東塢弄水庫大壩套井回填技術應用

程 健

浙江中水工程技術咨詢中心，浙江杭州 310004

東塢弄水庫大壩套井回填技術應用

程 健

浙江中水工程技術咨詢中心，浙江杭州 310004

浙江省自2003年開展千庫保安工程建設以來，已經完成了近600座中小型水庫的除險加固任務，這類中小型水庫較多存在大壩滲漏問題，一般采用套井回填進行大壩防滲處理，該施工技術已經相對成熟。本文通過工程實例，詳細介紹套井回填技術在實際工程中的應用。

千庫保安；除險加固；大壩滲漏；套井回填

1 概述

浙江省自2003年開展千庫保安工程建設以來，已經完成了近600座中小型水庫的除險加固任務，這類中小型水庫較多存在的大壩滲漏問題，一般采用套井回填進行大壩防滲處理，該技術經過若干年的發展，已經相對成熟，套井回填具有機械設備簡單、施工方便、工程量小、工效高、造價低及防滲效果好等優點。

套井回填技術最早起源于20世紀70年代初期浙江省溫嶺市，該技術在處理堤壩滲漏中，效果非常明顯，隨后在實踐中不斷得完善和發展，逐步推廣到江西、湖南、四川等10多個省。所謂套井回填的機理，即利用沖抓鉆，在土壩或堤防滲漏范圍造孔，然后用粘性土料分層回填夯實，形成一連續的套接粘土防滲墻，截斷滲流通道，起到防滲的目的。

2 套井回填在工程實例中的運用

2.1 工程概況

東塢弄水庫位于浙江省臨安市橫畈鎮泉口村南面，壩址以下距離泉口村約0.7km，距離橫畈鎮約10km，距離臨安市區約17km。水庫流域水系隸屬中苕溪。東塢弄水庫壩址以上集雨面積0.22km2，總庫容16.2萬m3，正常庫容12.8萬m3。東塢弄水庫是一座以灌溉為主，兼作飲用水水源的小（2）型水庫。

東塢弄水庫樞紐由擋水壩、溢洪道、放水設施等組成。水庫大壩為粘土心墻壩，壩頂長73.0m，寬約1.3m，壩頂高程52.4m，最大壩高14.5m。該水庫于1958年動工興建，1972年完工投入運行，至今已運行近39年，目前水庫存在的主要問題是大壩1/5壩高位置沿全壩線存在滲漏，范圍廣，流量大，嚴重影響了水庫蓄水并危及大壩安全。

2.2 防滲方案確定

項目設計小組對東塢弄水庫進行了現場查勘，并針對水庫大壩的滲漏問題進行進行了討論，分析認為東塢弄水庫建設年代久遠，當時施工技術、施工機械不成熟，大壩心墻填筑質量較差，經過近四十年的運行大壩心墻防滲性能已經大大降低，從而引起壩體全壩線滲漏。由于本水庫大壩為粘土心墻壩，不適合采用土工膜或粘土斜墻等上游防滲處理方法，若采用砼防滲墻技術則由于成本太高無法實施，考慮到東塢弄水庫壩高僅14.5m，該壩高完全適合采用套井回填技術進行壩體防滲。

2.3 套井防滲墻設計

套井防滲墻設計主要包括防滲墻厚度確定、套井孔徑、間距、孔深及套井范圍確定。

1）套井防滲墻厚度可根據滲透計算確定

d =Δh/J

式中，d為套井防滲的最小厚度（m）；

Δh為套井防滲體上下游水位差（m），由心墻滲透計算確定，這里取4m；

J為套井的滲透坡降，根據現有試驗資料一般可取3～5。

將Δh =4m，J=5.0代入上式，可得d=0.8m。

根據相關試驗資料，土壩由于沖抓鉆建造防滲墻的側向擠壓作用，一般影響范圍約為套井邊緣外0.8m～1.0m，其中符合設計干容重要求的有效環形厚度為0.2m～0.3m。根據常規造孔工藝，造孔孔徑一般為1.1 m～1.2m，則單排套井一排套井的實際有效厚度為1.3 m～1.4m，為安全起見，本水庫采用1.2m孔徑鉆孔，其有效厚度至少達1.4m，完全滿足計算套井防滲最小厚度要求。

