粘土心墙土石坝工程中防渗施工的工艺分析

摘要：粘土心墙土石坝工程中普遍的存在着坝体渗漏以及浸润线抬高等病害，这些问题的存在极大危害了水库的安全及正常运行。就目前来看，防渗处理的措施较多，但是如何因地制宜的选择防渗处理方案以及满足除险加固工程的经济性、可实施性以及安全与环保的要成为了当下亟待解决的问题。本文以某工程为例，从大坝渗漏的成因以及类型入手，重点论述了粘土心墙土石坝的主要防渗处理措施。

关键词：粘土心墙；土石坝；防渗；措施

粘土心墙土石坝作为一种应用广泛的一种坝型，是一种由石料、土料或者混合料经过抛填以及碾压等方法堆筑而成。这种坝型具有施工技术简单、工序少、适应变性、便于维修与扩建，同时大量的节省了钢材、水泥等重要建筑材料，从而减少了筑坝材料的远途运输。但是由于自身不能溢流，从而在施工导流方面没有混凝土坝方便。

1、大坝渗漏的成因与分析

1.1　工程概况及坝基渗漏的主要原因

某水库总库容1980万m3，属于Ⅲ等工程，是一座灌溉为主，同时兼顾发电、防洪以及水产养殖等综合利用型水库。大坝的主坝为碾压均质土坝，通过粘土套井来实现防渗，而在坝基采用垂直帷幕灌浆实施防渗。下面以此坝为例对粘土心墙土石坝工程中防渗施工的工艺进行简要论述。

坝基渗漏的可能原因有两个：①清基不彻底或者没有进行清基，从而致使水库在建成不久就出现了漏水现象；⑦可能是由于施工中没有考虑设置截水槽或者截水槽的设置不科学，致使在使用中被击穿。

1.2　坝体渗漏的主要原因

坝体的渗漏原因主要有四个：①土料不达标。在施工中土料场勘测设计存在缺陷，致使使用的防渗土料不能满足设计需求，从而导致渗漏出现；⑦工程在施工中采用了分组分块包干的方式，致使施工中各层面的施工速度不一致，从而导致填筑的土层不同。最终导致相邻两块的结合处产生漏压的松土带；③由于施工期间缺乏大型的施工器械，坝体采用石碾碾压而成，而落后的碾压方式导致了施工质量差以及下游坝坡出现了大面积的渗漏现象；④在坝体分层填筑期间，由于土层填筑过厚，同时施工的机械功能不足，从而导致土层上部紧密而下部疏松。

1.3　绕坝渗漏的主要原因

①在施工中岸坡没有设置截水槽，碾压不密实，或者是在清基过程中不彻底，从而导致与岸坡的结合不好；②两岸的岩体破碎，同时节理发育以及透水性大；③放水设施设置于坝体的内部，没有做好内坡截流。

2、粘土心墙的主要防渗处理措施

2.1　粘土心墙套井处理施工

本工程的粘土心墙土石坝工程中采用冲抓套井夯实方法进行防渗，粘土心墙具有均匀密实、足够高的抗剪力强度以及较小的压缩性，这里设置压实度为0.96，而粘土心墙的渗透系数小于10×10-5m／s。

2.1.1　现场击实试验

在实施粘土套井前要先进行相关的试验，试验中使用的土料的最佳含水量以及最大干密度分别为20.9％与1.63g／cm3，其渗透系数为11.73×10-7cm／s。试验中使用的冲抓钻机为8JZ-110，配套动力为22kW，最终确定了现场施工的控制参数为：夯击次数为20，铺土厚度为30cm，夯锤的直径大于800mm，控制提升高度为2m。

2.1.2　套井开挖

粘土套井的防渗墙使用8JZ-110冲抓钻机，施工操作可以分为三个环节：造孔、回填以及夯实。机具凭借自身重量朝井位冲击并将土抓起，当整个机具提升到井口处后向小车卸土，然后进行下次冲击。如此循环，直至挖掘到计划的深度。

2.1.3　套井的回填

这里要求套井与坝基基础部位要深入基岩50cm，并使用水泥：土为1：5的回填土回填这50cm的深度。在套井回填的整个过程中要对夯锤的落距、落锤的平稳性进行严格控制，从而保证夯实的密度。这一过程要按照试验计划的夯距、夯击次数以及铺土的厚度进行施工。当回填至距离顶部2m内时要适当的减少冲击量以及夯距，以防止坝顶的开裂或者是孔周围的壅起。

2.1.4　质量检测

在进行粘土回填前质检人员要乘坐安全笼对井下的积水以及井底清基，确保井底的碎石、浮土等被清理干净，并保持无积水存在。用于回填的土料要由专人负责捡拾树根、草皮等杂物。最后实施分层、均匀填筑，每层的松土层厚度控制在30cm。

