水利水电技术第４２卷２０ｌ１年第１０期 套井回填在中小型土坝防渗加固中的应用 及其质量控制 刘建光 （衢州市水利水电工程质量监督站，浙江衢州３２４０００） 摘要：基于衢州市近年来采用套井回填技术进行中小型土坝防渗加固处理的经验，对其Ｘ＿ｖ－和质量 控制中的关键问题进行了分析和讨论，提出了中小型水库除险加固工程套井粘土防渗墙的施工技术与 质量控制标准，并对套井与灌浆的结合、套井事故处理等进行了分析，提出了相关建议。 关键词：中小型土坝；防渗加固；套井回填；质量控制 中图分类号：ＴＶ６４１．２（２５５） 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—０８６０（２０１１）１０—００８３—０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｊａｃｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｏ ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｓｉｚｅｄ ｅａｒｔｈｆｉｌｌ ｄａｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ＬＩＵ Ｊｉａｎｇｕａｎｇ （Ｑｕｚｈｏｕ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｑｕｚｈｏｕ ３２４０００，Ｚｈ＠ａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｓｉｚｅｄ ｅａｒｔｈｆｉｌｌ ｄａｍｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｊａｃｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｑｕｚｈｏｕ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙ ｉｍｐｅｒｖｉｏｕｓ ｗａｌｌ ｉｆｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｊａｃｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｓｉｚｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｊａｃｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｎｄ ｇｒｏｕ— ｒｉｎｇ ｎｄ ａｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｊａｃｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ａｓ ｗｅｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｓｉｚｅｄ ｅａｒｔｈｆｉｌｌ ｄａｍ；ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ｊａｅｋｅｔ ｗｅｌｌ ｂａｃｋｉｌｆｌ；ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ １ 引言 到广泛应用。衢州市地处浙西南，数十年来已建成 中、小型水库和万方以上山塘２ ３１４座，绝大多数 为土坝，在近年来开展的“千库保安”和山塘整治工 程中，仅小（二）型以上水库除险加固就已有２６２ 座，其中约４０％采用了套井回填技术，效果良好。 本文对其设计、施工要点和若干技术问题进行了分 析与探讨。 在中小型水库的除险加固中，防渗处理难度高、 成本大，因而成为工程设计与施工的重点与难点。套 井粘土防渗墙是在土坝的轴线上或心墙位置，对全坝 段或渗漏通道，用冲抓锤按一定要求造孔至岩基内或 坝体填筑质量较好的的土层内１～２ ｍ，然后用粘土 分层回填，并用夯锤夯实后，形成一道连续的套接 粘土防渗墙，截断渗流通道，同时在套井夯实时， 对井孔周围土体有压实作用，使其土体密度增大， 渗透系数减少，综合达到防渗的目的。