土坝防渗体加固处理方案的讨论

摘要：笔者通过对余姚市陆埠镇内几个小山塘水库的除险加固工程的实际情况和特点，提出土坝防渗体加固措施中的套井回填粘土方法的几个要点，仅供同行参考。

关键词：土坝防渗体 加固

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：

山塘水库基本概况

余姚市小山塘水库普遍始建于上世纪五六十年代，基本上为土坝，由于受当时技术、经济条件的限制，工程质量较差，隐患较多。经多年的运行、加固后，这些山塘水库已满足不了现行的规范要求，且存在着较大的安全隐患。

小山塘水库基础情况：

1、山塘集水面积较小，一般为5km2 以下，大部分小山塘集水面积不足1km2。山塘库容也在10万m3以下，一般为1~3万m3。

2、目前土坝坝体存在渗漏，坝体抗渗条件差，坝基表层基岩存在渗漏。

3、原土坝溢洪道较窄，达不到现行规范要求。经多年运行后，溢洪道表层风化程度较高，部分岩石已龟裂破碎，部分山塘溢洪道因墙身破碎已出现堵塞现象，需进行拓宽与加固。

4、原坝内埋设的涵管一般为圆形预制砼管或矩形砌石，有时甚至是挖空的树根形式。经多年运行后，坝内埋管已出现松动，破裂现象，对大坝防渗造成了较大影响。经观测分析，大坝渗漏有大部分原因是坝内埋内涵管破裂造成的。

5、无配套管理设施，对大坝安全运行监控不足。山塘基本无配套管理设施。库内无水位观测尺，未设置警戒水位，无专职管理人员观测、监控用房。

渗流控制基本内容

渗流问题的外观主要是建筑物及其地基与侧岸的破坏和漏水,重点是土的渗透破坏或渗透变形,而引起破坏的内在因素则是渗流水的作用。因此需要通过试验计算或探测来查明渗流场的分布,结合不同建筑物类型和发生渗流问题的部位,着重探明以下几点水力因素:

2.1渗流水头线

对于坝基的有压渗流,需要知道建筑物地下轮廓线的水头分布或浮托力,以便核算土坝的稳定性;确定下游出口处截墙或板桩下端的水头,核算出口处该深度地基土是否有发生局部流土的危险。对于土坝岸堤无压渗流,则应知道浸润线位置和坝体内的渗流压力分布,以便核算坝坡的稳定;利用土坝下游排水设备降低浸润线使其离开下游坝坡有足够的距离,防止冰冻;确定坝基防渗铺盖和斜墙或心墙的沿程水头损失,用以核算设计适宜的长度和厚度。为了防止水库下游和堤防背水坡土地的盐碱化,还应核算下游农田地下水位升高的位置。

2.2渗流坡降

由上述的水头分布,很容易得出渗流坡降或流速以及渗透力,首先应该考虑最大渗流坡降,检验是否会发生内部管涌影响地基的稳定;对于粗细粒两层土交界面以及和坝基底接触面上,为避免接触渗流冲刷或细粒的流失,还应知道接触面的渗流坡降或流速;穿过粘土防渗铺盖或斜墙、心墙、截墙等构件的渗流坡降也应求出,以便核算这些构件的抗渗强度是否满足。有时还得确定坝体内的渗透力,以便核算坝坡稳定性。

2.3渗流量

计算下游排水设备的渗流量,作为核算排水设施尺寸的参考。有时需要知道穿过透水地基和坝的渗流量以便估计水库的漏水损失或施工基坑排水设备容量。控制渗流量,使漏水量最小。

套井回填粘土加固处理方案

3.1套井处理范围

根据土坝工程渗漏情况,即渗漏量、出逸点位置以及地质勘探成果资料,以查清渗漏范围,以便确定处理范围,一般沿坝轴线以渗漏点为中心左右延伸约为坝高的1倍距离。如果仅处理一个渗漏点,因渗漏路径可能不是一条直线,需适当扩大范围。

3.2套井平面布置

套井防渗墙在平面上按主、套井相间布置,一主一套相交连成井墙,套井为整圆,主井被套井切割,呈对称蚀圆。从降低浸润线考虑,粘土心墙坝套井应尽量布置在坝轴线上游侧,但为了与原防渗体连成整体,坝基防渗也可布置在上游河床。

3.3套井排数、排距

套井的排数,即需要的套井回填粘土防渗墙的厚度,根据渗透计算确定。计算内容侧重于渗透坡降的验算。计算公式如下:

T≥ΔH/ [J]

式中：T为防渗墙的有效厚度;

ΔH为上下游水头差;

[J] 为允许水力梯度。

土坝由于冲抓建造防渗墙的侧向挤压作用,一般影响范围约为套井边缘外0.8～1.0m,其中符合设计干容重要求的有效环形厚度为0.2～0.3m。一排套井的实际有效厚度为1.3～1.4m,为安全计,采用1.1～1.2m。一般在高度小于25m的土坝防渗,可考虑一排套井,在施工中再根据渗漏情况,必要时可增设加强孔,以加厚防渗墙,满足防渗要求。坝高超过25m的可考虑采用二排或者三排套井。

