沖抓套井回填技術(shù)在北汊水庫大壩防滲中的應(yīng)用

肖必超 彭根文

（華容縣東山水庫管理所華容縣414203）（湖南省光輝監(jiān)理有限公司岳陽市414000）

1 水庫基本情況

北汊水庫位于華容縣南山鄉(xiāng)境內(nèi)，屬藕池河?xùn)|支下游北側(cè)，禹磐大垸上西湖汊上。水庫壩址距華容縣城區(qū)12 km。該水庫控制集雨面積17.5 km2，總庫容1 345萬m3，正常蓄水位30.5 m,正常庫容1 113萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利工程。樞紐工程由主壩、六座副壩、泄洪閘、6處灌溉輸水涵等主要建筑物組成。主壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高10.5 m，壩頂高程33.5 m，壩頂寬5 m，壩軸長1 455 m；6座副壩壩頂高程除3#副壩為33.0 m外，其余均為32.5 m，壩高（6～9）m，壩頂軸線總長1 730 m，壩頂寬（3.3～4.3）m。樞紐于1975年9月動工興建，1978年12月基本竣工。當(dāng)時工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差，通過30多年運行，工程老化，樞紐各建筑物均存在不少病險隱患，并日趨嚴重，嚴重危及大壩安全，樞紐一旦失事將給水庫下游華容縣城、南山、景港、新河等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的4.16萬人口及0.22萬hm2（3.3萬畝）農(nóng)田等的安全造成嚴重威脅。為保證水庫安全運行，充分發(fā)揮工程效益，需對主副壩均進行沖抓套井回填處理。

2 大壩地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露情況及土工試驗資料，將主壩壩體及壩基分為4個區(qū)：Ⅰ區(qū)：壩體上部，厚（3～5）m填筑土范圍，黃色為主的粉質(zhì)粘土，含碎石，松散～稍密，濕，可塑，標(biāo)貫6擊，粘粒含量30%～47%，粉粒含量46.5%～64%，液性指數(shù)ⅠL=-0.06～0.7，塑性指數(shù)ⅠP=12.6～20.1，孔隙比0.827～1.390。Ⅱ區(qū)：壩體中下部，厚（6～8）m填筑土范圍，灰色為主的粉質(zhì)粘土，稍密，濕，可塑，粘粒含量30%～45%，粉粒含量51%～62%，液性指數(shù)ⅠL=-0.17～0.96，塑性指數(shù)ⅠP=11.7～25.8，孔隙比0.929～1.351。Ⅲ區(qū)：壩基上部，厚（4～5）m，黃色粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，濕或稍濕，軟塑，粘粒含量38%～40%，粉粒含量55.5%～57%，液性指數(shù)ⅠL=-0.6～1.02，塑性指數(shù)ⅠP=12.9～16.8，孔隙比1.013～1.138。Ⅳ區(qū)：壩基下部，分為3個小區(qū)。Ⅳ－1區(qū)：厚（5～6）m，灰色、深灰色粉質(zhì)粘土，偶含淤泥質(zhì)或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，濕，軟塑～可塑，局部底部含粉砂。Ⅳ－2區(qū)：厚（2.8～3.4）m，黃色粉質(zhì)粘土，濕，可塑，密實，局部含粉砂，偶夾灰綠色粘土，標(biāo)貫9擊。Ⅳ－3區(qū)：砂礫石區(qū)，以細砂、中粗砂為主，占70%，礫石成分以石英為主，礫徑（0.2～0.8）m，含泥，厚度不詳。

3 沖抓套井回填的原理

沖抓套井回填是一種垂直防滲技術(shù)，適用于中、小型均質(zhì)土壩、心墻壩的防滲加固處理，該技術(shù)主要是在土壩滲漏范圍內(nèi)原防滲體中，沿壩軸線單排或多排布孔，利用沖抓錐取土造井，再向套井內(nèi)分層回填粘土（層厚25 cm～30 cm），由鉆機的動力和卷揚設(shè)備帶動夯錘加以夯實，形成一道連續(xù)的套接粘土防滲墻；同時，夯實對孔周圍土體有壓實作用，使壩體局部密度增大、滲透系數(shù)減小而達到截斷壩體滲流的目的。

