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摘要：坝体冲抓套井回填粘土防渗墙是利用冲抓锥取土造井，再向套井内回填粘土，夯实后形成粘土心墙的技术。该技术已广泛运用于中、小型均质土坝的防渗加固处理，具有施工简便、成本较低、坝体防渗效果较好等优点。本文从坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的原理出发，并结合工程实例阐述了坝体冲抓套井回填粘土防渗墙在病险水库除险加固中的应用。
关键词：坝体冲抓套井；回填粘土；防渗墙；坝体防渗
中图分类号：P619.23+1文献标识码： A 文章编号：
1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的原理
坝体冲抓套井回填粘土防渗墙是利用冲抓式打井机具，在土坝或堤防防渗轴线上造井，用粘性土料分层回填夯实，形成一道连续的套接粘土防渗墙，截断渗流通道，降低坝体浸润线。此外，在回填粘土夯击时，夯锤对井壁的土层挤压，使其周围土体密实、提高堤坝质量，从而达到防渗和加固的目的。
该项技术首创于70年代初，首先应用于浙江省温岭县的险坝处理中，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、云南等十多个省份。云南省昆明市寻甸县的邓家村水库、二龙池水库等2件小（二）型病险水库除险加固的坝体防渗均采用此法加固。
2坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的质量控制要点
2.1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的布置
套井回填采用粘土防渗墙对均质土坝坝体进行防渗加固。施工时利用冲抓式机械造井，采用套井成墙施工，形成一道连续的套接粘土防渗墙，阻止渗流通道。一般井径为0.8～1.1m，每孔圆心间距0.8m，粘土防渗墙厚度0.8m。粘土防渗墙一般布置在大坝临河距大坝中轴线1m处，平行于大坝中轴线。如图1，套井为整圆，主井被套井切割，呈对称蚀圆。
图1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙平面布置图
2.2回填土料
回填土料一般要求是非分散性土料（粘土），粘粒含量在35%～50%之间，渗透系数小于1×10-5cm/s，干密度要求大于1.5g/cm3，含水量为28.4%～37%，压实度不低于98%。
2.3施工工艺
套井回填防渗墙施工操作主要工序是造孔、回填、夯实三个环节，工艺流程如下所示：
放样布孔→架机对中→造孔→下井检查→人工清理→回填夯实→质量检查→移机料场取土→运输→土料翻晒或加水→土料储存运输。
（1）造孔
在造孔前，必须尽早将水库水位降低到要求处理的高程以下；施工顺序为：先打主井1、3号井→回填夯实后→再打套井2号井→回填→再打5号井→回填后再打4号井，以此类推，按顺序进行。
造孔注意事项：钻孔要垂直，这是施工中的关键，否则会影响防渗墙的搭接和有效厚度。为防止井孔偏斜，造孔时，定位要对准中心桩，三脚架垫应保持平稳，避免钻头摆动而影响造孔质量。冲抓钻头上的4个叶片必须长短一致，而且要直，造孔到一定深度，及时检查井孔是否平整垂直，如发现井壁已歪斜，必须查明原因，及时纠正。
（2）回填
在回填土料前，应下井检查，把井底浮土、碎石清理干净，并保持无水，井内若有渗水应及时抽干。回填土料须经过试验后选定料场开采，并有专人负责，料场含水量根据天气等因素控制，一般天气干燥或风速较大时，料场含水量稍高些；在夜间和湿度较大时，应稍低些，料场含水量的控制数值与填筑含水量的差值，应通过试验确定。土料开采后要打碎，粒径一般不得大于5cm，不得掺有草皮、树根等杂物，回填铺土要均匀平整，分层填筑，每层厚度在30～50cm为益。