3.4套井深度

根据坝体填筑质量确定,要求做到填筑质量较密实,渗透系数与防渗墙相接近的土层相衔接,并深入坝体填筑质量较好的土层内1～2m。对坝基漏水,深入不透水层或至较好的岩基。坝内设有涵洞,为不影响涵洞质量,一般洞顶以上5m不冲抓,而是采用钻头自重抓土。

3.5套井孔距

孔距决定于两孔间的搭接长度，搭接长则孔距小，增加套井工程量。反之，搭接短，则孔距大，可减少总孔数。套井直径常用的为1.1m，考虑到搭接处达到70～80cm厚度，套井中心距一般为65～75cm，但根据工程经验，由于夯击时侧向压力的作用，套井搭接处的坝体渗透系数小于套井中心处的渗透系数。因此，套井孔距可以加大，由65～75cm加大到80～90cm，以节省工程量，降低工程造价。

3.6套井土料要求

回填土料的质量是套井回填成功的关键,对所选料场必须做土的物理力学指标试验，与原坝体土指标对比，加以确定。一般要求是非分散性土，粘粒含量在35%～50%，渗透系数小于10-5cm/s，干密度要大于1.5g/cm3，干密度与含水量通过现场试验控制在设计要求范围内。

套井施工工艺

套井施工主要技术要求套井回填施工工序为造孔、回填、夯实。造孔设备采用冲抓式打井机，打井机布置在坝顶。

(1)打井造孔。要求严格按照先主井后套井的顺序施工；造孔应连续作业，不得停歇，以免塌孔。

要求严格控制井孔的垂直度，否则会影响防渗墙的搭接和有效厚度。为防止井孔倾斜，造孔时，定位要对准中心桩，三角架垫应保持平稳，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、夯实。打井完毕后，应立即连续进行分层回填粘土夯实。施工参数的确定应通过现场实验确定，按其试验最佳铺土厚度、落距、夯击次数控制。

回填土料应选用含水量符合设计要求、颗粒松散的粘壤土。土料开采后，要打碎，粒径一般不大于5cm，并不准掺有草皮、树根等杂物。分层回填厚度以0.3～0.5m为宜，回填时应保持井底无水。夯击时夯锤落距2～3m，夯击次数20～25次。

由于本工程水库大坝处于软土地基上，为避免扰动地基，套井回填底部夯击力度不宜太大，接触段回填土层不宜太厚，要求小于0.3m，以确保压实。

(3)异常情况处理。当出现严重塌孔时，先回填击实后，再进行冲抓；当井底有渗水时，可倾倒干土，反复抓尽，直至把水吸干。

质量检验与评定

及时检查是保证套井回填的重要措施，其内容包括土料检查、井孔检查、施工参数控制及回填土监测等。 (1) 做好料场选择工作, 确保土料满足设计要求。土料回填前严格控制含水量, 以确保土料回填的质量。施工前检查填土料的粘粒含量、土料是否有树根、杂草等杂物、含水量等；

(2) 施工前按设计要求放出套井中心线位桩，造孔前检查套井中心桩位置、孔径、孔距；

(3) 造孔时先按奇数后按偶数序号进行，在造孔过程中，为保证井孔垂直不偏斜，经常用垂球检查孔斜度，检查垂直度，作好造孔记录和井内土质描述，发现特殊情况时如渗水、漏水及时记录溢出点位置( 方向) 、面积、出露点、高程、剥土、塌方情况及可能出现漏水洞等，造孔结束后应检查孔深、有效防渗厚度，开挖完成验收后立即回填粘土，避免塌孔；

(4) 回填时检查每次土料的填土数量，击实次数。须事先对填筑土料的容重、含水量、颗粒组成和渗透性能等进行试验检查，回填土料夯实每隔1 ～2 m 取土检查质量，严格控制含水量及干容量，以满足设计要求，并在套井轴线每隔一定距离( 20 ～50 m) 取土测定回填土与原防渗体的渗透系数K 值，以作比较。施工中，现场监理人员必须有一定比例的平行抽检，每个套井的检查数不得少于一次；

(5) 施工完成后，应针对施工过程中有可能质量不能达到设计要求的套井孔， 如土质条件较差、曾发生坍方段或地下水渗漏水比较严重，今后可能会影响防渗效果的地段应进行抽测，并随机抽查几个套井孔；抽查数量一般为套井数的2 % 左右，并不得少于3 个。抽测办法可采用钻机在原套井中心用干钻法进行，分段取回填土样进行各项指标测定，也可利用原冲抓桩机进行检查，或上述两种方法配合进行。

结论

渗透破坏是土坝坝体的常见病害,土坝浸润线位置的高低是影响坝体渗透稳定的重要的因素之一。对于土坝渗透水溢出点的渗透坡降较陡时,坝坡就会发生流土、管涌,甚至滑坡、垮坝，套井回填粘土加固是一套常用的加固防渗体措施，通过对陆埠几个山塘加固情况来看，有效堵住了渗漏点，解决了土坝的防渗问题。建议有条件的地方布设一套可靠的渗流监测系统。对土坝进行渗透监测,为水库安全运行提供的科学依据。