4 設(shè)計要點

沿大壩壩頂中軸線偏上游1.5 m，單排布孔，采用主、套井相間布置，一主一套相連成井墻，井孔徑1.1 m，孔距0.78 m，井孔深入壩基淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層1.0 m?；靥钫承酝亮弦笳沉：?5%～50%，小粒徑石子含量不超過10%，滲透系數(shù)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 施工工藝

5.1 施工工藝流程

沖抓套井施工操作主要是造孔、回填、夯實3個環(huán)節(jié)，其詳細工藝流程如下所示：放樣布孔→架機對中→造孔→下井檢查→人工清理→回填夯實→質(zhì)量檢查。

5.2 施工機械設(shè)備和原材料

施工主要機械設(shè)備有：8JZ—95型沖抓式打井機、三角架、卷揚機、夯錘、棄土車、自翻斗車、挖掘機、自卸汽車等。沖抓井孔徑1.1 m，夯錘直徑要大于90 cm，錘重800 kg以上。開工前要做2～3個試驗孔，檢驗設(shè)備技術(shù)狀況、性能是否滿足施工需要，是否符合設(shè)計要求。

大壩沖抓回填材料為粘土，本工程料場位于南山鄉(xiāng)蓮花窖，公路運距7 km。料場土要做詳細的土工試驗，按施工規(guī)范及監(jiān)理要求取土料檢測試樣，送交資質(zhì)滿足要求的具有法律效力的檢測單位進行檢測，確保土料滿足設(shè)計要求。

5.3 沖抓套井的定位與放樣

根據(jù)業(yè)主和監(jiān)理提供的大壩水準(zhǔn)點，測量沖抓壩段壩頂高程，每50 m壩長留一固定高程點，在施工區(qū)以外距第一孔和終孔各10 m設(shè)永久性固定樁。鉆孔中心線位于壩頂中軸線偏上游1.5 m，第一孔中心樁位置在樁號0＋000處，然后每間隔0.78m打中心樁，并用元釘釘在樁頂上控制孔距。所有施工放樣和移機定位均用鋼卷尺進行。

5.4 造孔

造孔的施工順序是：先施工單號主井，再施工套井井孔，套打前進。如在同一排井先打主井1#、3#井，回填夯實后，再打套井2#井，回填夯實后，再打5#井，回填后打4#井，依此類推，按順序進行。

造孔前必須將水庫水位降低到要求處理的高程以下；造孔應(yīng)連續(xù)作業(yè)，不得停歇，以免塌孔；造孔時機架要保持固定平衡，不得因震動而產(chǎn)生位移。沖抓鉆機要垂直打孔，嚴格控制井孔的垂直度，這是施工操作的關(guān)鍵，否則會直接影響防滲墻的有效厚度。保證井口至井底最大偏移不得大于孔深的0.4%，相鄰兩井壁交點距不小于77 cm（有效防滲厚度）。鉆機定位時孔位中心偏差不得大于3 cm，造孔深度深入壩基淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層1.0 m以下。

5.5 回填

回填土料前首先檢測土料含水量，工地試驗合格后書面通知現(xiàn)場質(zhì)檢員，由監(jiān)理最終確定是否回填。超過施工允許含水量范圍的土料，應(yīng)在取土區(qū)挖開翻曬（灑水），對儲留工地較長的回填土料，視其天氣加測土料的含水量?；靥钔亮狭揭话悴坏么笥? cm，并不準(zhǔn)摻有草皮、樹根等雜物。

在土料回填前，應(yīng)下井檢查，把井底浮土、碎石等雜物清理干凈并保持井內(nèi)無水。井內(nèi)有滲水時要抽干，或傾倒干的廢土，反復(fù)用沖抓鉆抓凈，把水吸干，然后回填粘土。如井壁有滲水，應(yīng)在滲水方向布置副井，用深井泵抽吸，攔截滲漏水，保證套井回填的質(zhì)量。

打井完畢后，應(yīng)立即連續(xù)進行分層回填粘土夯實；回填鋪土要均勻平整，分層回填，鋪土層不宜過厚，以（30～40）cm為宜。向井里倒回填土?xí)r，夯錘要提出井口平面1.5 m以上，使入井土均勻灑落在井內(nèi)。每次向井里倒土，均要用板車裝量，以便控制數(shù)量，保證回填土的厚度滿足要求。