（3）夯实
回填土的夯实是提高土的密实度和抗渗强度的重要环节，对保证填土质量起很大作用。击实次数、每层土的厚度及夯击功能参数有关，应通过击实试验确定，如无条件做现场试验，可根据室内试验确定。
深井底部要及时回填，分层铺土要均匀、平整；夯锤落距宜小，落锤要平稳，提升后自由下坠，不使钢丝绳抖动，以保证夯实密度。一般回填控制夯距2 m，夯击次数20～25次。当距顶2 m以内时，应减少单位冲量，夯距要小于2 m，以防坝顶开裂或沿孔周壅起。
2.4质量检查
及时检查质量是保证套井回填质量的重要措施，其内容包括土料检查、井孔检查、施工参数控制及回填土检测等项。
（1）土料检查。检查是否在料区范围内开采，取土前是否已将草皮、树根覆盖层等清除干净，取土加工是否符合规定；排水系统、防雨措施是否完善；土料的性质、含水量等是否符合设计要求。
（2）井孔检查。下井检查要特别注意人身安全，应坐安全笼下井。在下井前，必须对机械设备加以检查。井孔检查内容：①检查井底的清基及积水的排除。②测量孔深是否达到设计要求的深度。③对原坝体的质量进行检查，发现渗水、坍方、土质松软部位，应详细记录其范围、大小、严重程度，并根据其性质轻重加以处理；在套孔中检查与两侧单孔填土搭接厚度是否符合设计要求，以及两侧单孔回填土质量，发现有松散或薄弱处，根据其范围大小作出相应处理。
（3）回填土质量检查。检查项目包括干密度、含水量、渗透系数。一般要求对每个套井均应取样试验，井中取样间隔离井底2～3m处取第一组土样，以后每回填4～5m取一组，必要时可以在任意深度内抽取土样，每组取样3个。判别填土压实质量指标，一般采用压实度。当套井回填土料方量较大时，在一个料场的不同部位、不同深度的土料，甚至其他料场，其压实性不尽相同。如采用同一干密度指标，作为填土压实控制指标，将会造成有超压或少压。
3工程实例
3.1工程概况
邓家村水库位于云南省昆明市寻甸县倘甸镇的东南部，距倘甸镇政府所在地3km，地处新华村民委员会邓家村上游小河上，属普渡河水系。该水库于1988年开工建设，1991年完工运行，总库容10.1万m3，为小（二）型水库。水库上游植被较好，控制径流面積1.8km2，是一座以灌溉为主，兼下游防洪的综合性工程。
3.2工程布置及主要建筑物
邓家村水库枢纽工程除险加固后主要建筑物由大坝、输水涵管、溢洪道、管理房四个部分组成。拦河坝为均质土坝，输水涵管布置于顺流右岸，溢洪道布置于顺流右岸。
根据邓家村水库的病险情况，本次防渗处理设计为：对坝基、坝肩及结合部进行充填帷幕灌浆、坝体进行套井回填粘土防渗墙。帷幕灌浆及套井回填粘土防渗墙轴线沿老坝轴线布置。套井回填粘土防渗墙的套井直径为1.1m（有效厚度0.75m）套井中心距离0.8m，河床处井底高程2104.68m。
云南省昆明市寻甸县邓家村水库除险加固工程的坝体冲抓套井回填粘土防渗墙2009年3月30日开工，2009年5月25日完工。
4施工中遇到的主要问题及其解决办法
4.1井壁偏斜的原因及其处理方法
主要是：①套井内土质不同，有时遇到一边软、一边坚硬，随着井深增加，导致井壁内较软的一侧偏斜。处理的方法，将机架置于软基一侧垫高或者置于硬基一侧降低，但幅度要适中。如置软基一侧，因受力后沉陷，则需要垫枕木置于软基上，增加受力面积，防止继续下沉。②钻头上下冲击振动，使底架缓慢位移，或因振动产生支架的螺栓松动变位，引起井壁偏斜，必须打锚桩固定机架，并拧紧支架的连接螺栓。③当钻头4块叶片长短不一或弯曲时，导致井壁偏斜，必须及时更换叶片。
4.2深孔坍方的原因及其处理方法
