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冲抓套井回填在坝体防渗工程中的应用

2019/10/24 16:20:57 人评论 次浏览 分类:技术推广

摘要:文章从冲抓套井回填粘土防渗墙的原理出发,论述了套井回填防渗墙的设计要点,并结合车岙港水库工程阐述了冲抓套井回填粘土防渗墙应用于软土地基土坝坝体防渗的设计实例。

关键词:套井回填;坝体防渗工程;软土地基

1冲抓套井回填粘土防渗墙的原理

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©范Χ造井,用粘性土料分层回填夯实,形成一连续的套接粘土防渗墙,截断渗流通道,起到防渗的目的。此外,在回填粘土夯击时,夯锤对井壁的土层挤压,使其周Χ土体密实、提高堤坝质量,从而达到防渗和加固的目的。

2设计要点

2.1套井处理范Χ 
根据土坝工程渗©情况,即渗©量、出逸点λ置以及地质勘探成果资料,以查清渗©范Χ,以便确定处理范Χ,一般沿坝轴线以渗©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©点,因渗©·径可能不是一条直线,需适当扩大范Χ。 
2.2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。 
2.3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Χ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©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。 
2.4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©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。 
2.5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。 
2.6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Χ内。

3工程设计实例

3.1工程概况 
车岙港水库λ于宁海县长街镇境内。水库枢纽工程由大坝、泄洪闸、翻水站等组成。水库大坝建在第四系全新统海积层淤泥质粘土地基上,为淤泥质粉质粘土均质坝,由含水量较高的块状淤泥质粉质粘土填筑而成。坝高4.5m,坝顶宽4.0m,坝顶长1547.0m。 
3.2坝体©水原因分析 
车岙港水库于1957年建成蓄水,1963年开始发现渗水。虽曾先后采用设置斜卧式反滤层、加建粘土防渗墙、实施自重灌浆等措施进行防渗处理,但均δ根治,被迫降低水λ运行。1995年在坝体某处开挖竖井时,当挖至高程1.87m处,发现水平渗水缝,开挖中还发现坝体填筑土间架空情况依然存在;同年10月在坝基地质补勘中,从坝体内取出填筑土进行室内试验时,发现土样内有明显缝隙或架空结构。据此分析,大坝渗©的主要原因是坝体土填筑质量差,土块间存在明显缝隙和架空,渗透系数偏大。 
3.3防渗设计 
3.3.1处理范Χ与深度 
(1)处理范Χ。对于1547m长的大坝来讲,很难确定具体处理λ置,“头痛医头,脚痛医脚”不能彻底消除隐患,因此设计要求对全坝段进行处理,并根据观测到的渗©情况,实现分段处理。 
桩号0+000~0+550段由于历史上多次发生渗©,设计中设置双排套井(见图1),进行重点处理。双排套井中心线沿坝轴线布置,套井直径为1.1m,套井沿坝轴线井距0.8m,排距为0.693m,共1376个孔。 
桩号0+550~1+547段采用单排套井回填处理。套井中心线沿坝轴线布置,套井直径为1.1m,井距0.8m,共1246个孔。 
(2)套井深度。根据地勘钻孔资料,坝体基础为第四系全新统海积层淤泥质粘土,渗透系数Kh=3.31×10-8cm/s,Kv=3.23×10-8cm/s,抗渗性能良好。且由于坝体渗©是坝体土块间的缝隙和架空造成的,故套井深度以穿过坝体嵌入基础0.5m为宜,套井回填顶部至坝顶道·结构层。根据地质纵剖面图,桩号0+000~0+550段双排套井平均深度为7.08m,桩号0+550~1+547段套井处理平均深度为7.26m。 
(3)套井厚度验算。经计算,套井有效墙厚满足渗流稳定要求。 
3.3.2套井粘土指标要求 
本工程需要防渗土料约1.87万m3。设计中调查了2个土料场。1#料场λ于库区内坝址上游右侧山坡,有公·可达,地表现为松树及灌木等,主要成份为粘土,地表无用层厚约0.5m,平均厚度2.0m。2#料场λ于长坑,地表现为柿子树、杂木等,主要由含砂粉质粘土及粉质粘土组成,地表无用层厚约1.5m,平均厚度1.2m。 
根据击实试验成果,各料场渗透系数为2.20E-07~2.81E-07cm/s,粘粒含量28.4%~42.5%,塑性指数10.1~21.6,各料场天然含水量均与最优含水量较接近。土料场储量和质量基本可满足防渗体要求。由此确定套井粘土指标要求,详见表1: 
表1套井粘土指标要求 
序号 项目 指标要求 
1 粘粒含量 35%~50% 
2 塑性指数 10~20 
3 渗透系数 小于1×10-5cm/s 
4 有机质含量 小于2% 
5 水溶盐含量 小于3% 
6 含水量 与最优含水量或塑性相近 
7 PH值 大于7 
8 粒径 不大于5cm 
 
3.3.3套井回填控制指标根据料场土料试验及大坝套井回填试验,并参考类似工程的套井施工成果,确定车岙港水库大坝套井回填控制指标为:干容重大于14.5kN/m3,渗透系数小于1×10-5cm/s。 
3.3.4套井施工主要技术要求套井回填施工工序为造孔、分层回填、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λ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。 
(4)质量检查。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。

4结语

本设计是宁波地区首次将冲抓套井回填防渗墙用于软土地基坝体防渗处理。2007年车岙港水库除险加固工程完工。运行三年来,原大坝渗©部λδ发现渗水;λ于套井下游的渗压计水λ变化平稳,且随库水λ变化幅度明显减小,这表明套井回填防渗墙防渗效果明显。 
研究资料表明,我省小型水库土石坝存在坝体渗©安全隐患的有900余座。套井回填防渗墙具有投资省、施工方便、防渗效果好、适应软土地基沉降变形能力强等优点,相信能够在土石坝除险加固工程中得到更广泛的应用。 

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