与其他防渗 ２套井回填防渗墙的设计 普遍认为，套井回填技术仅适用于粘土心墙坝或 方式如粘土斜墙、劈裂灌浆等相比，具有施工方 便、工效高、投资省、防渗效果好等优点，因而得 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．１０ 收稿日期：２０１１—０７—１１ 作者简介：刘建光（１９６４一），男，高级工程师。 刘建光∥套井回填在中小型土坝防渗加固中的应用及其质量控制 均质土坝，如土体内含有块 坝顶 ＾ ／ （砾）石，一般控制其粒径不大 于６０ ｅｌＴｌ。在这两类坝中进行套 井回填，实际形成的是一粘土心 ＼ ＼ 坝体ｌ ｖ｝ｓ／ 主井 ／ ／ ； ，浸润线 ＼、Ｊ’ ７ 墙坝。如原大坝为斜墙坝，则不 宜采用套井回填，否则原斜墙与 套井形成的心墙将构成两道防渗 ＞ ＞ ＞ 体，致使中间积水难以排出，易 导致滑坡等事故，见图１ｌ】Ｊ。 ｌ ／＼ —— 图１ 前后两层防渗体易导致积水难以排出 套井回填防渗墙的厚度，应根据渗流计算和稳定 分析综合确定。一般方法先根据类似工程经验选择适 当的防渗墙厚度，再根据渗流计算确定坝体内浸润线 位置，然后进行坝体稳定性分析，并检验所假定的防 渗墙厚度是否合理。同时，防渗墙厚度尚应保证在设 计水头作用下能够抵抗渗透坡降的破坏。计算公式为 Ｊ＝△Ｈ （１） 式中，ｔ，为防渗墙渗透坡降；６为防渗墙设计厚度 （ｍ）；△日为防渗墙上下游水位落差（ｍ）。其中防渗墙 允许渗透坡降可参照《碾压式土石坝设计规范》相关规 定和实际工程经验综合确定，一般可取３～５。经验表 明，对于坝高在３０ ｍ以下的小型水库，防渗墙设计厚 度一般取０．８～１．０ ｍ（一排）即可满足要求，如图２所 示。如单排孔不能满足要求，可布置两排或者多排孔， 其有效厚度可根据孔径、孔距、排距计算。同一座坝， 根据不同部位的防渗要求也可取不同的排数，如在狮 子口水库除险加固中，就根据施工实际情况在０＋０００ ～０＋１９０采用一排套井，堵口段（０＋１９０～０＋２８０）采 用二排套井，原涵管段轴线各３ ｍ处则采用三排套井 （上游排为Ｃ排、中间排为Ｂ排、下游排为Ａ排）。 ３套井回填施工及质量控制 套井回填施工主要由造孔、回填、夯实三个环节 组成，其主要施工流程为：施工准备一放样布孔一 ８４ ＼ １ｙ ＞ ＞ 深入基岩Ｏ ５ｍ ＩｍＩ 图２单排孔套井回填 钻机就位一冲抓造孔（弃土）一下井检查、入岩深度 鉴定一清孔（机械冲抓，必要时人工辅助）一回填夯 实（土料挖运、存储一翻晒或加水）一取样检查一移 机（合格）、重新冲抓回填（不合格）。 ３．１施工准备 套井施工宜安排在枯水季节，施工前，要求水库 水位必须及早降低至死水位以下，至少应一个月以 上，从而使坝体内蓄含的水释放彻底。坝顶宽度应满 足钻机架立及土料进出场地运输道路的要求，一般可 降坝１．５～２．０ ｍ，方可达到加宽坝顶宽度的要求。 施工前，场地应平整，并清除杂物。套井施工前，应 选择合适的部位，使用接近击实试验确定的最优含水 量的土料，进行造孔和回填夯实试验，取得分层填筑 厚度、落锤高度、击实遍数等参数，对设计提出的各 项技术指标进行验证，通过系统地整理、分析、研 究、优选，确定经济合理的压实参数和主要施工方 法，施工中应进一步复核、调整、优化。对不同的料 场、不同的土料应分别进行试验。 ３．２土料制备 应满足防渗土料的要求：渗透系数（均质坝≯１ ×１０～ｃｍ／ｓ，心墙和斜墙≯１×１０。ｅｒｎ／ｓ）、有较好 的塑性和渗透稳定性、水溶盐含量≯３％、有机质含 量（均质坝≯５％，心墙和斜墙≯２％），塑性指数≯ ２０和液限Ｚ／－４０％的冲积粘土，以及非冻土、非分散 性土、非膨胀性土等。施工中以含水率和干密度为控 制指标，使用的土料，其含水率一般应控制在试验确 定的最优含水率上下２个百分点，如超过该范围，应 采用翻晒或洒水的方法来调整。控制干密度为最大干 密度×设计压实度，如果施工中发现干密度波动较 大，除了检查施工方面的原因，还需要对土料重新进 行击实试验，以验证土料是否有变化，并相应调整施 工控制指标。 ３．３放样布孔、造孔 套井可分为单排套井和多排套井。双排套井一般 水利水电技术第４２卷２０ｌ１年第１Ｏ期 先上游排、后下游排；多排套井一般先上游排、后下 游排，再中间排。一般采用冲抓钻造孔。对较长的坝 应使用多台机械同时作业，但要合理安排机位，间距 一般为５０ ｍ左右。需要强调的是，造孔应从坝的中 部开始，向坝端延伸，尤其是坝肩岸坡较陡的情况 下，如果从坝端开始施工，极易使坝体土方向中间挤 压，造成坝体产生横向开裂。为了缩短工期，在互不 干扰的情况下，每排可以分段同时进行。每段先在中 间处开井，而后向左、右两侧延伸。每排套井均要求 分为二序施工，主井（Ｉ序）、套井（Ⅱ序）相间布置， 一主一套相互套接连成井墙，Ⅱ序孔前后的Ｉ序孔完 成后，方可施工Ⅱ序孔，即每排先打Ｉ序孔１号、３ 号，回填后打Ⅱ序的２号孔，回填２号孔后再打Ｉ序 的５号孔，回填后再打Ⅱ序的４号孔，以此顺序，循 环推进；多排套井排与排之间在前序排有足够的长度 后，方可交叉施工。各排井之间必须套接，即井孔中 心为呈等腰三角形布置。各施工段要做好衔接，防止 漏打。Ⅱ序孔（排）套打时应检查与Ｉ序孔（排）的套 接厚度，如果厚度不能满足设计要求的最小搭接厚度 且无法纠正，在该孔完成后，必须在厚度不足处中心 补充造孔，确保套接厚度。 套井孔径多选用１．１ ｍ，孔距０．７５ １ＴＩ，有效防渗 （接头搭接处）厚度不小于０．８ ｍ；排距０．９５ ｍ。井 底应深入设计要求的土层内或深入基岩（一般为强风 化基岩面以下０．５ ｍ或至弱风化基岩），接近勘探成 果提供的估计岩面时，应加强观察，确定人岩高程， 控制人岩深度。有人弱风化基岩要求的井孔，一般以 ５次明显出土空抓为终孔标准。套井中取出的废土应 堆放至指定的地点或用于指定的部位，不得用于套井 回填。为保证井孔竖直和套井最小搭接厚度达到设计 要求，钻机三角架应架立稳固、防止移位，冲抓钻４ 个叶片必须长短一致，冲抓时应平稳下落。造孔至一 定深度，要及时检查钻井是否平整垂直，如发现井壁 已歪斜，应及时纠正，必要时，须派人下井，人工挖 正纠偏。 ３．４粘土回填 粘土回填工作应在清孔完毕、验收合格后及时进 行，时间间隔不宜超过１ ｈ。在施工单位自检合格的 基础上，由监理单位组织验收，项目法人进行认定， 验收采用“套井开挖隐蔽工程验收合格证”，如实填 写：排号、孔号、孔口高程、设计深度、实际深度、 孔径、搭接厚度、孔斜度、人岩深度，由地质人员对 抓取的岩样进行准确描述。 土料用于回填前，应进行含水率测定，确定是否 水利水电技术第４２卷２０１１年第１Ｏ期 刘建光∥套井回填在中小型土坝防渗加固中的应用及其质量控钳 接近击实试验确定的最优含水率。不得将树（草）根 等有机质及石块等混入土料中，５ ｅｍ以上土块（团） 等应敲碎。铺土应分层。每层铺土要均匀、平整，严 格控制铺土厚度，一般控制厚度为０．３ ｍ，可用填土 重量来控制填土厚度，估算公式为 Ｇ＝ＡＴＨ （２） 式中，Ｇ为一次填土重量（ｔ）；Ａ为套井底面积（ｍ ）；Ｙ 为回填土料的湿密度（ｔ／ｍ ）；Ｈ为土料铺土厚度（ｍ）。 同时，夯实要合理。夯锤不可过重，夯距不可 过高，否则冲击力太大会对原坝体结构造成破坏， 一般采用：夯锤直径９０ ｅｍ，重８００ ｋｇ，夯距（夯锤 下落高度）２～３ ｍ，夯击次数２０～２５次，当距坝顶 ２．０ ｍ以内后，应减少单位冲量，控制夯距小于 ２．０ ｍ，以防止坝顶开裂或沿孔周壅起。实际铺土 厚度、夯距和夯击遍数按照现场夯实试验参数。夯 实时，夯锤不能忽高忽低，落锤要平稳，落锤前保 持几秒钟的稳定时间，避免钢丝绳抖动，使之自由 下坠，以保证夯击均匀密实和避免夯锤碰撞井壁、 降低夯击功能。 回填过程应无中断，如有中断，工作面应妥善保 护，重新施工前应进行检查分析，确认不影响回填质 量，方可恢复施工。施工前，对层面应进行清理并刨 毛。 ３．５ 套井粘土防渗墙的质量控制指标与评定标准 （１）造孔的孔序、井孔深度或井底深入基岩深 度、墙体厚度应符合设计要求，井孔应竖直、无偏 斜，井孔中心偏差要求不大于±３．０ ｅｍ。 （２）清孔要求彻底清理孔内积渣杂物，积水应妥 善排干。 （３）采用合格的土料回填，回填应在造孔完毕、 验收合格后立即进行，并连续分层夯实，夯击遍数符 合现场试验参数。回填应无中断，若有中断，应检查 分析，不得因此影响回填质量。 （４）每个套井施工应严格控制分层回填厚度，分 层回填厚度不大于现场试验参数；回填后的套井，其 压实度、渗透系数应满足设计要求，压实度一般为 ９６％～９８％，渗透系数不大于１×１０ ｅｍ／ｓ＿２ Ｊ。质量 控制上，每个套井抽检干密度的合格率应大于 ９０．０％，不合格样不得集中，最小值不低于设计压实 度的０．９８倍。 （５）土料检验、干密度和渗透系数的试验应按照 《土工试验规程》（ＳＬ ２３７—１９９９）的规定进行。含水 率试验宜采用该《规程》所载的“酒精燃烧法”。 （６）施工单位检验渗透系数和压实度次数视井孔 刘建光∥套井回填在中小型土坝防渗加固中的应用及其质量控制 深度确定，一般不少于３次。回填厚度视下料控制情 发现有明显渗漏，必须及时处理，避免因此造成塌 孔，甚至导致坝体塌陷、开裂。如果发生危及坝体安 全的情况（渗漏量大甚至涌水、坝体塌陷、开裂等）， 必须立即停止造孔，尽快回填，必要时可以重复钻进 回填（先进行上部处理、加固孔壁周围土体，重新造 孔回填）。塌孔严重时可以采用换填干土、石灰拌土 以吸附水分，不可强行加深。如果坝体发生严重塌陷 或开裂，应上报主管部门，查明原因和对坝体的危害 程度，在制定和落实处理方案后，方可恢复施工。如 况，逐层或数层检测１次（可根据每次回填土料数量 推算）；渗透系数和压实度自底部起１．５ １ＴＩ开始（所 处位置一般不大于１０ ｍ），视套井深度，每２～５ ｍ 抽检１次，每次１组２个环刀检测干容重、１个环刀 （专用）检测渗透系数。为保证取样人员安全，同时 利于检查Ｉ、Ⅱ序孔套接厚度，一般安排在Ⅱ序孔施 Ｔ时取样。 （７）监理单位抽检渗透系数和压实度次数不少于 套井总数的１０％。 果塌孔严重，回填不能对坍塌部位充分回填密实，必 （８）在施工单位自检、监理单位抽检的基础上， 项目法人应委托第三方检测机构对套井的渗透系数和 压实度进行抽样检测，数量不少于套井单元总数的 １０％。 （９）对所有回填厚度、干密度（压实度）、渗透系 数检测资料，应及时分析汇总，作为验收评定资料， 对达不到质量评定合格标准的套井必须及时返工。套 井造孔、回填以及干密度、含水率、渗透系数试验等， 应由专人负责记录，施工完成后，及时进行汇总。 （１０）套井施工完成后，视工程总体进度情况， 有条件的应安排对套井进行抽样钻孔做注水试验，测 定渗透系数。数量宜为套井单元总数的１０％。钻孔 可结合利用基础帷幕灌浆孔。 ４套井回填与帷幕灌浆的结合 套井回填一般用于坝体防渗。当发现坝基渗漏或 薄弱时，须与坝基防渗相结合。坝基防渗目前一般采 用帷幕灌浆。帷幕灌浆应在套井回填完成后进行。灌 浆通常采用自上而下分段灌浆方式。考虑坝体自身压 重较大，为方便施工，加快进度，也可考虑采用自下 而上分段灌浆。灌浆段应深入坝体０．５～１．０ ｍ。如 图３所示 Ｊ。 主井 套井 坝轴 套井 套井 图３ 坝体套井与坝基帷幕灌浆结合示意 ５异常情况处理 造孔过程，应及时检查孔壁、孔底的渗漏情况， ８６ 须补打加强孔。 ６结语 套井回填粘土防渗墙的施工质量，直接影响到防 渗效果。因此，应严格控制各个施工环节和工序，要 选用合格的土料、合理安排机位、控制钻孔垂直度、 防范井孔坍塌、合理夯实回填土料，认真做好检查记 录，适时检测回填土的各项控制指标，是十分必要 的。近年来，衢州市在狮子口、周公畈等大量病险水 库除险加固中均采用了套井回填技术，实践表明，效 果较好，质量比粘土斜墙、土工膜防渗更有保证，值 得进一步推广。 参考文献： ［１］ 陈斌，陈晓东，董浩，等．小型土坝防渗加固处理问题探讨 ［Ｊ］．中国水利，２０１１（８）：３１—３２． ［２］ ＳＬ ２７４—２Ｏ０１，碾压式土石坝设计规范［ｓ］． ［３］ 汪海滨，叶舟，朱涵，等．套井回填与帷幕灌浆在十八浒水库 除险加固工程中的应用［Ｊ］．浙江水利水电专科学校学报， ２００９（１）：７２—７６，７９． （责任编辑欧阳越） 水利水电技术第４２卷２０ｌ１年第１０期
