莫伯科

（桃江縣水利水電建設(shè)公司 桃江縣 413400）

1 工程概況

雪峰山水庫(kù)樞紐位于桃江縣灰山港鎮(zhèn)杜家沖村，是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的?。á瘢┬退こ?。于1956年10月動(dòng)工興建，1965年擴(kuò)建定型，主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高26m，壩頂面寬6m，壩軸線長(zhǎng)118m，壩址控制集雨面積2.3km2，可控外引面積9.2 km2，正常庫(kù)容560萬(wàn)m3，由于該工程修建時(shí)間早，且為“三邊”工程，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低，多年運(yùn)行后，壩體、壩基、壩肩滲漏等險(xiǎn)情不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響大壩安全運(yùn)行。

2 安全論證及初步設(shè)計(jì)概況

（1）2004年11月，由益陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了大壩安全分析論證，2004年12月由益陽(yáng)市水利局組織專家對(duì)大壩進(jìn)行了安全鑒定，鑒定類別為三類壩，2006年11月水利部大壩管理中心確認(rèn)雪峰山水庫(kù)為三類病險(xiǎn)壩，并針對(duì)存在問(wèn)題對(duì)大壩維修加固提出了相應(yīng)的處理意見(jiàn)。

大壩壩體滲漏原因及滲透系數(shù)：水庫(kù)大壩填筑材料主要由褐黃色，褐紅色、褐灰色的亞粘土、粘土及含腐植根系的壤土組成，夾有石英砂巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖風(fēng)化棱角狀角礫，填筑不均勻，且壓實(shí)度不夠，結(jié)構(gòu)松散～稍密，底部含水量較大～大，壩體填土高差較大，滲透系數(shù)懸殊，勘測(cè)滲透系數(shù)為：垂直（3.08×10-4～6.76×10-6）cm/s；水平（3.43×10-4～7.96×10-6）cm/s。特別是根系腐爛后形成滲流通道，不滿足均質(zhì)土壩的質(zhì)量要求。

（2）2007年10月由益陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)雪峰山水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，其中主壩壩體防滲設(shè)計(jì)方案為壩體采用沖抓套井回填粘土防滲墻與鋪防滲膜相結(jié)合，粘土防滲墻采用雙排面孔，設(shè)計(jì)上游排軸線布置于內(nèi)坡高程164.20m一級(jí)平臺(tái)中心線位置及上游高程（164.20～172.35）m的壩坡上，排距90cm，孔距86cm，單孔直徑1.1m，墻有效厚度1.59m，墻底至基巖與壩基帷幕灌漿相接，平面總長(zhǎng)度198m，本次沖抓回填造井268孔，最大孔深22.4m，總進(jìn)尺5235m，填筑土料采用素粘土。

3 沖抓套井回填粘土防滲墻技術(shù)

套井回填法在土壩壩體內(nèi)修建粘土防滲墻，屬樁柱式防滲墻。該項(xiàng)防滲墻技術(shù)主要在土壩滲漏壩段，沿壩軸線或壩軸線上游一米處單排布孔或雙排布孔，利用沖抓鉆頭造孔，鉆孔在平面上套接布置，孔深要求達(dá)到壩體填筑質(zhì)量較好的土層內(nèi)或基巖內(nèi)以滿足接觸面防滲要求。在單排布孔時(shí)，按主孔和套孔相間布置，一主一套相間連接;將孔內(nèi)回填粘性土，經(jīng)夯實(shí)后，形成一道連續(xù)的粘土防滲墻。當(dāng)單排布孔的防滲效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，則可打雙排孔。該技術(shù)的特點(diǎn)是套井回填粘性土經(jīng)夯實(shí)后干密度增大，滲透系數(shù)減小，防滲效果好，并可下井檢查，保證質(zhì)量;同時(shí)，套井四周壩體干密度增大，壩體得到加固。施工方法簡(jiǎn)單，操作方便，工效高，投資少?；靥盍弦拙偷厝〔?，但回填料用量大。該方法適用于水上施工，對(duì)水下或浸潤(rùn)線以下施工較為困難。

4 套井回填粘土防滲墻設(shè)計(jì)與施工工藝

4.1 回填土料選擇

回填土的質(zhì)量是套井回填成功的關(guān)鍵，對(duì)所選料場(chǎng)必須做物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)，與原壩體指標(biāo)對(duì)比，加以確定。根據(jù)本工程實(shí)際，所用土料粘粒含量要求在30%～50%，含水量控制在22%～24%，設(shè)計(jì)壓實(shí)度達(dá)到98%，滲透系數(shù)K不大于1×10-6cm/s。

4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

套井回填粘土防滲墻設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)包括：防滲墻厚度、套井處理深度、套井鉆孔及防滲墻布置、回填土料特性等。