由于坝体土质松散、渗水等原因，导致井壁坍方，特别是在深孔中更加明显。解决方法，一般采用堵与排。堵的方法，可采用粘土固壁和打补强孔两种方法。粘土固壁是在已坍方或将要坍方的井段回填粘土夯实后，再重复造孔。打补强孔是在漏水或坍方的上游打井回填粘土截断水流，补强坍方部分。该方法效果好，但造价高，只有在可能出现突发性坍方或已出现大坍方时再采用。排的方法，即在主井的渗水侧打排水井，拦截渗漏水，保证主井回填或在有渗水的主井内以预制钢护筒衬砌井壁，采用潜水泵进行排水，其具体做法，在已布置的单序孔位上间隔一定距离钻孔。如未发现较大漏水，则一直打至设计深度，再回填。如有渗水则将井深打至漏水部位以下2m左右，下钢护筒支护，用潜水泵排水。
5套井回填防渗墙的优、缺点
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、防渗效果好、又能下孔检查等优点，适合推广应用。如云南省昆明市寻甸县的邓家村水库，套井回填防渗墙应用于水库除险加固，具有施工工艺简单、坝体防渗效果好、成本较低等优点。如我县的邓家村水库除险加固中，共完成了套井回填造孔总进尺949.49m，施工过程中使用了2台8JZ—95型冲抓式打井机，工期55天，根据现场检测结果，墙体防渗效果均达到了预期目的（渗透系数均小于1×10-6cm/s），墙体每米造价为222元，与混凝土防渗墙相比，每米约节约投资约300元。
受施工工艺及水文、地质等条件限制，套井回填防渗墙也有它的不足之处。首先，套井回填防渗墙一般只适用于软弱土层，包括第四纪冲积层，洪积层，残积层及人工填土，及砂类土，粘性土，黄土和淤泥等地层，在水库大坝防渗处理中一般适用于均质土坝坝体及两岸坡结合部；其次，套井回填防渗墙须与帷幕灌浆结合使用，才能全面解决水库渗漏问题，如邓家村水库除险加固工程，水库大坝坝体、坝基结合部无法进行套井回填防渗墙的施工，必须采用帷幕灌浆才能解决水库坝基、两岸结合部的渗漏问题。
6结语
据了解，云南省有近80%的水库均始建于50～60年代，受当时技术经济条件限制，大多数水库大坝均为人工填筑，坝体碾压质量较差，导致病险水库土坝众多，除险加固任务繁重。在土坝防渗加固技术不断发展的今天，應加大新技术、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，1998，154～232。
[2]张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社，1999，285～289。
关键词：坝体冲抓套井；回填粘土；防渗墙；坝体防渗
中图分类号：P619.23+1文献标识码： A 文章编号：
1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的原理
坝体冲抓套井回填粘土防渗墙是利用冲抓式打井机具，在土坝或堤防防渗轴线上造井，用粘性土料分层回填夯实，形成一道连续的套接粘土防渗墙，截断渗流通道，降低坝体浸润线。此外，在回填粘土夯击时，夯锤对井壁的土层挤压，使其周围土体密实、提高堤坝质量，从而达到防渗和加固的目的。
该项技术首创于70年代初，首先应用于浙江省温岭县的险坝处理中，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、云南等十多个省份。云南省昆明市寻甸县的邓家村水库、二龙池水库等2件小（二）型病险水库除险加固的坝体防渗均采用此法加固。
2坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的质量控制要点
2.1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙的布置
套井回填采用粘土防渗墙对均质土坝坝体进行防渗加固。施工时利用冲抓式机械造井，采用套井成墙施工，形成一道连续的套接粘土防渗墙，阻止渗流通道。一般井径为0.8～1.1m，每孔圆心间距0.8m，粘土防渗墙厚度0.8m。粘土防渗墙一般布置在大坝临河距大坝中轴线1m处，平行于大坝中轴线。如图1，套井为整圆，主井被套井切割，呈对称蚀圆。