故設計采用套井孔徑為1.2m，單排孔。

2）套井孔距確定

套井孔距決定于兩孔間的搭接長度，搭接長，則孔距小，增加套井工程量。反之，搭接短，則孔距大，可減少總孔數，但有效厚度要下降，過去主要考慮搭接處要達到70cm～80cm厚度，套井中心距一般為60cm～70cm。實踐證明，由于夯擊時側向擠壓作用，套井搭接處的壩體滲透系數要小于套井中心處的滲透系數，因此，套井搭接處的厚度雖然小于套井中心處，但防滲性能大于中心處，說明兩孔套接處不會產生集中滲流，套井孔距可以適當加大。因此本水庫將套井孔徑由過去的60cm～70cm加大到80cm，該處理辦法在保證套井防滲性能的同時節省了工程量，進而降低工程造價。

3）套井孔深確定

根據地質資料，東塢弄水庫壩體滲漏不論是縱向還是橫向都存在著范圍廣，滲漏位置隱蔽等特點，另外壩基可能存在接觸滲漏，為安全起見，本水庫套井孔深要求深入壩基基巖面，并要求清除表層風化碎石。

4）套井回填粘土參數確定

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001），心墻壩回填土料滲透系數要求≤1×10-5cm/s。因此套井回填壓實后土料滲透系數應滿足≤1×10-5cm/s，同時水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽）按質量計不大于3%；有機質含量按質量計不大于2%，并要有較好的塑性和滲透穩定性。

2.4.1 套井孔位布置

圖1

東塢弄水庫大壩套井回填孔位共布孔78個，平面上呈1主1副交錯布置（見圖1套井回填孔位布置圖），套井施工通過主副孔交錯造孔，回填夯實粘土，前后搭接，形成完整連續的墻體。對左右壩肩心墻埋深較淺部分由于不便于器械造孔，采用人工明挖，回填夯實粘土。由此沿壩軸線形成封閉防滲體。

2.4.2 套井施工工序

沖抓鉆套井施工工序主要是造孔、加填、夯實3個環節，其詳細工藝流程如下：

放樣布孔→架機對中→造孔→下井檢查清理→回填夯實→質量檢查→移機。

2.4.3 施工平臺開挖

東塢弄水庫在施工前要求先將水庫庫水位降低至死水位，并開挖壩頂1m至51.4m高程，此時壩頂寬度約有4.0m左右，壩頂平臺基本能滿足套井鉆機操作及車輛土料運輸要求。

2.4.4 沖抓機械造孔

另一方面，AI技術的普及可以讓藝術家擺脫低級腦力活動而集中精力于作為核心的創意本身，從而拓展能力范圍，提升創作效率。甚至，從一個整體和長期的視角來看，AI介入藝術會加快藝術史的進化速度。每當進入一個新的藝術史范式，AI就可以以已有作品為樣本庫而將相關的各種可能性迅速挖掘出來，從而加快藝術范式成熟，促使藝術家們更早開始新突破，打開新維度。

套井造孔施工順序安排如下：先打Ⅰ、Ⅲ號主孔 (見圖1平面布置圖)，回填夯實后，再打Ⅱ號副孔，再回填夯實，然后打Ⅴ號主孔，回填夯實后，再打Ⅳ號副孔，依此類推，按順序進行。套井施工造孔時憑借造孔機具自重向孔內沖擊，沖擊時，葉片張開，并插入井孔土層，沖擊后，操作卷揚機使鋼絲繩收緊，帶動滑輪組使葉片閉合，將土抓住，然后把整個機具提升至孔口，并掛于支撐三腳架上掛鉤，掛鉤后，放松鋼絲繩，葉片在重力下自動張開，向孔外卸土，卸土完成再將機具從掛上脫下，即完成一次沖抓。然后再次進行沖擊，開始下一次循環。如此循環直至挖到設計深度。

