套井回填技術在大壩防滲中的應用

朱兆平

（浙江同濟科技職業(yè)學院，311231，杭州）

20世紀60年代，浙江省天臺縣農機廠對機動打井機進行了改進，改變了打井機只挖井不回填的性能，試制出了能自動掛卸的沖抓式打井機具。1972年，浙江省溫嶺縣首次將沖抓式打井機用于處理土壩滲漏，取得成功。由于該技術方法簡單，操作方便，投資低廉，效果明顯，很快在浙江省部分地區(qū)推廣。1978年，套井回填技術得到浙江省病險水庫處理經驗交流會肯定，開始在全省范圍內推廣，并應用于省外很多水庫除險加固工程。1998年，水利部《土石壩養(yǎng)護修理規(guī)程》肯定了套井回填技術，并進行了規(guī)范，作為成熟技術向全國推廣。

所謂套井回填就是水庫大壩壩體除險加固和防滲漏處理的一種施工方法，用沖抓機造孔，然后用黏土回填并用夯實錘夯實黏土，施工完成后相當于在壩體中構筑了一道黏土防滲墻。

一、工作機理

利用沖抓式打井機具，在土壩滲漏范圍內沿大壩縱向布設井位，井位套井位，相鄰井位有效搭接，井位內用黏性土料分層回填，并用重錘夯實，在大壩內沿縱向形成一個連續(xù)的黏土防滲墻。同時，在重錘夯擊時，對孔壁土層造成擠壓，使井孔周圍土體密實，有效截斷滲漏通道，提高壩體防滲性能，從而達到了防滲加固的目的。

二、適用條件

①適用于均質壩和寬心墻壩。②適用于筑壩土料質量差或填筑質量差，導致浸潤線出逸點過高，背水坡出現(xiàn)大面積散浸（滲水）的隱患處理。③適用于壩體分期施工時接合面未處理好，在壩體中形成水平薄弱層面，高水位時成為集中滲漏的隱患處理。④適用于汛后對漏水通道的處理。⑤適用于壩下涵管嚴重破損而無法修理時對管身進行回填處理。⑥適用于土壩白蟻蟻害處理，摻加藥物對蟻路、蟻巢進行毒土回填。

套井回填技術也有局限性。對于砂礫透水地基的滲漏問題、壩體與兩岸山坡接觸面的滲漏問題，采用套井回填技術處理效果不夠理想。此外，為保證施工質量，要求井孔垂直，故套井深度不宜超過30 m。

三、工藝流程

套井回填施工工藝流程為：場地平整—主孔沖抓挖土方—主孔沖抓回填土方—套孔沖抓挖土方—套孔沖抓回填土方—主孔沖抓挖土方—主孔沖抓回填土方—套孔沖抓挖土方—套孔沖抓回填土方，如此依次循環(huán)。其造孔和回填夯實的順序如圖1所示：先沖抓造孔并回填夯實孔1，接著造孔回填夯實孔2，再在孔3處造孔回填夯實，注意保證在孔3處造孔時不偏孔，相鄰孔內土層硬度基本一致，如此循環(huán)做孔4，再做孔5。

四、技術要求

1.井位布置

井位一般沿壩軸線偏上游布置，兩端必須超過滲漏范圍3～5 m，井底高程必須在滲漏高程以下1～2 m。

井位布置時，首先應通過滲流計算，從而確定防滲墻厚度δ。采用沖抓式打井機具造孔，開孔直徑一般在1.1～1.2 m。以造孔直徑1.1 m為例，如果要求防滲墻厚度δ為0.8 m，則一般布置單排套井，孔距為0.75 m，如果要求δ為1.6 m，則應布置雙排套井，梅花形布置，呈連環(huán)狀，排距0.8 m，孔距0.98 m，防滲墻有效厚度能達1.6 m。

根據(jù)對采用套井回填技術的黏性土防滲墻質量研究，當壩高20 m以內時，如采用單排套井，有效厚度0.8 m，處理壩體滲漏效果良好。這是由于老壩體還有部分防滲功能，回填土料時對周圍土體有擠密壓實作用。

2.土料要求

回填土料應選用黏土，質量應與碾壓式土壩心墻土料的要求相同。參照土壩設計的要求，土料應進行以下項目的試驗：①有機質、水溶鹽的化學性質；②顆粒組成及顆粒比重，套井回填土料的黏粒含量一般應大于35%；③土料含水量及干密度；④土料的液限、塑限；⑤標準擊實試驗，求得最大干密度、最優(yōu)含水量及壓實功能；⑥滲透系數(shù)。

每個料場一般應視土料多少，做1～3組土料試驗，每組土料取土100 kg（其中的原土應用環(huán)刀取土樣）送到有資質的土工試驗單位進行試驗。各地在實際的套井回填施工中，選用的土料場黏粒含量一般大于30%～35%，含水量接近最優(yōu)含水量，壓實后滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s。