4.2.1 防滲墻厚度

防滲墻厚度應(yīng)根據(jù)滲流計(jì)算和穩(wěn)定分析綜合確定。一般方法是先根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)姆罎B墻厚度，再根據(jù)滲流計(jì)算確定壩體內(nèi)浸潤(rùn)線位置，然后進(jìn)行壩體穩(wěn)定性分析，并檢驗(yàn)所假定的防滲墻厚度是否合理。同時(shí)，防滲墻厚度尚應(yīng)保證在設(shè)計(jì)水頭作用下能夠抵抗?jié)B透坡降的破壞。計(jì)算公式為;

式中 J——防滲墻滲透坡降；

δ——防滲墻設(shè)計(jì)厚度（m）；

△H——防滲墻上下游水位落差（m）。

其中防滲墻允許滲透坡降可參照 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定，一般可取3～5。在本水庫(kù)中防滲墻設(shè)計(jì)厚度為1.59m。

4.2.2 套井處理深度

根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，套井回填粘土防滲墻的套井處理深度一般應(yīng)位于壩體滲透部位至少（1～2）m以下，在本水庫(kù)設(shè)計(jì)中要求達(dá)到大壩基巖。

4.2.3 套井鉆孔及防滲墻布置

由于套井鉆孔位置也就是今后防滲墻土料填筑位置，故套井鉆孔和防滲滲墻布置是相互對(duì)應(yīng)的。主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括鉆孔排數(shù)、軸線位置、孔距等，與防滲墻設(shè)計(jì)厚度、沖抓機(jī)規(guī)格有關(guān)。為保證防滲墻的有效厚度，同時(shí)避免相鄰井孔接合處發(fā)生新的滲漏，應(yīng)合理選擇鉆孔孔距，并保證相鄰井孔之間有一定的搭接長(zhǎng)度。具體應(yīng)以相鄰井孔搭接處最小防滲墻厚度不小于設(shè)計(jì)防滲墻厚度為控制標(biāo)準(zhǔn)，需根據(jù)防滲墻設(shè)計(jì)厚度、沖抓機(jī)鉆孔直徑、鉆孔排數(shù)計(jì)算確定。

4.2.4 回填土料特性

套井回填土料的特性一般應(yīng)遵循碾壓式土壩對(duì)心墻土料的相關(guān)要求，重點(diǎn)需明確回填土料的顆粒組成、自然含水率、塑性指數(shù)、壓實(shí)度、干密度以及滲透系數(shù)等指標(biāo)。根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，套井回填土料一般應(yīng)選用塑性指數(shù)大于17，粘粒含量大于35%的粘土；土料自然含水量應(yīng)接近最優(yōu)含水量，其偏差應(yīng)控制在最優(yōu)含水量的土2%～3%之間為宜；回填土料應(yīng)容易壓實(shí)，并要求壓實(shí)度達(dá)到0.95以上；土料壓實(shí)后的干密度一般應(yīng)達(dá)到1.55kg/cm3以上，滲透系數(shù)可根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得出的干密度一滲透系數(shù)關(guān)系曲線確定，本水壩設(shè)計(jì)滲透系數(shù)K不大于1×10-6cm/s。

4.3 施工工藝及質(zhì)量控制

4.3.1 施工準(zhǔn)備

套井回填粘土防滲墻施工前應(yīng)先進(jìn)行平整場(chǎng)地，并布置好沖抓機(jī)械施工路線、棄土和回填土料堆放場(chǎng)地以及土料運(yùn)輸通道等。

4.3.2 鉆 孔

先按設(shè)計(jì)要求將套井孔放樣并編號(hào)，施工時(shí)造孔順序應(yīng)間隔進(jìn)行，鉆孔速度一般控制在（2.0～3.5）m/h之間，根據(jù)孔深、土質(zhì)情況不同適時(shí)調(diào)整;造孔的關(guān)鍵是要求井孔垂直，以保證防滲墻的有效防滲厚度;施工時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查套井孔的垂直度。為防止井孔坍塌，重點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）消除井孔內(nèi)的滲透水。這就要求在套井鉆孔前，必須先將庫(kù)水位降低至設(shè)計(jì)套井最低高程至少1.0m以下。這樣，既可以消除因壩體內(nèi)滲透水的存在而可能引發(fā)的塌孔事故，又可以避免對(duì)回填土料特性產(chǎn)生的不利影響。

（2）合理控制鉆孔速度。鉆孔速度過(guò)快或過(guò)慢，均不利于套井孔的穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)套井深度較?。?0 m～20m）、原土體中粘粒含量較多時(shí)，鉆孔速度可適當(dāng)快些，一般可控制在（3.0～3.5）m/h之間；當(dāng)套井深度較大（20 m～30m），原土體中砂粒含量較多時(shí)，鉆孔速度應(yīng)適當(dāng)放緩，一般可控制在（2.0～2.5）m/h之間。

（3）及時(shí)回填。一個(gè)套井孔完成鉆孔后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行土料回填夯實(shí)，兩者間隔以不超過(guò)1h為宜。同時(shí)，只有待一個(gè)套井孔完成從鉆孔至回填的全部工序后，才允許進(jìn)行下一個(gè)鉆孔的施工。

