淺談粘土套井回填在水庫除險加固中的施工應用

摘 要：在水庫除險加固中，防滲處理是重點，套井回填應用有很好的效果。它的優(yōu)點是套孔回填粘土經(jīng)壓實后干容重增大，滲透系數(shù)減小防滲效果好，施工方法簡單、操作方便、功效高、投資少等。本文以某水庫除險加固為例，介紹了粘土套井回填施工的流程和方法。

關(guān)鍵詞：套井回填 除險加固 應用

中圖分類號：TV5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0063-02

水庫除險加固工程的重點是防滲處理，水庫經(jīng)過多年運行，大壩主、副壩（特別是副壩）后坡會有多個滲漏點，個別地方滲漏量還比較大，已經(jīng)對大壩的安全運行造成一定的隱患，還有水電站處即輸水涵洞處，涵管砼與土方結(jié)合部也出現(xiàn)了滲漏的現(xiàn)象，對整個大壩及輸水涵洞處各個滲漏點的防滲處理，對滲漏處采取套井回填處理，從而達到防滲效果。

套井回填粘土技術(shù)是70年代初，由當時浙江省溫嶺縣在水庫大壩除險加固工程中首創(chuàng)，近年來，該項技術(shù)不斷得到完善和發(fā)展，并逐步推廣到江西、湖南、山西、四川、廣東等十多個省份；據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前，全國約有大大小小上千座水庫采用了該項技術(shù)。沖抓套井回填粘土防滲墻的機理是：利用沖抓式打井機具，在土壩或堤防滲漏地段，沿壩、堤軸線或壩、堤軸線上游1 m處防滲范圍內(nèi)造井，單排或雙排布孔，用粘性土料分層回填夯實，形成一道連續(xù)的套接粘土防滲墻，截斷滲流通道，起到防滲的目的，同時在夯擊時，夯錘對井壁的土層擠壓，使其周圍土體密實，提高壩體質(zhì)量，從而達到防滲和加固大壩的目的。此項技術(shù)的特點是套孔回填粘土經(jīng)壓實后干容重增大，滲透系數(shù)減小，防滲效果好，并可下孔檢查，保證質(zhì)量，同時也具有施工方法簡單、操作方便、功效高、投資少等優(yōu)點；回填料易就地取材，但數(shù)量極大；且僅適用于水上施工，對水下或浸潤線以下施工較為困難。

1 套井回填施工

1.1 工程概況

某水庫集雨面積為23.8 km2，最大庫容為1805萬立方米，主流長9 km，主壩長1150 m，壩高13.75 m，相應壩頂高程27.8 m，水庫灌溉農(nóng)田2.5萬畝，防洪保護1.0萬畝，發(fā)電裝機容量100 kW，年發(fā)電量15萬度養(yǎng)魚水面1700畝，是一座以灌溉為主，結(jié)合供水、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖的綜合利用的中型水庫。大壩安全鑒定為“三類壩”。水庫樞紐建筑物由攔河大壩、輸水涵洞、溢洪道、水電站等建筑物組成。

套井回填內(nèi)容有主壩0+000～0+120段單排套井回填，副壩1+150.3～1+195.3段雙排套井回填。后來因在實際施工過程中又發(fā)現(xiàn)主壩滲漏點，故又增加了主壩0+455～0+495段、0+500～0+545段、0+645～0+675段、0+800～0+810段四段單排套井回填，底部每孔2 m水泥土回填。共計完成主壩套井回填2218.91 m，副壩套井回填1048.11 m，水泥土458 m。

1.2 施工安排

施工準備：

人員：根據(jù)工程量及施工進度要求，安排每臺設備人工6人，分別為：指揮（機長）一人，孔邊作業(yè)2人，機械操作1人，挖運土2人。

機械設備：套井回填設備兩套（主要由卷揚設備、三角支架、沖抓機及鋼筋砼錘頭組成）、覆蓋土方防雨布各300平米、手推車等按需要備足。

材料：粘土、水泥等。

安全防護：警示標志牌兩套、孔口防護兩套（包括覆蓋和維護，在回填未完成的情況下進行覆蓋和安全維護）。

1.3 套井回填施工

1.3.1 工藝流程

布孔—→ 造孔—→ 開挖土—→ 檢查記錄—→ 回填—→ 夯實—→ 取樣試驗—→ 回填完畢—→ 清場。

1.3.2 造孔

（1）布孔：主壩沿壩軸線中心布置一排孔，副壩沿壩軸線中心布置兩排孔，造孔直徑1.1 m，孔距為0.80 m，單排套井回填有效厚度為0.75 m，雙排套井回填有效厚度1.55 m。

