莊作義

(臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000)

0 引 言

水庫是保障社會經(jīng)濟(jì)、民生的重要設(shè)施[2]。套井回填是水庫大壩壩體除險加固與防滲漏處理的一種施工方法，在水庫除險加固施工中的應(yīng)用愈加深入，并取得了良好的應(yīng)用效果[2]。據(jù)此，以山東省平邑縣大夫?qū)幩畮斐U加固工程為例，在設(shè)計要點(diǎn)、套井回填防滲施工工藝及質(zhì)量控制、項(xiàng)目施工效果、防滲墻質(zhì)量檢查及注意問題等方面，對套井回填防滲技術(shù)進(jìn)行研究，以期為提升套井回填防滲技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量及水庫除險加固施工高質(zhì)量發(fā)展提供參考與借鑒。

1 工程概況

大夫?qū)幩畮煳挥谏綎|省平邑縣保太鎮(zhèn)大夫?qū)幋鍠|，如圖1所示，是沂河水系浚河支流——下關(guān)河上的一座中型水庫。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水洞、引水渠組成，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。[3]為完善平邑縣水資源調(diào)配體系，對其進(jìn)行除險加固，具體內(nèi)容為：放水洞出口節(jié)制閘下泄水渠漿砌石護(hù)底；西干渠漿砌石砌護(hù)；東干渠延伸；大壩樁號0+230—0+260下游戧臺增設(shè)縱向排水溝；放水洞出口增設(shè)2 m×3 m簡支橋；改建水庫至大夫?qū)幋宸姥绰?、水庫壩下三岔路口至放水洞防汛路、溢洪道交通橋西至排水體防汛路；實(shí)施管理所硬化、綠化工程。結(jié)合大夫?qū)幩畮旖Y(jié)構(gòu)、防汛需求及除險加固內(nèi)容分析，采用套井回填防滲技術(shù)進(jìn)行防滲處理[3]。

圖1 平邑大夫?qū)幩畮斓乩砦恢?/p>

2 設(shè)計要點(diǎn)

2.1 確定防滲墻厚度

防滲墻厚度的確定需要對滲流、滲流壓力進(jìn)行計算，如圖2所示，并對水庫的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在判斷防滲墻厚度合理性的基礎(chǔ)上，提高防滲透坡降破壞抵抗力。

圖2 滲流壓力水頭等值線圖

防滲墻滲透坡降公式表示為：

J=ΔH/δ

式中：J為防滲墻滲透坡降；δ為防滲墻設(shè)計厚度，m；ΔH為防滲墻上下游水位落差，m[4]。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析，本項(xiàng)目水庫類型為中型，所以其防滲墻的設(shè)計厚度可以選擇為1.0 m，防滲墻上下游水位落差為3.5 m，滲透坡降為3.80[4]。

2.2 確定套井處理深度

基于經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際需求分析，套井回填防滲墻的套井處理深度為壩體滲透部位2 m以下[4]。由于本項(xiàng)目水庫屬于中型水庫，壩高較小，墻體的土質(zhì)質(zhì)量整體較差，將套井處理深度確定為15 m左右[4]。

2.3 布置套井鉆孔

套井鉆孔的位置設(shè)計需要確定鉆孔排數(shù)、軸線位置、孔距等[4]。為保證防滲墻的厚度，避免相鄰井孔接合處出現(xiàn)新的滲漏，應(yīng)合理選擇孔距，并保證相鄰孔之間的距離[5]。在具體施工過程中，施工人員應(yīng)對套井鉆排數(shù)、有效厚度等指標(biāo)進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表1。結(jié)合本項(xiàng)目內(nèi)容分析，套井鉆孔布置情況如圖3所示。

表1 套井鉆孔布置計算公式

圖3 套井鉆孔布置

2.4 明確回填土料性質(zhì)

在套井回填施工中，應(yīng)保證回填土料的性質(zhì)與心墻土料要求相符，并注重明確土料的含水率、壓實(shí)度、顆粒組成、塑性指數(shù)等指標(biāo)內(nèi)容[5]。同時，施工人員應(yīng)根據(jù)施工規(guī)范分析土料性質(zhì)。通常情況下，選擇塑性指數(shù)大于17、黏粒為35%的黏土；土料含水量應(yīng)保證在±2%～3%[5,6]。另外，施工人員應(yīng)選擇易壓實(shí)的土料開展回填工作，并保證該土料的干密度在1.55 kg/cm3以上[6]。

3 套井回填防滲施工工藝及質(zhì)量控制

3.1 施工流程

套井回填防滲施工對場地平整性要求較高，在施工前，應(yīng)做好場地平整工作，并對沖抓機(jī)械施工路線、回填土料堆放場地進(jìn)行優(yōu)化布置[5，6]。具體流程如下：