图1坝体冲抓套井回填粘土防渗墙平面布置图
2.2回填土料
回填土料一般要求是非分散性土料（粘土），粘粒含量在35%～50%之间，渗透系数小于1×10-5cm/s，干密度要求大于1.5g/cm3，含水量为28.4%～37%，压实度不低于98%。
2.3施工工艺
套井回填防渗墙施工操作主要工序是造孔、回填、夯实三个环节，工艺流程如下所示：
放样布孔→架机对中→造孔→下井检查→人工清理→回填夯实→质量检查→移机料场取土→运输→土料翻晒或加水→土料储存运输。
（1）造孔
在造孔前，必须尽早将水库水位降低到要求处理的高程以下；施工顺序为：先打主井1、3号井→回填夯实后→再打套井2号井→回填→再打5号井→回填后再打4号井，以此类推，按顺序进行。
造孔注意事项：钻孔要垂直，这是施工中的关键，否则会影响防渗墙的搭接和有效厚度。为防止井孔偏斜，造孔时，定位要对准中心桩，三脚架垫应保持平稳，避免钻头摆动而影响造孔质量。冲抓钻头上的4个叶片必须长短一致，而且要直，造孔到一定深度，及时检查井孔是否平整垂直，如发现井壁已歪斜，必须查明原因，及时纠正。
（2）回填
在回填土料前，应下井检查，把井底浮土、碎石清理干净，并保持无水，井内若有渗水应及时抽干。回填土料须经过试验后选定料场开采，并有专人负责，料场含水量根据天气等因素控制，一般天气干燥或风速较大时，料场含水量稍高些；在夜间和湿度较大时，应稍低些，料场含水量的控制数值与填筑含水量的差值，应通过试验确定。土料开采后要打碎，粒径一般不得大于5cm，不得掺有草皮、树根等杂物，回填铺土要均匀平整，分层填筑，每层厚度在30～50cm为益。
（3）夯实
回填土的夯实是提高土的密实度和抗渗强度的重要环节，对保证填土质量起很大作用。击实次数、每层土的厚度及夯击功能参数有关，应通过击实试验确定，如无条件做现场试验，可根据室内试验确定。
深井底部要及时回填，分层铺土要均匀、平整；夯锤落距宜小，落锤要平稳，提升后自由下坠，不使钢丝绳抖动，以保证夯实密度。一般回填控制夯距2 m，夯击次数20～25次。当距顶2 m以内时，应减少单位冲量，夯距要小于2 m，以防坝顶开裂或沿孔周壅起。
2.4质量检查
及时检查质量是保证套井回填质量的重要措施，其内容包括土料检查、井孔检查、施工参数控制及回填土检测等项。
（1）土料检查。检查是否在料区范围内开采，取土前是否已将草皮、树根覆盖层等清除干净，取土加工是否符合规定；排水系统、防雨措施是否完善；土料的性质、含水量等是否符合设计要求。
（2）井孔检查。下井检查要特别注意人身安全，应坐安全笼下井。在下井前，必须对机械设备加以检查。井孔检查内容：①检查井底的清基及积水的排除。②测量孔深是否达到设计要求的深度。③对原坝体的质量进行检查，发现渗水、坍方、土质松软部位，应详细记录其范围、大小、严重程度，并根据其性质轻重加以处理；在套孔中检查与两侧单孔填土搭接厚度是否符合设计要求，以及两侧单孔回填土质量，发现有松散或薄弱处，根据其范围大小作出相应处理。
（3）回填土质量检查。检查项目包括干密度、含水量、渗透系数。一般要求对每个套井均应取样试验，井中取样间隔离井底2～3m处取第一组土样，以后每回填4～5m取一组，必要时可以在任意深度内抽取土样，每组取样3个。判别填土压实质量指标，一般采用压实度。当套井回填土料方量较大时，在一个料场的不同部位、不同深度的土料，甚至其他料场，其压实性不尽相同。如采用同一干密度指标，作为填土压实控制指标，将会造成有超压或少压。
3工程实例
3.1工程概况
邓家村水库位于云南省昆明市寻甸县倘甸镇的东南部，距倘甸镇政府所在地3km，地处新华村民委员会邓家村上游小河上，属普渡河水系。该水库于1988年开工建设，1991年完工运行，总库容10.1万m3，为小（二）型水库。水库上游植被较好，控制径流面積1.8km2，是一座以灌溉为主，兼下游防洪的综合性工程。