3.造孔施工

①造孔施工前，應將水庫放空。②要嚴格按先主井后套井的順序施工。套井沿施工軸線依次編號后，先施工1號、3號孔，再施工2號孔。為保證回填防滲墻的有效厚度，當2號孔造孔完畢后，應由施工監(jiān)理下井檢查，保證防滲墻達到設計的有效厚度。如由于套井偏斜造成套接厚度小于設計有效厚度的90%時，應在其下游側補打1孔，以符合有效厚度要求。③嚴格控制井孔的垂直度。造孔的關鍵是要求井孔垂直，一般在套井施工時可先造孔2 m深，檢測其傾斜度，確定鉆機架設平穩(wěn)后再向下抓進。雖然有的工程提出井的偏斜度應在4‰以內，但是很難監(jiān)測控制。④造孔應連續(xù)作業(yè)，不得停歇，以免塌孔。⑤監(jiān)測記錄。在造孔施工過程中，隨時注意壩體老土的顏色、顆粒結構、有無雜物等，逐一作出記錄。造孔結束后，由施工記錄員緩緩下井觀察井壁狀況，做出描繪記錄（如是否有滲漏通道痕跡等）。每造10個孔，每孔深5 m，取老壩體土樣1個做干密度、含水量試驗，作為以后大壩管理的基本資料。⑥在造孔施工時，從壩體內抓出的廢土應及時運出，不準堆放在井周圍，以防引發(fā)坍井事故。

4.回填施工

回填施工應注意以下事項：

①打井完畢后，應立即連續(xù)進行分層回填黏土夯實。②回填土料前，檢查井的深度是否達到設計要求；清除井底浮土及雜質；如有積水應用松干土料回填吸干，再抓出松土，直至井底無水時才能開始回填。③對每層填土厚度、夯錘重量、落錘高度、夯擊次數(shù)等參數(shù)應先進行試驗，以達到設計控制干密度（壓實度）、滲透系數(shù)的要求，還應考慮夯擊對壩體的震動要小。④回填土料應選用含水量符合設計要求、顆粒松散的黏壤土。如含水量不符合設計要求，應進行翻曬或灑水處理。⑤分層回填厚度以0.3～0.5 m為宜。回填土料夯實以壓實度控制，一般要求壓實度大于0.95，即夯實后達到的干密度達到最大干密度的95%以上。如設定分層夯實后的厚度為H(m)、套井孔徑的截面積為F(m2)、回填土料的濕密度為P濕，則每層倒入井中松土的質量為 G=F×P濕×H。⑥夯擊時夯錘落距2～3 m，夯擊次數(shù)20～25次。當出現(xiàn)嚴重塌孔時，可用土回填擊實后，再進行沖抓。⑦套井回填施工結束后，應由上級質量監(jiān)督機構主持，對套井施工質量進行抽查。

五、工程實例

1.工程概況和滲漏隱患

浙江省淳安縣大毛嶺水庫位于浙江省淳安縣，建于1971—1978年間。水庫集雨面積7.8 km2，最大壩高35.17 m，總庫容 220萬 m3，是一座黏土心墻壩。由于施工前未做地質勘測，施工中急于求成，工程質量較差。蓄水運行后即發(fā)現(xiàn)涵管和壩腳漏水，經三角量水堰觀測，最大滲流量40.2×10-3m3/s。1981年進行地質鉆探，查明心墻土料含砂、礫達40%，滲透系數(shù)為 1.06×10-3～3.47×10-5cm/s；心墻中有6～8層黑褐色耕作土，在高程112 m與124 m處有厚80 cm的凍土層；壩頂壩軸線附近有一條縱向裂縫。壩基地質強風化層未清除，左壩肩山體破碎，繞壩滲流嚴重。

2.套井回填的設計和施工

大壩隱患處理經過多種方案比較后選定在壩基進行水泥帷幕灌漿，壩身采用套井回填黏性土防滲墻，如圖2所示。

原設計最大壩高處設3排套井，實際施工時改為先沿壩軸線打一排套井，孔距0.75m，然后在套井下游側再打一排，排距1.1m，孔距仍為0.75m。套井深入到已進行帷幕灌漿的基巖表面以下0.5m處。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，套井施工質量較好。

3.處理效果

施工結束后用鉆機取樣檢查，每10 m鉆1孔，每孔一般取3個土樣，所有回填土料的干密度在1.57 g/cm3以上，滲透系數(shù)大多在1×10-5cm/s以內。大毛嶺水庫土壩經帷幕灌漿和套井回填處理，大壩滲漏量明顯減少。

六、結 語

大壩防滲處理技術措施較多，如何因地制宜地選擇防滲處理方案以滿足除險加固工程的功能性、可實施性、經濟性、環(huán)境和安全性的要求，是建設各方必須重視的問題。

根據(jù)水庫大壩滲漏的類型及成因，按水庫實際情況和各類防滲處理技術特點，采用套井回填施工技術，具有機械設備簡單、施工方便、工程量小、造價低廉、效果好等優(yōu)點，能為水庫特別是中小型水庫防滲加固處理提供參考和借鑒。

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