流程一：布孔放樣→架機(jī)對中→造孔→井下檢查與棄土→回填夯實(shí)→移機(jī)[6]。

流程二：料場取土→土料篩選→土料運(yùn)輸→翻曬或?yàn)⑺靥詈粚?shí)→移機(jī)[6]。

具體施工實(shí)踐中，流程一與流程二可以同時進(jìn)行。

3.2 鉆孔

鉆孔過程中，首先要根據(jù)設(shè)計要求，在套井孔中放樣并編號。施工時根據(jù)編號順序間隔進(jìn)行施工。其次，施工人員應(yīng)保證鉆孔速度為2～3.5 m/h，并根據(jù)鉆孔深度、鉆孔部位的土質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整?；阢@孔質(zhì)量控制視角，保證鉆孔質(zhì)量的關(guān)鍵在于井孔的垂直度，一般情況下，要求鉆孔垂直度小于0.4%[7]。具體實(shí)踐中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

第一，消除鉆孔內(nèi)的滲透水。這要求施工人員在鉆孔前將水庫的水位降到最低，以消除壩體內(nèi)滲透水引發(fā)鉆孔坍塌事故，保障套井回填施工順利開展[7]。

第二，科學(xué)、合理地控制鉆孔速度。在具體施工中，施工人員應(yīng)精準(zhǔn)控制鉆孔速度，速度過快或過慢都會影響套井孔的穩(wěn)定性[7]。具體速度要求見表2。

表2 套井鉆孔速度

第三，保證鉆孔及時回填。在完成套井孔鉆孔后，應(yīng)及時應(yīng)用土料回填，自鉆孔完成至回填的時間間隔應(yīng)控制在1 h內(nèi)[6，7]。

第四，施工人員應(yīng)注重將壩體內(nèi)沖抓下來的土方運(yùn)出施工場地，避免土方堆放套井孔周邊增加井壁的附加應(yīng)力[6]。由于原壩體土料的黏結(jié)力較強(qiáng)，所以施工人員應(yīng)及時處理土料，并采取預(yù)防措施，以免套井鉆孔施工中出現(xiàn)鉆孔坍塌事故。

3.3 土料回填夯實(shí)

土料回填夯實(shí)對套井回填防滲施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響[6]。在具體施工中，首先，管理人員及施工人員首先要嚴(yán)格把控土料的性能與質(zhì)量。對此，施工現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置土工實(shí)驗(yàn)室，對土料的組成、自然含水率等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析[5，6]。若回填土料的含水量未達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)要求，則不得回填。其次，施工人員應(yīng)注重處理防滲墻底與原壩體土層結(jié)合處，在回填施工前，清楚砂礫石等雜物。若井底有積水，應(yīng)使用松干土料回填吸收積水后，再取出松土并回填[7]。最后，施工人員根據(jù)填土厚度估算公式對填土厚度進(jìn)行計算。公式表示為：

G=S·γ·H

式中：G為填土重量；S為套井孔底面積；γ為回填土料容量；H為每層夯實(shí)厚度。

若下井土料較多，則回填土的夯實(shí)難度較高，難以保證合理密實(shí)度。對此，施工人員應(yīng)做到科學(xué)、合理夯實(shí)。一方面，要避免夯錘過重過高，避免其沖擊力造成原壩體結(jié)構(gòu)破壞；另一方面，施工人員應(yīng)將夯錘設(shè)置在套井孔上10 cm處，以免夯錘落下產(chǎn)生的氣浪對原壩體結(jié)構(gòu)造成沖擊與破壞[7]。夯實(shí)數(shù)量方面，應(yīng)根據(jù)具體密實(shí)度檢驗(yàn)情況進(jìn)行選擇[5，6]。土料回填完畢后，施工人員應(yīng)對回填土的質(zhì)量進(jìn)行檢查，若干密度測試(每個套井孔測試不少于2次)結(jié)果不符合相關(guān)規(guī)定要求，則及時返工調(diào)整。

4 項(xiàng)目施工效果

防滲加固處理后，水庫壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所提升。

第一，防漏效果明顯。自套井回填處理后至今，原水庫滲漏明顯消除，并未出現(xiàn)新滲漏現(xiàn)象，防漏效果良好[6-7]。

第二，防滲效果良好。套井回填施工處理后，對水庫不同部位進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)壩體干燥，壩體內(nèi)浸潤線明顯下降，防滲效果好，壩體穩(wěn)定性提升[7]。

第三，原壩體受影響小。采用套井回填處理方案對水庫進(jìn)行除險加固處理，可以減小開挖面積和開挖量，可以降低施工對原壩體的影響。

5 防滲墻質(zhì)量檢查及注意問題

5.1 對防滲墻的質(zhì)量進(jìn)行檢查

土料質(zhì)量檢查方面，施工人員及質(zhì)量管理人員應(yīng)對土料料場情況進(jìn)行綜合分析，并對土料質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷是否已經(jīng)將土料中的垃圾、樹根等清除干凈[8]。同時，質(zhì)量管理人員應(yīng)對土料的性質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)和評定，判斷其是否符合相關(guān)設(shè)計要求。另外，施工人員與質(zhì)量管理人員應(yīng)在考慮給排水設(shè)施基礎(chǔ)上，合理堆放土料。