單排套井回填布孔：

先打奇數(shù)孔，再打偶數(shù)孔，即：先打1號孔和3號孔，再打2號孔，然后打5號孔，再回來打4號孔，以此類推向前。

具體的布孔情況如圖1所示。

雙排套井回填布孔：

雙排孔先布壩軸線下游面的孔，再打上游面的布孔。即先打1號孔和3號孔，再打2號孔，然后再打5號孔，再4號孔；然后6號、8號，再7號，以此類推向前。

具體的布孔情況如圖2所示。

（2）造孔：造孔機械采用天臺縣機械廠生產(chǎn)的8JZ-95型沖抓式打進機。該機具有裝配合理、機械性能好、操作簡易、移動方便等特點。鉆頭的四只葉片頭上鑲有錳鋼，剛性強，能適用砂土、粘土、礫石、卵石等各種土質(zhì)的沖抓。

（3）操作步驟。

①脫鉤下錐：下沖抓錐要慢，特別是在井口以上部位，鉆頭搖動的情況時，要及時剎車，用人扶穩(wěn)后再下去，防止井口壁擴大，造成運土不便和增加工程量而造成浪費，下沖抓錐時四個葉片完全張開。

②沖擊：當沖抓錐頭離井底（下方土體）約2 m高度時，完全松開剎車，使沖抓錐頭自由落體進行沖擊土方，抓到土方后，葉片合攏。

③抓土提升：沖擊抓土完成后，馬上扳運手柄，使卷筒正轉(zhuǎn)，鋼絲繩慢慢上升，沖抓錐頭也提升上來。

④掛鉤：沖抓錐頭提升到井口以上，碰到自動掛鉤器，當3只掛鉤自動進入掛架內(nèi)（固定沖抓錐頭的保護裝置），便可松開離合器并剎車，然后很慢地放下沖抓錐頭，當沖抓錐頭掛好時，等候雙輪車到位，然后松開葉片卸土。

⑤卸土：將雙輪車拉到井口，放松剎車，張開沖抓錐頭，將土卸在雙輪車上，拉出井口，將土倒在指定的地點，然后再進行下一個循環(huán)。

1.3.3 檢查、記錄

造孔完畢，將沖抓錐頭拉到一邊安全位置，下井檢查造孔、詳細記錄、描述井壁柱狀情況。為了保證下孔檢查觀測人員的安全，可使用安全罩載人下孔；下井人員必須戴好安全帽，除井口1人指揮外，其他人員不得在井口圍觀，以防土塊等物下落，利用卷揚機的動力，將下井人員乘坐的鐵轎（下井人員要系好保險帶）放到井底。記錄造孔的井壁情況（如漏水位置、滲水量、土質(zhì)情況等），作為原始資料，并通知監(jiān)理進行深度驗收。

1.3.4 回填

井孔檢查完成后，馬上進行回填工作。如果井孔底部有少量積水，應將備好的干土，倒入井孔內(nèi)，將積水吸干，重新抓取，直到井孔底部無積水為止，方可回填。

（1）回填土料：由業(yè)主提供合格的土料場，并在土料四周開好水溝，土料進場采用自卸車運輸。孔位邊備4～5個孔的土料，回填土料要求無草皮、樹根等雜物。要控制土料的含水量，對土體在施工前做好土工試驗，保證土源能夠使用，包括擊實試驗、滲透試驗、含水率、干容重試驗等等，堆料表面采用覆蓋雨布防雨，含水量過高不得使用，在天晴是要進行翻曬達到要求后方可使用。

