冲抓套井回填在小型水库除险加固中的应用

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摘要：小型水库存在着的坝体渗漏现象，已成为大坝安全隐患的主要原因。在水库大坝除险加固中，采用冲抓套井回填技术对坝体进行防渗体加固处理，从而达到消除工程隐患的目的。

关键词：水库除险加固、坝体防渗、冲抓套井回填、施工

兰溪市北湖水库座落在柏社乡王宅行政村，属小（2）型水库。始建于1958年，1974年进行续建并于年底完成。由于在施工时大坝土料较差，施工设备落后，施工质量未控制好，经过多年运行，坝体、坝脚漏水严重。被列入兰溪市2011年度秋季小型水库除险加固工程项目。主要改造项目为：拓宽溢洪道；放缓大坝坝坡，迎水坡进行混凝土预制块护砌，背水坡进行混凝土框格草皮护坡，排水棱柱固脚；大坝进行套井回填防渗处理，坝基进行帷幕灌浆防渗处理；隧洞进口启闭设备改造等。本文主要对大坝冲抓套井回填施工予以阐述。

1、工程概况

北湖水库上游集雨面积0.332K㎡，引水面积1.88K㎡。水库总库容51.07万m3，正常库容为45.90万m3，正常水位高程104米(1985年国家高程基准，下同)，工程等别IV等，工程规模为小（2）型水库。水库大坝为均匀土质坝，坝高19.63m，坝顶高程为106.20m，大坝顶轴线长114m，坝顶宽度5m，副坝坝顶长12 m,坝高4.2 m。副坝右岸布置溢洪道。水库加固设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇，相应的水位为分别为设计洪水位104.81m，校核洪水位105.04m。

2、 防渗体冲抓套井回填的原理

冲抓套井回填是一种垂直防渗技术，适用于中、小型均质土坝、心墙坝的防渗加固处理。该技术主要是在土坝渗漏范围内原防渗体中，沿坝轴线单排或多排布置利用冲抓锥取土造井，再向套井内分层回填粘土（层厚20～40cm），由钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，形成一道连续的粘土防渗墙；同时，夯实对孔周围土体有压实作用，使坝体局部密度增大、渗透系数减小而达成截断坝体的渗流，达到防渗加固的目的。

3、 冲抓套井回填的施工

北湖水库主坝全长114m，0+000~0+014.5，0+085.7~0+095.5布置单排套井，0+014.5~0+085.7布置双排套井。大坝基岩（或相对不透水层）以上采用冲抓套井粘土回填进行防渗处理。单排套井回填粘土心墙轴线布置在大坝轴线上游40cm处，双排套井回填粘土心墙轴线布置在大坝轴线上、下游各40cm处。沿大坝加固设计桩号段，按照主孔和套孔相间布置，一主一套相交连成井墙，套井为整圆，主井被套井切割成对称蚀圆。

套井孔直径1.10m，孔距0.80m，有效孔厚度0.755m。套井心墙最小深度3.65m，最大深度23.20m。单排孔布置30个，双排孔布置178个。

3.1回填土料准备

填筑防渗墙的土料选用粘粒含量要求在15%~40%，含水率控制在15%~25%，设计干容重大于15.0KN/M3,渗透系数小于1×10-5c m/s。经三个取土场勘查，最后选定在离库址1.5KM处的茶叶山取土场，先定土料场的回填土料经送金华兴达建筑材料检测有限公司试验检测后，其各项指标均符合上述要求。

3.2施工准备

在施工前，放空库水，在结合迎水坡砼大放脚浇筑时排干库底水。先削平大坝坝顶，放出粘土防渗墙轴线，经过监理及业主核准后用编号的木桩打入每个井孔的中心位置，放样要一次完成。测量放样时，数据必须经现场监督人员审核后及时做好记录。

3.3施工顺序

冲抓套井回填施工的工艺流程为：布孔——安机——造孔——清理——回填夯实——质量检查。其中施工操作主要包括造孔、回填、夯实3个环节。施工时结合上坝施工道路的布置从坝右端向坝左端进行。

3.4造孔

套井冲抓造孔采用SJ2—95型冲抓钻机造孔，根据放样轴线成孔。套井回填在大坝上游混凝土预制块护砌以前进行，钻孔布置在新大坝轴线上、下侧40cm处，现状坝顶由原坝5m宽，向上游加宽至6m作为施工平台。

造孔按主孔和套孔相间布置，一主一套相交连接成墙。造孔时按一定顺序，在同一排井中，先打主井，后打套井。在双排套井中，先打上游排再打下游排套井，上下排相间进行，同时推进。造孔时，保持井孔垂直，是施工操作的关键。严格控制井孔最大偏斜值，对于单孔偏斜值不超过3~8cm为宜，以保证井与井之间能互相套接，不致产生漏缝。开孔直径为110cm，套井中心距为80cm，孔深至基岩或相对不透水层，深度由现场调整确定。

3.5回填：

回填土料前，井底保持无水，检查井壁的土料填筑情况，以确定是否有集中渗漏通道或渗漏层面。土料场开采时要求按规范进行，土料开采后，要打碎，粒径一般不大于5c m，并不准掺有草皮、碎石、树根等杂物。回填铺土要均匀平整，分层填筑，松土层不宜过厚，以20~40cm为宜。位于低水位下的井段，应加快施工速度。

3.6夯实：

回填土的夯实是提高土的密度和抗渗强度的重要环节，具体夯击参数经试验确定。按机械配置使用的夯锤重600kg，高度控制夯距2m，夯击次数20~25次。一般回填控制夯距2m，当距顶2m以内，夯距要小于2m，以防坝顶开裂或沿孔周壅起。

3.7注事事项：

由于土料的不均匀及天气变化影响，要求在第1个井回填后，用钻机钻取土样进行试验，根据试验结果适当调整工艺参数，保证填土质量。要严格按先主井后套井的顺序施工；造孔应连续作业不得停歇，以免塌孔；当出现严重塌孔时，可用土回填击实后，再进行冲抓；当井底有渗水时，可倾倒干土，反复抓尽，直至把水吸干。施工时要注意锤落深度，及时回填，必要时可以重复钻进回填，先进行上部处理、加固孔壁周围土体，重新钻孔回填。塌孔严重时可以采用换填干土、石灰拌土以吸附水分，不可强行加深。

施工期间如遇下雨天气，应对土料场及运堆坝顶的土料用尼龙布覆盖，以备天晴时即可开机使用。

4、 质量检查：

北湖水库除险加固工程大坝采用单、双排冲抓套井回填进行防渗处理。施工结束后，对套井施工质量进行抽查，每10个孔作为1个单元取1组土样，对回填土料进行含水率、干密度、渗透系数进行试验。该项目经环刀法抽样送金华兴达建筑材料检测有限公司试验室检测，最小干密度1.53g/cm3，而渗透系数均小于1×1.0-5㎝/s，符合设计及规范要求。经金华市新亚水利水电建设监理有限公司和兰溪市水利水电工程质量监督站评定质量为合格。

5、 结束语

施工实践证明，大坝防渗采用套井回填粘土防渗墙技术，具有机械设备简单、施工方便、工程量小、造价低、防渗效果好等优点。适用于均质土坝和宽心墙坝坝体渗漏处理。如果同时处理坝基渗漏，坝基采用帷幕灌浆处理，防渗效果更好。套井回填粘土防渗墙技术适合病险小型水库除险加固工程推广应用。

参考文献

[1] 蹍压式土石坝设计规范（SL274-2001）[S]

[2] 牛运光、土坝安全与加固[M]、中国水利水电出版社，1998