鉆井孔質(zhì)量檢驗(yàn)方面，施工人員應(yīng)在回填土料前，下井檢查機(jī)械設(shè)備質(zhì)量，若存在問題，應(yīng)及時采取有效措施進(jìn)行調(diào)整，以保證土料回填施工安全[8]。同時，施工人員應(yīng)排除鉆井孔井底的積水，并對井孔深度進(jìn)行測量和檢驗(yàn)，確保井孔深度與設(shè)計要求相符[8]。另外，施工人員應(yīng)注重檢查原壩體質(zhì)量，并對原壩體的滲水情況進(jìn)行記錄，以根據(jù)原壩體的具體情況采取有針對性的措施進(jìn)行鉆井孔處理。

回填土料質(zhì)量檢驗(yàn)方面，施工人員應(yīng)對回填土料的含水量、干密度、滲透系數(shù)、壓實(shí)度進(jìn)行檢驗(yàn)分析。同時，施工人員應(yīng)對每個套井進(jìn)行取樣，取樣間隔為：井底每2～3 m處取一組，并在每回填4～5 m處取一組；3個/組[8]。需要注意的是，施工人員應(yīng)保證取樣位置在主孔的上、中、下，套井的左、中、右[7]。在取樣記錄時，應(yīng)標(biāo)明時間、深度、井號等[7，8]。在回填土料滲透系數(shù)檢驗(yàn)分析過程中，根據(jù)具體施工質(zhì)量、土料性質(zhì)，進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，并應(yīng)用壓實(shí)度為質(zhì)量評價指標(biāo)，對滲透系數(shù)情況進(jìn)行評價。

5.2 套井回填防滲技術(shù)應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題

套井回填防滲技術(shù)是水庫除險加固施工中的重要技術(shù)內(nèi)容，對施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響[7]。為提高水庫除險加固施工質(zhì)量，相關(guān)工作人員在套井回填防滲施工過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

第一，套井回填防滲施工前(15～20 d)，應(yīng)降低水庫水位到設(shè)計規(guī)范要求水位以下，確保原水壩內(nèi)水分析出，確保井壁穩(wěn)定[6-8]。由于原水壩土料中可能含有石塊，進(jìn)而影響鉆頭鉆進(jìn)的垂直度，對井孔質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為提高鉆井質(zhì)量，施工人員應(yīng)遵循“勤檢查、多清理”原則，對鉆井的垂直度進(jìn)行控制。若在鉆井過程中出現(xiàn)偏斜，施工人員應(yīng)再次造孔，并及時回填、分層夯實(shí)，在保證鉆井孔垂直度的基礎(chǔ)上，為提高套井回填防滲施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

第二，在套井回填防滲技術(shù)應(yīng)用設(shè)計過程中，若發(fā)現(xiàn)回填土與基巖相連接，則將其滲透比控制為正常土體的50%～70%[8]。需要注意的是，套井回填防滲施工不宜加大防滲墻與基巖基礎(chǔ)面的防滲墻厚度，所以在具體實(shí)踐中，應(yīng)通過改善土料性能，提高土料的滲透坡降，在節(jié)約工程投資成本的基礎(chǔ)上，提高套井回填防滲技術(shù)應(yīng)用實(shí)效。

第三，由于水庫水位以下的井段通常會出現(xiàn)積水、冒水等問題，所以在套井回填防滲施工過程中，施工人員應(yīng)以“連續(xù)作業(yè)、快速施工”為施工原則進(jìn)行施工，避免積水等問題對施工進(jìn)度、施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[8]。同時，施工人員應(yīng)采取“打副孔”“兩次鉆孔”法對塌孔進(jìn)行處理，確保鉆孔質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

第四，在鉆井施工后，施工人員應(yīng)下井檢查井底情況，記錄井底、壩體與基巖結(jié)合面、滲水等情況，以及時采取有效措施完善施工成果。為保證下井檢查人員的安全，管理者應(yīng)保證其佩戴好安全罩再下井。

6 結(jié)束語

水壩運(yùn)行的影響因素較多，且運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜。在多重因素的長期影響下，水庫大壩可能出現(xiàn)滲漏問題，對水庫可持續(xù)運(yùn)行發(fā)展產(chǎn)生不利影響。為保障水庫大壩正常運(yùn)行，充分發(fā)揮水庫綜合效益，套井回填防滲技術(shù)人員應(yīng)精準(zhǔn)把握設(shè)計要點(diǎn)，并在施工流程、鉆孔、土料回填夯實(shí)方面嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水庫的高質(zhì)量、可持續(xù)運(yùn)行。