3.2工程布置及主要建筑物
邓家村水库枢纽工程除险加固后主要建筑物由大坝、输水涵管、溢洪道、管理房四个部分组成。拦河坝为均质土坝，输水涵管布置于顺流右岸，溢洪道布置于顺流右岸。
根据邓家村水库的病险情况，本次防渗处理设计为：对坝基、坝肩及结合部进行充填帷幕灌浆、坝体进行套井回填粘土防渗墙。帷幕灌浆及套井回填粘土防渗墙轴线沿老坝轴线布置。套井回填粘土防渗墙的套井直径为1.1m（有效厚度0.75m）套井中心距离0.8m，河床处井底高程2104.68m。
云南省昆明市寻甸县邓家村水库除险加固工程的坝体冲抓套井回填粘土防渗墙2009年3月30日开工，2009年5月25日完工。
4施工中遇到的主要问题及其解决办法
4.1井壁偏斜的原因及其处理方法
主要是：①套井内土质不同，有时遇到一边软、一边坚硬，随着井深增加，导致井壁内较软的一侧偏斜。处理的方法，将机架置于软基一侧垫高或者置于硬基一侧降低，但幅度要适中。如置软基一侧，因受力后沉陷，则需要垫枕木置于软基上，增加受力面积，防止继续下沉。②钻头上下冲击振动，使底架缓慢位移，或因振动产生支架的螺栓松动变位，引起井壁偏斜，必须打锚桩固定机架，并拧紧支架的连接螺栓。③当钻头4块叶片长短不一或弯曲时，导致井壁偏斜，必须及时更换叶片。
4.2深孔坍方的原因及其处理方法
由于坝体土质松散、渗水等原因，导致井壁坍方，特别是在深孔中更加明显。解决方法，一般采用堵与排。堵的方法，可采用粘土固壁和打补强孔两种方法。粘土固壁是在已坍方或将要坍方的井段回填粘土夯实后，再重复造孔。打补强孔是在漏水或坍方的上游打井回填粘土截断水流，补强坍方部分。该方法效果好，但造价高，只有在可能出现突发性坍方或已出现大坍方时再采用。排的方法，即在主井的渗水侧打排水井，拦截渗漏水，保证主井回填或在有渗水的主井内以预制钢护筒衬砌井壁，采用潜水泵进行排水，其具体做法，在已布置的单序孔位上间隔一定距离钻孔。如未发现较大漏水，则一直打至设计深度，再回填。如有渗水则将井深打至漏水部位以下2m左右，下钢护筒支护，用潜水泵排水。
5套井回填防渗墙的优、缺点
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、防渗效果好、又能下孔检查等优点，适合推广应用。如云南省昆明市寻甸县的邓家村水库，套井回填防渗墙应用于水库除险加固，具有施工工艺简单、坝体防渗效果好、成本较低等优点。如我县的邓家村水库除险加固中，共完成了套井回填造孔总进尺949.49m，施工过程中使用了2台8JZ—95型冲抓式打井机，工期55天，根据现场检测结果，墙体防渗效果均达到了预期目的（渗透系数均小于1×10-6cm/s），墙体每米造价为222元，与混凝土防渗墙相比，每米约节约投资约300元。
受施工工艺及水文、地质等条件限制，套井回填防渗墙也有它的不足之处。首先，套井回填防渗墙一般只适用于软弱土层，包括第四纪冲积层，洪积层，残积层及人工填土，及砂类土，粘性土，黄土和淤泥等地层，在水库大坝防渗处理中一般适用于均质土坝坝体及两岸坡结合部；其次，套井回填防渗墙须与帷幕灌浆结合使用，才能全面解决水库渗漏问题，如邓家村水库除险加固工程，水库大坝坝体、坝基结合部无法进行套井回填防渗墙的施工，必须采用帷幕灌浆才能解决水库坝基、两岸结合部的渗漏问题。
6结语
据了解，云南省有近80%的水库均始建于50～60年代，受当时技术经济条件限制，大多数水库大坝均为人工填筑，坝体碾压质量较差，导致病险水库土坝众多，除险加固任务繁重。在土坝防渗加固技术不断发展的今天，應加大新技术、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，1998，154～232。
[2]张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社，1999，285～289。