（4）鉆孔時(shí)從壩體內(nèi)沖抓出來(lái)的土方應(yīng)隨時(shí)運(yùn)走，不得堆放在套井孔周邊，以避免堆土對(duì)井壁所產(chǎn)生的附加應(yīng)力。同樣，準(zhǔn)備入孔回填的土料也不得堆放在套井孔周邊。

4.3.3 土料回填夯實(shí)

土料的回填夯實(shí)直接影響到套井回填防滲處理的效果與成敗，施工時(shí)應(yīng)十分重視。首先，嚴(yán)格控制回填土料的質(zhì)量。為此，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)立簡(jiǎn)易土工試驗(yàn)室，及時(shí)對(duì)回填土料進(jìn)行土工試驗(yàn)，以確定土料的顆粒組成、自然含水率、塑性指數(shù)等指標(biāo)。若自然含水量不符合規(guī)定要求，即土料過(guò)干或過(guò)濕，應(yīng)進(jìn)行灑水或翻曬處理。對(duì)不符合要求的土料，不得下井回填。

其次，應(yīng)重視防滲墻底部與原壩體土層結(jié)合處的處理，以防產(chǎn)生新的滲透薄弱面。為此，回填前應(yīng)先清除井孔底部的浮土、砂礫石等雜物。如有積水，應(yīng)先用松干土料回填吸干后再抓出松土，直至井底無(wú)水時(shí)才開(kāi)始土料回填。

第三，做到合理夯實(shí)。合理夯實(shí)有助于提高回填土的密實(shí)度和抗?jié)B強(qiáng)度。夯錘不能過(guò)重過(guò)高，否則沖擊力太大會(huì)對(duì)原壩體結(jié)構(gòu)造成破壞。夯錘應(yīng)保持底部呈球面形狀以增加夯擊時(shí)的側(cè)壓力，使回填土料能向套井孔四周擠壓，促使新老土體緊密結(jié)合。另外，夯錘應(yīng)與套井孔四周保持有l(wèi)0cm左右的空隙，以避免夯錘下落時(shí)因氣浪沖擊波震動(dòng)而對(duì)原壩體結(jié)構(gòu)造成破壞。對(duì)于夯錘高度和夯擊次數(shù)，一般需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定。

4.4 施工過(guò)程中遇到的困難

開(kāi)工初期，在沖抓造井到一定深度，測(cè)量為154m高程，還未達(dá)到上游水位150.35m（死水位）時(shí)，沖抓出的土料中含水量很大，施工稍作停頓，井內(nèi)就出現(xiàn)積水，井壁出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，影響正常施工，在孔深達(dá)到上游水位150.35m后，井內(nèi)來(lái)水量很大，垮塌嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)造孔至基巖。

4.4.1 原 因

（1）由于施工前水庫(kù)未提早降低水位，滲入壩體內(nèi)的水分未能導(dǎo)出壩體，導(dǎo)致在死水位以上一定高程內(nèi)的土體中含水量大。

（2）壩體與壩基接觸面以上至死水位高程之間的土體由于壩基或接觸面滲漏嚴(yán)重，導(dǎo)致以上部分土體滲徑短，井內(nèi)來(lái)水快。

4.4.2 措 施

（1）在來(lái)水不大的情況下，施工速度加快，施工中不停頓，達(dá)到基巖后迅速回填夯實(shí)。

（2）在來(lái)水較大，出現(xiàn)垮塌的情況下，采取沖抓→回填干土→再?zèng)_抓→再回填的循環(huán)方式。

（3）在沖抓軸線上每隔一定距離打一個(gè)先導(dǎo)井來(lái)排水的方法。

（4）利用原輸水箱涵基本排空了庫(kù)水。

通過(guò)以上措施，雖然施工初期進(jìn)度受到了一定影響，但確保了施工質(zhì)量，每個(gè)造孔均達(dá)到了基巖，通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)和土體取樣檢測(cè)，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

沖抓套井工程于2008年11月3日動(dòng)工，2009年2月底完工，總進(jìn)尺5289.7m，最大孔深達(dá)23m，每孔均達(dá)基巖?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）沖抓套井防滲墻施工，水庫(kù)必須至少提前15天降低水位，最好想辦法基本排空庫(kù)水，確保施工質(zhì)量。

（2）壩體土料含水量不大，土質(zhì)較好，造孔時(shí)不易出現(xiàn)垮塌的條件下，沖抓造孔深可達(dá)30m左右，30m左右壩高的大壩采用沖抓套井防滲方案時(shí)，宜選擇在壩頂軸線沖抓，方便施工。

1 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 .

2 張啟岳.土石壩加固技術(shù)[M].北京，中國(guó)水利水電出版社.1999 .

3 董哲仁.堤防加固除險(xiǎn)實(shí)用技術(shù)[M].中國(guó)水利水電出版社,1998 .

4 包承剛.堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)水利水電出版社,1999 .