（2）回填土的數(shù)量：每次下井的土料數(shù)量，根據(jù)實際情況試驗計算得出350 kg左右。松土厚25～30 cm，夯實后為15～20 cm。

（3）回填土下井方法：采用對稱平衡法以達到均勻平整，將350 kg的土料裝在兩輛雙輪車上，以兩對角推到井口，同時倒入井內(nèi)，兩車土料在中間相碰，還有部分碰到井壁，通過井壁周圍反沖作用，落到井底的土料基本平整。

1.3.5 夯實

（1）錘：是人工制作的一只石錘（鋼筋砼）。直徑為90 cm，高度為56 cm，底部弧度為5 cm，周邊夾角為10°，錘重約500 kg。在錘高35 cm處相對稱的打4個洞，用Φ17 mm鋼絲繩穿好結(jié)好成水平垂直。采用這種夯型的好處是：使回填土創(chuàng)造側(cè)向膨漲的條件，進行壓縮的應力狀態(tài)，使與井壁老土緊密結(jié)合。

（2）落距與夯次：落距一般控制在2.0～2.5 m，具體控制方法：就是在鋼絲繩上做記號，先將夯錘放到井底，將松土打幾下，然后在井口鋼絲繩上做好記號，當提升2.0 m左右時，進行剎車，同時松開離合器，夯穩(wěn)后即行打夯。夯次采用18次左右，根據(jù)回填土料的含水量等而具體確定的，也要經(jīng)過現(xiàn)場試驗獲得。

（3）取樣：一般每5 m深度抽取一個土樣進行干容重、含水量的現(xiàn)場試驗。具體操作方法：就是在回填到一定的深度，將夯錘提升到井口，并推到安全的位置，然后乘坐鐵矯（下井人員必須系保險帶）下井取土樣。先將表面層土挖去，再將環(huán)刀用鐵錘平穩(wěn)打入土內(nèi)，然后挖掉環(huán)刀附近的土，深度超過環(huán)刀的高度，再小心細致地將環(huán)刀挖出。將環(huán)刀和濕土在天平稱上稱其總重量，再將濕土放在烘箱內(nèi)慢慢炒干，然后稱其干土重，計算含水量和干容重，如果計算出的干容重達不到標準，將其回填土重新用沖抓錐抓取，直到干容重合格為止。另外還要抽取另一半土樣到有資質(zhì)的試驗室做干容重和滲透系數(shù)的試驗，如果結(jié)果出來不合格的，找到該孔位置重新造孔套井回填，也就是返工處理。

1.4 質(zhì)量檢查

及時在各道工序施工中進行質(zhì)量檢查是保證套井回填質(zhì)量的重要措施，其主要內(nèi)容包括土料檢查、井孔檢查、施工參數(shù)控制及回填土檢測等項。

1.5 安全防護措施

（1）進場前，機械設備經(jīng)過保養(yǎng)和檢修，特別是剎車部位進行嚴格檢修后，再進入工地。每天施工前必須進行檢查，完工后進行保養(yǎng)，破損配件必須及時更換。

（2）施工人員進工地后，在技術(shù)交底時同時進行安全教育，要求施工人員嚴格遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，特別是下井人員安全帽的佩戴及保險帶佩系。

（3）進口防護必須嚴格，未完成的要覆蓋及安全警示（一般情況下當天的井當天回填完成，不留后患），不得人員機械等靠攏，夜間要點警示燈。機械設備上也要裝上警示裝置，以防人員與機械發(fā)生碰撞。

2 結(jié)語

本文中水庫加固防滲處理中采用粘土套井回填施工方案，套孔回填粘土經(jīng)壓實后干容重增大，滲透系數(shù)減小，防滲效果好，縮短建設周期，到達了加固處理的防滲效果，所以粘土套井回填施工確實可行。

參考文獻

[1]鄭俊杰.地基處理技術(shù)[M].武漢：華中科技大學出版社，2004.

[2]錢家歡.土力學[M].南京：河海大學出版社，1990.

[3]車運光.土壩安全與加固[M].中國水利水電出版社，1998.

[4]章偉明.套井回填防滲技術(shù)在小型水庫除險加固中的應用[J].廣東水利電力職業(yè)學院，2006（4）.