套井鉆孔要垂直，這是施工造孔中的關鍵，否則會影響防滲墻的搭接和有效厚度。套井造孔要求孔斜率小于0.4%，有效搭接厚度要求不小于設計墻厚的90%。為防止井孔偏斜，造孔時，定位要對準中心樁，三腳架墊應保持平穩，避免鉆頭擺動而影響造孔質量。施工中要及時檢查造孔是否平整垂直，如發現井壁已歪斜，必須查明原因，并及時糾正。

2.4.5 粘土回填

套井回填土料前應下井檢查，下井檢查應有安全下井機具，檢查時應把井底浮土、風化碎石清理干凈，并保持無水。回填土料含水率等施工參數應通過試驗確定，對于含水量過高的粘土，要求先晾曬一至兩周再取土回填。同時粘土料要求去除草皮、樹根、個別石塊等雜物。回填鋪土要均勻平整，分層填筑，鋪土不宜過厚，控制在30cm以內。

2.4.6 粘土夯實

粘土的夯實是提高粘土的密實度和抗滲性能的重要環節。擊實次數與每層土的厚度及夯擊功能參數有關，應通過理論計算并結合擊實試驗確定。計算公式如下：

h為填土層厚，取0.3m；

E為擊實功能，t·m/m；

Q為錘重，t；

H為夯錘落距，m。

2.4.7 質量檢查

套井回填質量檢查是套井回填質量控制的重要環節，其內容包括土料檢查、井孔檢查、施工參數控制及回填土檢測等項目。其中，施工參數的確定應通過現場試驗確定，按其試驗最佳鋪土厚度、落距、夯擊次數控制。回填土質量檢查包括干密度、含水量、滲透系數。一般要求對每個套井均應取樣試驗，并記錄備案。

2.5 施工中遇到問題及常規處理辦法

參見周遍類似工程，套井施工常見問題主要有：塌孔、孔位偏斜、孔內滲水等，本次項目設計時也給出了合理的建議。

1）針對回填中常見的塌孔問題，本次設計認為可向塌孔內回填摻有一定比例的膨潤土的粘土，反復沖擊錘打，然后繼續回填，繼續沖擊錘打，直至不再發生塌孔為止；

2）對于造孔中孔位偏斜的問題，可在發現孔位偏斜后采用毛竹條，用光滑面拉住沖抓鉆鋼絲繩，調整鉆頭至孔位中心，輕打勤測，直至糾正孔斜為止；

3）若造孔中發生孔內滲水，滲水量不大時可采用小水泵抽排，并回填粘土，抓取置換，即可解決孔內滲水。若滲水量較大，且持續時間長，則應查明原因，確定滲水來源，若為心墻內殘留水，可在孔位周邊套打小孔徑排水井，配合小水泵抽排降低心墻內地下水位，一般即可解決孔內滲水難題。

3 結論

東塢弄水庫在經過套井回填技術處理后，大壩心墻的防滲性能大為提高，基本解決了該水庫的漏水問題。通過浙江省近幾年中小型水庫除險加固中成功運用套井回填的案例表明，壩高不高（一般為30m以內），土層不復雜的粘土心墻壩均可采用套井回填技術處理大壩防滲問題。該技術同時具有施工簡單，造價低，工期短的特點，因此能在全國較多省份迅速推廣。

式中：Kp為壓縮系數，由試驗確定，其值為0.35～0.55；D為孔徑，等于1.2m；

[1]碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）[M].北京：中國水利水電出版社.

[2]牛運光.土壩安全與加固[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3]顧輝.病險水庫土石壩加固設計[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

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1674-6708（2011）36-0201-02