東塢弄水庫(kù)大壩套井回填技術(shù)應(yīng)用

程 健

浙江中水工程技術(shù)咨詢中心，浙江杭州 310004

東塢弄水庫(kù)大壩套井回填技術(shù)應(yīng)用

程 健

浙江中水工程技術(shù)咨詢中心，浙江杭州 310004

浙江省自2003年開(kāi)展千庫(kù)保安工程建設(shè)以來(lái)，已經(jīng)完成了近600座中小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固任務(wù)，這類中小型水庫(kù)較多存在大壩滲漏問(wèn)題，一般采用套井回填進(jìn)行大壩防滲處理，該施工技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。本文通過(guò)工程實(shí)例，詳細(xì)介紹套井回填技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

千庫(kù)保安；除險(xiǎn)加固；大壩滲漏；套井回填

1 概述

浙江省自2003年開(kāi)展千庫(kù)保安工程建設(shè)以來(lái)，已經(jīng)完成了近600座中小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固任務(wù)，這類中小型水庫(kù)較多存在的大壩滲漏問(wèn)題，一般采用套井回填進(jìn)行大壩防滲處理，該技術(shù)經(jīng)過(guò)若干年的發(fā)展，已經(jīng)相對(duì)成熟，套井回填具有機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、工程量小、工效高、造價(jià)低及防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)。

套井回填技術(shù)最早起源于20世紀(jì)70年代初期浙江省溫嶺市，該技術(shù)在處理堤壩滲漏中，效果非常明顯，隨后在實(shí)踐中不斷得完善和發(fā)展，逐步推廣到江西、湖南、四川等10多個(gè)省。所謂套井回填的機(jī)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(shí)，形成一連續(xù)的套接粘土防滲墻，截?cái)酀B流通道，起到防滲的目的。

2 套井回填在工程實(shí)例中的運(yùn)用

2.1 工程概況

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

東塢弄水庫(kù)樞紐由擋水壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成。水庫(kù)大壩為粘土心墻壩，壩頂長(zhǎng)73.0m，寬約1.3m，壩頂高程52.4m，最大壩高14.5m。該水庫(kù)于1958年動(dòng)工興建，1972年完工投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行近39年，目前水庫(kù)存在的主要問(wèn)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(yán)重影響了水庫(kù)蓄水并危及大壩安全。

2.2 防滲方案確定

項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組對(duì)東塢弄水庫(kù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)查勘，并針對(duì)水庫(kù)大壩的滲漏問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)行了討論，分析認(rèn)為東塢弄水庫(kù)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，當(dāng)時(shí)施工技術(shù)、施工機(jī)械不成熟，大壩心墻填筑質(zhì)量較差，經(jīng)過(guò)近四十年的運(yùn)行大壩心墻防滲性能已經(jīng)大大降低，從而引起壩體全壩線滲漏。由于本水庫(kù)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(shù)則由于成本太高無(wú)法實(shí)施，考慮到東塢弄水庫(kù)壩高僅14.5m，該壩高完全適合采用套井回填技術(shù)進(jìn)行壩體防滲。

2.3 套井防滲墻設(shè)計(jì)

套井防滲墻設(shè)計(jì)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(jù)滲透計(jì)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(jì)算確定，這里取4m；

J為套井的滲透坡降，根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)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(jù)相關(guān)試驗(yàn)資料，土壩由于沖抓鉆建造防滲墻的側(cè)向擠壓作用，一般影響范圍約為套井邊緣外0.8m～1.0m，其中符合設(shè)計(jì)干容重要求的有效環(huán)形厚度為0.2m～0.3m。根據(jù)常規(guī)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(shí)際有效厚度為1.3 m～1.4m，為安全起見(jiàn)，本水庫(kù)采用1.2m孔徑鉆孔，其有效厚度至少達(dá)1.4m，完全滿足計(jì)算套井防滲最小厚度要求。