回填土施工完毕后要进行监测，检查的项目包含含水量、干密度、压实度以及渗透系数。现场的质量检测人员在位于套井井底的2～3m处开始取第一组样，每组的取样数目为3个，同时在取样上标注时间、井号、深度等信息。监测结果的不合格率不能大于90％，同时不合格的土料不能集中出现。

2.1.5　施工中出现的主要问题以及对策

井壁的偏斜以及处理方法。套井施工中如果遇到土质不均匀，例如一边硬而一边软，此时就会导致井壁朝着软土一侧偏斜。为此要通过以下措施纠正：使钻头上下冲击并振动，促使底价缓慢的位移来改变井壁偏斜方向。然后通过锚桩固定机架，并拧紧支架的连接螺栓。或者将机器的软土质一侧垫高或者硬土质一边降低，从而防止倾斜现象继续恶化。如果是由于钻头的叶片长短不一致所致，要及时的更换叶片。

深孔渗水原因及处理。对于发生渗水的深孔要通过下钢护筒进行支护，并在钢护筒上设置渗水孔，将渗水用水泵排出，最后在水排干净后及时的予以回填。

深孔塌方的原因与处理。由于粘土心墙土石坝的坝体土质松软，在渗水的作用下会导致个别底部的土质松散，为此可以借助于打补强孔进行防渗处理。施工中可通过三排套井在发生塌孔或者是漏水的套井部位的上、下游打井回填粘土实现对水流的截断，实现对塌方部分的补强。

裂缝处理方法。在施工中如果出现横向裂缝要在主排孔施工完毕之后在横向裂缝部位的轴线上增设一排抓孔以防止裂缝扩散。

2.2　套井底部的固结灌浆施工

鉴于水库的水位最多降至57m，但是依然与坝堤高程50m有7m的水头。同时由于局部孔和基岩尚有0.3～0.4m距离，为此后来设计使用固结灌浆施工方法进行防渗加固。本工程的灌浆范围的桩号为0+015～0+225m，灌浆的孔距为2.5m。整个灌浆过程分为3大阶段，每0.5m土体为一阶段。灌浆开始初期不使用灌浆压力，并在水泥浆中加入一定的速凝剂。整个灌注过程中控制灌浆压力小于0.2MPa，使固结灌浆与帷幕灌浆最终形成一个完整的防渗体。

2.3　帷幕灌浆

本防渗施工工程在不同的坝置使用了不同的加固方法，在坝体采用了粘土套井防渗处理，在基岩与坝体土的接触部分采用了固结灌浆防渗处理，下面采用帷幕灌浆对坝基进行防渗加固。

帷幕灌浆中使用的中轴线为坝体轴线下偏移37.5cm，需要实施帷幕灌浆的范围从整个坝段扩展到坝肩两侧的20m范围内，从而实现了与两侧山体的有效连接，共同构成了防渗通道。设立的帷幕要深入不透水层以下5m，并使用粘土球将坝体钻孔回填。与套井防渗处理类似，实施帷幕灌浆处理也要进行现场灌浆试验，从而确定各项参数。试验中使用XY-1A-4型地质钻机钻孔，在坝体中钻进过程中使用75ram的合金探头，而在基岩中使用56mm金刚石分段钻进，深入到岩层内部15m以内。在每一灌浆段结束之后要进行孔壁的及裂缝的冲洗，裂缝冲洗压力为本灌浆段压力的80％。灌浆使用P.0.42.5普通硅酸盐水泥，采用自上而下的范式分段灌浆，灌浆使用的水灰比为5：1、3：1、2：1、1：1、0.6：1，并且由稀到浓逐渐变化，直到达到结束标准。

如果在灌浆中发现冒浆或者漏浆现象要根据具体的情况进行限量、限流、封堵、浓浆、低压以及间歇灌浆等方法进行处理。

3、结束语

由于各个工程所具有的地质条件差异较大，甚至在同一个大坝基础上也会存在差异。为此防渗施工中要遵循设计与规范的前提下，结合工程的实例与施工经验制定合理的施工方法与参数设置，只有这样才能保证良好的灌浆效果。在以上施工过程中根据工程地质条件以及现场实际状况，通过与参与建设的各方进行有效地沟通，保证了工程的质量及工期。同时针对于粘土心墙土石坝工程的不同渗透情况采用了针对性的防渗处理方法，取得了良好的防渗效果。在实际的土石坝渗漏处理中可以根据技术、资金、病害程度、种类以及设备等因素对各种施工方案进行优选，同时做好各项预防与检查工作，及早发现隐患并治理。