5.6 夯實

合理夯實是提高土密度和抗?jié)B強度的重要環(huán)節(jié)，因此對保證填土的質(zhì)量是關(guān)鍵，要求對夯重、落距、夯次等都必須經(jīng)試驗做最佳的選擇。

夯土?xí)r要分層夯實，夯實時落錘要平穩(wěn)，提升后自由下墜，不使鋼絲繩抖動。夯錘落距宜小，不要忽高忽低。一般控制夯距為2 m，夯擊次數(shù)為20次。當(dāng)距壩頂2 m以內(nèi)時夯距可小于2 m，以防止壩頂開裂?；靥钔梁粚嵥俣炔怀^4.5 m/h。

6 質(zhì)量檢查

6.1 土料的檢查

做好料場選擇工作，確保土料滿足設(shè)計要求。土料回填前嚴格控制含水量，以確保土料回填的質(zhì)量。施工前檢查土料是否在料區(qū)范圍內(nèi)開采，取土前是否已將草皮、樹根等覆蓋層清除干凈，排水系統(tǒng)、防雨措施是否完善，土料性質(zhì)、含水量等是否符合設(shè)計要求。

6.2 井孔的檢查

井孔檢查內(nèi)容包括：

（1）檢查井底的清基及積水的排除。

（2）測量孔深是否達到設(shè)計要求的深度。

（3）測量井孔垂直度是否滿足設(shè)計與規(guī)范要求。

按施工質(zhì)量要求，井口至井底最大偏移不得大于孔深的0.4%，施工時由施工單位技術(shù)人員每4 m深度檢查一次，并做好測量記錄，造孔結(jié)束后由施工單位技術(shù)人員和監(jiān)理共同測量井孔深度、垂直度，填寫記錄表，雙方共同簽字認可后有效。下井檢查一定要特別注意人身安全。

6.3 施工參數(shù)控制

施工參數(shù)的確定應(yīng)通過現(xiàn)場實驗確定，按其實驗最佳鋪土厚度、落距、夯擊次數(shù)控制。當(dāng)料場改變時，施工參數(shù)也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。

6.4 回填土質(zhì)量檢查

檢查項目包括干密度、含水量、滲透系數(shù)，一般要求對每個井孔均應(yīng)取樣試驗。沖抓回填夯實土，在監(jiān)理人員指定的位置，由技術(shù)人員采取土樣。無論主孔或套孔，距井底（1～2）m處取第一組土樣，以后每回填（4～5）m取一組，每組取樣3個，取樣時監(jiān)理在旁監(jiān)督，采取的環(huán)刀土樣經(jīng)監(jiān)理終檢后，裝塑料袋由質(zhì)檢員送試驗室檢測。對土樣進行干密度、含水量檢測必須在1 h內(nèi)完成，在下一孔施工前將檢測的干密度、含水量數(shù)據(jù)報監(jiān)理認可，以確定是否繼續(xù)施工。每孔井測定的全部干密度值合格率應(yīng)大于90%，且不合格土樣不得集中于某一壩段內(nèi)，不合格干密度值不得低于設(shè)計干密度值98%，對不符合上述要求的井孔均應(yīng)作返工處理。北汊水庫沖抓套井回填施工，經(jīng)現(xiàn)場試驗，含水量、干容重、滲透系數(shù)均符合設(shè)計要求。

6.5 施工完成后的質(zhì)量檢查

施工完成后，應(yīng)針對施工過程中有可能質(zhì)量不能達到設(shè)計要求的套井孔，如土質(zhì)條件較差、曾發(fā)生坍方段或地下水滲漏水比較嚴重，今后可能會影響防滲效果的地段應(yīng)進行抽測，并隨機抽查幾個套井孔，抽查數(shù)量一般為套井?dāng)?shù)的2%左右，并不得少于3個。抽測辦法可采用鉆機在原套井中心用干鉆法進行，分段取回填土樣進行各項指標(biāo)測定，也可利用原沖抓樁機進行檢查，或上述兩種方法配合進行。

7 結(jié)語

沖抓套井回填具有防滲效果好、機械設(shè)備簡單、施工方便、質(zhì)量易控制、便于就地取材、效率高、投資少等特點，但在施工中應(yīng)高度重視安全保障措施，尤其是在土質(zhì)松散、浸水地段施工及下井檢查時的人身安全須特別注意。該法在北汊水庫除險加固工程的實踐中，取得了較好的效果，值得在類似工程中推廣和應(yīng)用。