故設(shè)計(jì)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(zhǎng)度，搭接長(zhǎng)，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(shù)，但有效厚度要下降，過(guò)去主要考慮搭接處要達(dá)到70cm～80cm厚度，套井中心距一般為60cm～70cm。實(shí)踐證明，由于夯擊時(shí)側(cè)向擠壓作用，套井搭接處的壩體滲透系數(shù)要小于套井中心處的滲透系數(shù)，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(shuō)明兩孔套接處不會(huì)產(chǎn)生集中滲流，套井孔距可以適當(dāng)加大。因此本水庫(kù)將套井孔徑由過(guò)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(shí)節(jié)省了工程量，進(jìn)而降低工程造價(jià)。

3）套井孔深確定

根據(jù)地質(zhì)資料，東塢弄水庫(kù)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(diǎn)，另外壩基可能存在接觸滲漏，為安全起見(jiàn)，本水庫(kù)套井孔深要求深入壩基基巖面，并要求清除表層風(fēng)化碎石。

4）套井回填粘土參數(shù)確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001），心墻壩回填土料滲透系數(shù)要求≤1×10-5cm/s。因此套井回填壓實(shí)后土料滲透系數(shù)應(yīng)滿足≤1×10-5cm/s，同時(shí)水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽）按質(zhì)量計(jì)不大于3%；有機(jī)質(zhì)含量按質(zhì)量計(jì)不大于2%，并要有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性。

2.4.1 套井孔位布置

圖1

東塢弄水庫(kù)大壩套井回填孔位共布孔78個(gè)，平面上呈1主1副交錯(cuò)布置（見(jiàn)圖1套井回填孔位布置圖），套井施工通過(guò)主副孔交錯(cuò)造孔，回填夯實(shí)粘土，前后搭接，形成完整連續(xù)的墻體。對(duì)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(shí)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(shí)3個(gè)環(huán)節(jié)，其詳細(xì)工藝流程如下：

放樣布孔→架機(jī)對(duì)中→造孔→下井檢查清理→回填夯實(shí)→質(zhì)量檢查→移機(jī)。

2.4.3 施工平臺(tái)開(kāi)挖

東塢弄水庫(kù)在施工前要求先將水庫(kù)庫(kù)水位降低至死水位，并開(kāi)挖壩頂1m至51.4m高程，此時(shí)壩頂寬度約有4.0m左右，壩頂平臺(tái)基本能滿足套井鉆機(jī)操作及車輛土料運(yùn)輸要求。

2.4.4 沖抓機(jī)械造孔

另一方面，AI技術(shù)的普及可以讓藝術(shù)家擺脫低級(jí)腦力活動(dòng)而集中精力于作為核心的創(chuàng)意本身，從而拓展能力范圍，提升創(chuàng)作效率。甚至，從一個(gè)整體和長(zhǎng)期的視角來(lái)看，AI介入藝術(shù)會(huì)加快藝術(shù)史的進(jìn)化速度。每當(dāng)進(jìn)入一個(gè)新的藝術(shù)史范式，AI就可以以已有作品為樣本庫(kù)而將相關(guān)的各種可能性迅速挖掘出來(lái)，從而加快藝術(shù)范式成熟，促使藝術(shù)家們更早開(kāi)始新突破，打開(kāi)新維度。

套井造孔施工順序安排如下：先打Ⅰ、Ⅲ號(hào)主孔 (見(jiàn)圖1平面布置圖)，回填夯實(shí)后，再打Ⅱ號(hào)副孔，再回填夯實(shí)，然后打Ⅴ號(hào)主孔，回填夯實(shí)后，再打Ⅳ號(hào)副孔，依此類推，按順序進(jìn)行。套井施工造孔時(shí)憑借造孔機(jī)具自重向孔內(nèi)沖擊，沖擊時(shí)，葉片張開(kāi)，并插入井孔土層，沖擊后，操作卷?yè)P(yáng)機(jī)使鋼絲繩收緊，帶動(dòng)滑輪組使葉片閉合，將土抓住，然后把整個(gè)機(jī)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(dòng)張開(kāi)，向孔外卸土，卸土完成再將機(jī)具從掛上脫下，即完成一次沖抓。然后再次進(jìn)行沖擊，開(kāi)始下一次循環(huán)。如此循環(huán)直至挖到設(shè)計(jì)深度。

