沖抓套井回填粘土技術(shù)在潭水坪水庫主壩防滲設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

肖穆光

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概述

潭水坪水庫位于懷化市鶴城區(qū)蘆坪鄉(xiāng)張家村。水庫控制集雨面積0.55km2，壩址以上干流長(zhǎng)度1.54km，水庫正常蓄水位204.6m，相應(yīng)庫容110.81萬m3，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，總庫容122萬m3，死水位193.5m，為年調(diào)節(jié)水庫。潭水坪水庫是一座以灌溉為主，兼防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小（Ⅰ）型水利工程。根據(jù)國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）的規(guī)定，該水庫為小(Ⅰ)型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。

水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水涵洞、臥管等建筑物組成。主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高13.6 m，壩頂高程206.9m，壩頂軸長(zhǎng)165m，壩頂寬6.0m。

2 工程地質(zhì)

主壩為均質(zhì)土壩，調(diào)查表明，壩體填筑質(zhì)量較差，碾壓不密實(shí)，結(jié)構(gòu)較松散，干密度偏小，滲透系數(shù)偏大，部分壩段壩基與壩體接觸面、壩體均存在不同程度的滲漏情況。

（1）主壩基礎(chǔ)巖性為棕紅色泥質(zhì)粉砂巖。鉆孔試驗(yàn)表明：主壩基礎(chǔ)淺部為中等透水層，巖體為強(qiáng)風(fēng)化，透水率（18～28）Lu，壩基及接觸帶滲漏嚴(yán)重。

（2）主壩填筑土為粉質(zhì)粘土等，該區(qū)碾壓不密實(shí)，易跨孔、縮孔，滲透系數(shù)為（4×10-4～8×10-4）cm/s，壩體滲漏嚴(yán)重。

3 主壩防滲加固設(shè)計(jì)

3.1 防滲加固方案選擇

主壩壩基與壩體接觸面、壩體均存在不同程度的滲漏情況，因此，主壩防滲處理項(xiàng)目包括壩身及壩基。主壩壩基的防滲采用水泥灌漿帷幕的方案。壩身防滲處理通常有以下幾種方法：高噴灌漿、劈裂灌漿、套井回填粘土、混凝土防滲墻等。主壩壩高13.2m，采用沖抓套井回填粘土和混凝土防滲墻兩種方案進(jìn)行比選。經(jīng)綜合比較，主壩壩身采用沖抓套井回填粘土方案，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，造價(jià)低，便于檢查等優(yōu)點(diǎn)。方案比較見附表。

附表 主壩防滲方案比較表

3.2 壩身防滲方案設(shè)計(jì)

沖抓套井回填粘土措施是以滲透系數(shù)比原土質(zhì)防滲體滲透系數(shù)小得多（1/30～1/100）的土料去置換原部分防滲體的一種方法，實(shí)際上就是在壩體內(nèi)形成一道沿老壩中心線方向的連續(xù)的粘土防滲墻，以達(dá)到壩體防滲效果。沖抓套井回填粘土防滲墻的設(shè)計(jì)主要包括鉆孔平面套接布置、孔距、排距、孔深、有效厚度設(shè)計(jì)及回填土料設(shè)計(jì)等。

（1）主孔和套孔的布置。

將鉆孔中心線布置在上游側(cè)距離壩軸線3m處，即樁號(hào)H0-003.00m處。主壩最大壩高13.2m，考慮大壩高度在25m以下，采用單排孔。單排布孔方法先主孔后套孔。鉆孔底部應(yīng)達(dá)巖土分界線，以下為壩基帷幕灌漿。鉆孔的平面套接布置見附圖。

附圖 主壩鉆孔平面套接布置圖

（2）孔距和排距計(jì)算。

設(shè)計(jì)主孔被套孔切割，呈對(duì)稱蝕圓，選擇最優(yōu)α角為45°。每排孔沿直線錯(cuò)位相套，孔距按L=2Rcosα，計(jì)算得主壩設(shè)計(jì)孔距為0.85m。

