冲抓粘土防渗墙的应用



套孔冲抓粘土防渗墙在水库除险加固中的应用
王海丽 黄锦林 陈亮雄
(广东省水利水电科学研究院,广州,5106
  30)
摘 要:通过调查大量工程实例及查阅各种文献资料,从设计、施工、防渗效果、工程造价及注意问题等方面对 粘土防渗墙 土坝 除险加固
套孔冲抓粘土防渗墙技术进行系统的概括和总结,以期在我省得到推广应用。 关键词:套孔冲抓
1 前言
据 2001 年统计,广东全省 310 座大中型水库中有 178 座,6240 座小型水库中有 3300 多座水 库带病运行,存在着这样或那样的不安全隐患,而这些病险水库中,土坝占 90\%以上。广东省政 府 2003 年发出粤府[2003]13 号文,要求全省各地认真执行省人大关于继续解决小型水库安全隐 患问题的决议, 2003 年-2 007 年投入
  33.93 亿元, 从 彻底诊治 3279 座小型水库潜伏的 “险” 病” “ 、 、 “危”况,同年,更是把大中型水库的除险加固列为广东省城乡防灾减灾工程的一个重要内容, 要求在 3~5 年内完成。面临如此艰巨的任务,选择防渗效果好,工程投资少,施工方便,质量易 控制的土坝防渗加固技术显得尤为重要。 套孔冲抓粘土防渗墙技术是利用冲抓式打井机具,在坝体内造孔,回填防渗性能好的粘土, 分层夯实,形成一道连续的粘土防渗墙,同时,在回填夯实时,对井壁土层挤压,使井孔周围土 体密实,从而达到防渗加固的目的。该技术是 70 年代初,由浙江省温岭县在处理险坝中首创,近 年来,不断得到完善和发展,逐步推广到江西、湖南、山西、四川等十多个省份。尤其是江西省, 已有大中型水库 55 座(占加固总数的 45\%) ,小型水库上百座采用此法加固,效果均较良好,此 [6] 项技术已成为江西各地普遍采用的加固方法 。经调查,广东目前只有河源市船塘水库(小二型) [5] 采用此项技术对土坝进行了加固,工程完成后经过一个水文年的考验,效果良好 。 本文通过调查大量工程实例及查阅各种文献资料,从设计、施工、防渗效果、工程造价及注 意问题等方面对套孔冲抓粘土防渗墙技术进行系统的概括和总结,希望能在我省得到推广应用, 为更好地完成广东病险水库土坝的加固任务做出贡献。
2 套孔冲抓粘土防渗墙设计[1][2]
套孔冲抓粘土防渗墙的设计,主要包括钻孔平面套接布置、孔距、排距、孔深、有效墙厚及 回填土料设计等。
  2.1 钻孔平面套接布置 若采用单排布孔,在坝轴线或坝轴线上游侧按主、套孔相间布置,一主一套相交连接成墙。先 打主孔①、③号,回填后再打套孔②号,回填后再打⑤号孔,回填后再打④号孔,以此顺序,进 行打孔、回填。套孔即双号孔为整圆,主孔即单号孔被套孔切割,呈对称蚀圆。单排布孔的防渗 效果达不到设计要求时,可打双排孔,如图 1 所示。钻孔排数可根据土坝所需防渗有效厚度T来 决定: T=H/J允许 式中:T?防渗墙有效厚度(m);H?作用于防渗体的设计水头; J允许?填筑土料允许 渗透比降,对于良好压实的填土,轻壤土为
  3~
  4,壤土为
  4~
  6,粘土为
  5~
  10。
  2.2 孔距、排距及防渗墙的有效厚度的确定 如图 1 所示,根据几何关系推导,孔距、排距和有效厚度的计算公式详见表
  1。
423
表 1 孔距、排距和有效厚度计算公式
钻孔排数 1 2 3 最优α角
  45°
  38°
  34′
  30° 孔距 Li 排距 Si 有效厚度 Ti
L1=2Rcosα L2=2Rcosα L3=2Rcosα S2=R(1+sinα) S3=R(1+sinα)
T1=2Rsinα T2=R(1+3sinα) T3=R(2+4sinα)
图 1 钻孔平面套接布置
  2.3 孔深的确定 钻孔应打入到坝体填筑质量较好的土层内
  1~
  2m或嵌入基岩
  0.
  5~
  1.
  0m。
  2.4 回填土料设计 防渗墙回填土料一般采用粘性土料,通常要求粘粒含量为 35\%~50\%。粘性土的设计指标主要 -5 是渗透系数、含水量和干密度。回填土料要求渗透系数小于
  1×10 cm/s,并且有较好的塑性和渗 透稳定性,含水量控制在 20\%~30\%左右,塑限附近为宜。回填土料的干密度,可以由公式计算或 由击实试验确定,通常,粘土的设计干密度要大于土体天然干密度的
  1.
  02~
  1.12 倍并且不小于 3
  1.5g/cm 。
3 套孔冲抓粘土防渗墙施工
施工前需先将坝顶清理平整,然后按设计放样,确定每孔的中心桩。为满足立架和施工道路 的要求,坝顶宽度不得小于 5m,布孔中心线距坝坡不得小于 2m,否则应加宽。常用的造孔机具有 SJ2-95 型冲抓钻和 8JZ-95 型自动推卸冲抓式钻机。套孔冲抓填土施工工艺流程见图
  2。
图 2 套孔冲抓回填施工工艺流程
424

