s，孔隙比0.725～0.783，最大干密度1.63～1.65g/cm，最优含水量21.4～23.0%，压缩系数0.163～0.231MPa，完全满足《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求的防渗墙土料的物理性质。因此选择该处粘土作此次回填工程的防渗土料。

冲抓套井回填范围为整个大坝坝体，全长123.50 m。根据《湖南省病险土石坝工程治理研究》及相关文献，防渗墙的有效厚度是通过有效渗透稳定计算求得其渗透坡降小于允许渗透坡降的条件决定的，粘土防渗墙的允许渗透坡降为6～8，确定防渗墙的有效厚度为大于等于防渗墙承担的最大水头除以粘土防渗墙的允许渗透坡降。冲抓套井回填孔、排距和有效厚度的相互关系如表2所示。

假定α= 45º，则L = 0.78 m，= 0.78 m，根据上述与的大小关系，取 = 0.78m就可通过冲抓套井回填设置防渗墙。因此此次国庆水库防渗工程采用单排孔设计，孔距为78 cm，主井和套井之间搭接长度为32 cm，形成的防渗墙宽78 cm（如图2所示），需处理123.5 m坝体上共计158孔，造井-回填的工程量总计1115.80 m。

冲抓套井回填深度为回填防渗墙底缘伸入至相对不透水层以下1 m，具体布置可见冲抓套井横断面示意图图1。

冲抓套井回填处理土坝渗漏宜于在水库低水位情况下施工，首先应选择水位符合施工要求的时段，因此需避开洪水期并将水放至施工要求水位;其次，为避免施工与蓄水的矛盾，需将河床深孔段进行处理，然后再对坝端浅孔段施工，按照先主井、后套井的顺序进行;第三，为便于移孔，应采取沿直线方向前进施工的方法。除此之外，为便于安置冲抓机，应先将挡土墙推翻后，再进行冲抓施工，其施工程序与工艺流程如图3所示

严格达标的施工质量是工程能否成功的关键。在工程施工中，从造井到回填各个环节的技术操作需进行严格的质量控制，具体要求细节如下：

造孔：造孔要保证平整垂直，孔位允许偏差正负3 cm，端孔倾斜不得大于0.3%，否则将影响防渗墙的有效厚度。为了防止井孔偏斜，造孔时定位要对准中心桩，三角架垫应保持平稳，且不能移位，而且挂钩器要始终保持水平位置，造孔顺序，采用间隔法进行，先主井，后套井，即1、3、2、5、4、7、6、9、8......，具体见图4。

回填：钻孔达到设计孔深后，为避免塌方应立即进行回填。位于库水位以下的井段，为防止井内积水，必须快速填至库水位以上，中途非特殊情况不得停歇，保持底部无水。更重要的是保证回填土料的质量，不仅要去除土料中的杂物，而且要经过现场土工试验，将其粘粒含量、干容重、及含水量等控制在《碾压式土石坝设计规范》设定的范围内。

夯实：填筑土的击实是保证施工质量的关键，其在很大程度上决定着坝体的抗渗强度和坝面的抗开裂强度。遵循夯实进土，不在夯顶形成堆积的原则，使夯击填土充分向周围挤压。此外，为提高夯压效果，在夯击过程中要求夯锤保持稳定，不得左右摇摆和碰撞井壁。当夯实10m以下的井段时，可适当加大夯锤落距，以增加夯锤的冲击作用，扩大对井孔周围土体的挤压。但当回填到距坝顶2 m以内时，应减少夯距，夯锤提升高度小于2 m，以防坝面开裂或回填井周围土体隆起。

在施工过程中，上述几个环节必须严格执行设计标准，现场控制工程尺度，及时取样检查回填土质量并测定夯实后的干密度和含水量，确保合格率不小于90%，且不合格干密度不低于设计干密度的98%，同时不合格样不得集中。

冲抓套井回填技术的工序简单、工程概算低、质量易把控，而且便于就地取材，是工程量小、经济可行的小型水库防渗加固措施。利用此方案对国庆水库进行除险加固，采用单排孔套井回填可使坝体防渗系数降低到1×10cm/s以下，从中等透水带转为弱透水带，不仅有效地实现病险水库防渗除险的目的，而且工程量共计1116 m，投资金额不到24万元，还完整保持了原有坝体的结构，具有高的环保达成度，值得在类似工程中推广和应用。

[1]牛运光.土坝安全与加固[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[2]张启岳.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[3]邹玉华.浅谈中小型水库土石坝的除险加固设计[J].四川水利，2009（5）：52-54.

[4]庹进朗，汤志辉，孙慕群，等.冲抓套井回填粘土防渗墙的应用[J].中国农村水利水电，2007（4）：122-124.

[5]丁昭佐，沈宽勇，简士洋.探讨中小型水库土石坝的除险加固设计[J].黑龙江水利科技，2014（2）：120-122.

[6]牛远光.病险水库大坝除险加固实例连载（之十）：上石坝水库大坝加固[J].水利建设与管理，2002（5）：75-76.

[7]王海丽，黄锦林，陈亮雄.套孔冲抓粘土防渗墙在水库除险加固中的应用[J].广东水利水电，2005（5）：32-33.

[8]龙秋亮.某水庫除险加固总体施工方案分析[J].中外建筑，2016（8）：166-169.

[9]王汉夫.浅谈土坝（堤）冲抓套孔防渗墙的设计与施工[J].广东水利水电，2003（4）：63-64.

Dam leakage is a common hidden damage of water-storing hydraulic projects， and it is also the most basic problem to be solved in the reinforcement of various types of dangerous reservoirs. Based on a concrete example of removing dangers and strengthening for dangerous reservoirs， in this paper， several technical schemes widely used in anti-seepage and plugging for small reservoirs were comprehensively compared and analyzed. It points out that casing well backfilling technology owns the obvious advantages of short construction period， little damage to the original dam structure and low project cost， and is one of the most effective measures to deal with the water leakage from earth-dams. Through the discussion， it can provide useful technical reference for the reinforcement of other similar reservoirs.

dam anti-seepage;casing well backfilling;small reservoirs;engineering design