（3）防滲墻有效厚度計(jì)算。

主壩單排孔形成的防滲墻有效厚度按T=2Rsinα= 0.85m計(jì)算。土壩由于沖抓建造防滲墻的側(cè)向擠壓作用，一般影響范圍約為套井邊緣處（0.8～1）m，其中有效環(huán)形厚度為（0.2～0.3）m，所以主壩套井的實(shí)際有效厚度為（1.25～1.45）m。

（4）所需防滲墻厚度的計(jì)算。

設(shè)粘土防滲墻承受最大水頭為H，根據(jù)T=H/[J]確定防滲心墻厚度。

式中 H——防滲墻承受最大水頭，大壩H=10.6m；

[J]——防滲墻允許坡降，[J]=8。

大壩T=H/[J]=10.6/8=1.32m，計(jì)算厚度小于實(shí)際有效厚度，滿足要求。

故確定防滲墻有關(guān)參數(shù)為：主壩孔徑d=1.2m，孔距L=0.85m，有效厚度T=（1.25～1.45）m，采用單排孔布設(shè)防滲墻可滿足要求。

（5）土料的選擇。

回填土料要求粘粒含量為35%～50%，滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s，含水量控制在21%～25%左右，干密度大于1.55kg/cm3，干密度和含水量均通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

（6）技術(shù)要求。

鉆孔要求鉛直，鉆孔的偏斜率應(yīng)不大于1/80，造孔程序：先主井后套井按兩序施工,鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后應(yīng)立即回填，按先主井后套井的原則，填土分層進(jìn)行，回填一層，夯實(shí)一層，不得邊填邊夯。填土層的厚度控制在（0.3～0.5）m。夯實(shí)方式應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，夯實(shí)過程中，確保夯錘穩(wěn)定，不碰撞井壁，以提高夯壓效果。當(dāng)夯實(shí)10m以下的井段時(shí)，可適當(dāng)加大夯錘的沖擊力，擴(kuò)大對(duì)周圍土體的擠壓影響。當(dāng)接近井頂部位時(shí)，則應(yīng)減小夯錘的落距，以防壩面開裂或孔周土體隆起。

死水位以下的沖抓回填施工質(zhì)量受地下水影響，應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)措施，連續(xù)施工，如停工須及時(shí)抽排滲水，確保施工質(zhì)量。

為保證施工質(zhì)量，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容為鉆孔的深度與造孔的偏斜率，土料的含水量，最優(yōu)含水量依現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，確保滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)檢查施工質(zhì)量，確保填筑土體滲透系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 主壩壩基及兩岸壩肩水泥灌漿帷幕設(shè)計(jì)

針對(duì)主壩壩基、壩基接觸面存在的滲漏，在壩基、壩基接觸面進(jìn)行水泥帷幕灌漿，對(duì)整個(gè)壩基進(jìn)行垂直防滲處理，以形成防滲帷幕體，增長(zhǎng)滲徑。本文不對(duì)壩基帷幕灌漿做詳細(xì)介紹。

4 滲流穩(wěn)定計(jì)算

滲流計(jì)算采用北京理正研究院編制的《滲流分析計(jì)算》軟件，用二維有限元法分析計(jì)算。計(jì)算斷面選擇為最大壩高斷面，根據(jù)大壩加固后的滲流計(jì)算結(jié)果可知，在大壩上游側(cè)布置的垂直防滲體可以有效地降低壩體浸潤(rùn)線位置。邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正研究院編制的《穩(wěn)定計(jì)算分析程序》，用瑞典圓弧法進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算斷面與滲流計(jì)算斷面一致，大壩加固后上、下游壩坡在各種工況時(shí)的壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

潭水坪水庫主壩壩身采用沖抓套井回填粘土方案，該措施具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、造價(jià)低、便于檢查等優(yōu)點(diǎn)，工程實(shí)施后防滲效果良好，對(duì)壩高小于25m的小型水庫防滲加固具有一定的借鑒作用。