  3.1 造孔 造孔要保证平整垂直,孔位允许偏差±3cm。孔深小于 60m 时,端孔孔斜不得大于
  0.3\%;单 号孔与双号孔套接中心在任一深度的偏差,不得大于设计墙厚的 1/
  3。
  3.2 回填 回填土料的质量是保证套孔回填法成功的关键,所以回填粘土不仅要去掉土料中的杂物,而 且要经土工试验选择后使用,土料的填筑干重度与含水量均按设计要求控制,含水量过大应进行 翻晒,含水量过小则洒水润湿。 填土夯实是提高抗渗强度、防止坝面裂开的重要环节。夯锤重量控制在 6
  40~860kg,夯锤提 升高度控制在
  1.
  5~
  2.5m 为宜。夯击在落锤时,要保持几秒种的稳定时间,以免造成夯锤碰撞孔 壁,降低夯击功能。一般每层回填土厚度控制在
  0.
  3~
  0.5m,夯击次数
  15~20 次,当距坝顶 2m 以内时,应减少单位冲量,夯锤提升高度小于 2m,以防坝顶开裂或沿孔周壅起。
  3.3 质量检查 通过现场取样,检查回填土的夯实情况,测定夯实后的干密度和含水量。取样所测定的干密 度,其合格率不小于 90\%,且不合格样不得集中,不合格干密度不低于设计干密度的 98\%,否则立 即返工,并采取相应的处理措施。
4 防渗效果及工程造价
湖南邵东县东部流光岭水库大坝是均质土坝 ,坝高
  40.5m,坝顶长 210m,总库容
  0.206 亿 3 2 m ,1966 年动工兴建,运用过程中,发现下游坝坡渗水,最大湿润面积达 300m ,为妥善处理渗 漏问题,选用了冲抓套孔粘土防渗墙技术对渗漏部分进行处理,经验证,在相同库水位下,测压 管水位比原来降低了
  0.
  5~
  3.62m,防渗效果显著。施工中沿坝轴线造孔回填 222 孔,最大孔深
  19.5m,总进尺 41
  55.74m,有效厚度 6 9cm,平均投资
  21.82 元/m,节省了大量资金。 [4] 据江西省资料统计 ,在同样具有防渗功能的前提下,套孔冲抓粘土防渗墙单位造价 93 元 2 2 2 2 /m ~124 元/m ;射水法混凝土防渗墙墙厚 22cm 时,单位造价 128 元/m ~140 元/m ,墙厚 30cm, 2 2 2 单位造价 163 元/m ~175 元/m ;薄壁抓斗法混凝土防渗墙墙厚 30cm,单位造价 253 元/m ;高喷 2 2 2 防渗墙摆喷 245 元/m ~260 元/m ,旋喷 458 元/m 。 可见,套孔冲抓粘土防渗墙防渗效果好,工程造价低,对节约资金有着重要的意义。
[2]
5 设计和施工中的注意事项[7][8][9]

  1)设计中,如果回填土与基岩相接,其允许渗透比降为正常土体的 50\%~70\%,即粘土为
  2.
  5~
  5。由于不易加大防渗墙与基岩接触面处的防渗墙厚度,可以采用改善土料性能的办法来提 3 高土料允许渗透坡降,如改填水泥:土=
  1:
  8,压实干密度rd>
  1.
  68g/cm 的水泥土,其允许渗 透坡降可提高到
  12~
  15,从而可避免工程量太大。 (
  2)下雨天不宜施工。 (
  3) 施工造井前应提前
  15~20d 放低水库水位到设计要求的水位以下, 以利土坝内含水析出, 造井时井壁才能稳定。造井时要求井壁垂直,同一排井的圆心必须在同一轴线上。造井过程中如 发生塌方,应下土回填夯实,固结井壁,防止塌方发展,再继续造井。 (
  4) 造井后必须下井检查井底清基、 造井深度、 基岩开挖深度, 并记录坝体与基岩面的结合、 渗水以及井壁塌方等情况。为保证下孔检查人员的安全,要用安全罩载人下孔。 (
  5) 套孔冲抓粘土防渗墙处理最大深度一般至水库死水位, 如果施工时库水位高于套井深度, 可采取如下措施:如果井底渗水很小,将积水清除后,迅速下土回填即可保证质量;如果井底渗 水较大或积水过多,可先下干土吸水并夯实,再抓除干净,至井底基本无水时可正式回填;如果 井底渗水很大且孔内排水困难,可离井上游 2m 处打副井排除积水。
6 结语
实践证明,套孔冲抓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
425
渗效果好、又能下孔检查等优点,适合推广应用。我省病险水库土坝众多,除险加固任务繁重, 在土坝防渗加固技术不断发展的今天,应加大新技术、新工艺和新材料的应用力度。对于存在渗 漏问题的土坝,应根据土坝各自的水文地质条件及工程现状,通过多个技术方案的综合比较,选 择造价合理、施工速度快、防渗效果好的措施进行防渗,促进工程的安全运行,发挥水库更大的 社会效益和经济效益。 参考文献 [1] 牛运光,土坝安全与加固[M],北京:中国水利水电出版社,19
  98,1
  54~2
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  99,2
  85~2
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  1) ,
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  04, (
  1) ,
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  2) ,1
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  1) ,
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  01,增,
  44~
  45。
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