套井鉆孔要垂直，這是施工造孔中的關(guān)鍵，否則會(huì)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(shè)計(jì)墻厚的90%。為防止井孔偏斜，造孔時(shí)，定位要對(duì)準(zhǔn)中心樁，三腳架墊應(yīng)保持平穩(wěn)，避免鉆頭擺動(dòng)而影響造孔質(zhì)量。施工中要及時(shí)檢查造孔是否平整垂直，如發(fā)現(xiàn)井壁已歪斜，必須查明原因，并及時(shí)糾正。

2.4.5 粘土回填

套井回填土料前應(yīng)下井檢查，下井檢查應(yīng)有安全下井機(jī)具，檢查時(shí)應(yīng)把井底浮土、風(fēng)化碎石清理干凈，并保持無(wú)水?；靥钔亮虾实仁┕?shù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，對(duì)于含水量過(guò)高的粘土，要求先晾曬一至兩周再取土回填。同時(shí)粘土料要求去除草皮、樹(shù)根、個(gè)別石塊等雜物?；靥钿佂烈鶆蚱秸?，分層填筑，鋪土不宜過(guò)厚，控制在30cm以內(nèi)。

2.4.6 粘土夯實(shí)

粘土的夯實(shí)是提高粘土的密實(shí)度和抗?jié)B性能的重要環(huán)節(jié)。擊實(shí)次數(shù)與每層土的厚度及夯擊功能參數(shù)有關(guān)，應(yīng)通過(guò)理論計(jì)算并結(jié)合擊實(shí)試驗(yàn)確定。計(jì)算公式如下：

h為填土層厚，取0.3m；

E為擊實(shí)功能，t·m/m；

Q為錘重，t；

H為夯錘落距，m。

2.4.7 質(zhì)量檢查

套井回填質(zhì)量檢查是套井回填質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，其內(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(cè)等項(xiàng)目。其中，施工參數(shù)的確定應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，按其試驗(yàn)最佳鋪土厚度、落距、夯擊次數(shù)控制?；靥钔临|(zhì)量檢查包括干密度、含水量、滲透系數(shù)。一般要求對(duì)每個(gè)套井均應(yīng)取樣試驗(yàn)，并記錄備案。

2.5 施工中遇到問(wèn)題及常規(guī)處理辦法

參見(jiàn)周遍類似工程，套井施工常見(jiàn)問(wèn)題主要有：塌孔、孔位偏斜、孔內(nèi)滲水等，本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)也給出了合理的建議。

1）針對(duì)回填中常見(jiàn)的塌孔問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)認(rèn)為可向塌孔內(nèi)回填摻有一定比例的膨潤(rùn)土的粘土，反復(fù)沖擊錘打，然后繼續(xù)回填，繼續(xù)沖擊錘打，直至不再發(fā)生塌孔為止；

2）對(duì)于造孔中孔位偏斜的問(wèn)題，可在發(fā)現(xiàn)孔位偏斜后采用毛竹條，用光滑面拉住沖抓鉆鋼絲繩，調(diào)整鉆頭至孔位中心，輕打勤測(cè)，直至糾正孔斜為止；

3）若造孔中發(fā)生孔內(nèi)滲水，滲水量不大時(shí)可采用小水泵抽排，并回填粘土，抓取置換，即可解決孔內(nèi)滲水。若滲水量較大，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，則應(yīng)查明原因，確定滲水來(lái)源，若為心墻內(nèi)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(nèi)地下水位，一般即可解決孔內(nèi)滲水難題。

3 結(jié)論

東塢弄水庫(kù)在經(jīng)過(guò)套井回填技術(shù)處理后，大壩心墻的防滲性能大為提高，基本解決了該水庫(kù)的漏水問(wèn)題。通過(guò)浙江省近幾年中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中成功運(yùn)用套井回填的案例表明，壩高不高（一般為30m以內(nèi)），土層不復(fù)雜的粘土心墻壩均可采用套井回填技術(shù)處理大壩防滲問(wèn)題。該技術(shù)同時(shí)具有施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，工期短的特點(diǎn)，因此能在全國(guó)較多省份迅速推廣。

式中：Kp為壓縮系數(shù)，由試驗(yàn)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(shè)計(jì)規(guī)范（SL274-2001）[M].北京：中國(guó)水利水電出版社.

[2]牛運(yùn)光.土壩安全與加固[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

[3]顧輝.病險(xiǎn)水庫(kù)土石壩加固設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

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