套井设计和施工指南

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套井回填技术应用指南

1、前言

二十世纪五六十年代建设了大量中小型水库,多数采用当地材料筑坝,坝型以均质土坝和粘土心墙坝为主,基本上采用农民投工投劳的方式施工,采用肩挑、手推车运输,人工打夯压实,土料分区不清,土料均一性差,普遍压实度低,防渗体土料渗透系数大,坝基处理不彻底。目前大多数水库运行时间达四五十年,存在坝体坝基渗漏问题,都带病运行,需要除险加固,对于低坝采用套井回填的方法防渗加固是不错的选择。

2、应用情况

对我公司除险加固设计项目做了部分统计,采用套井回填方案进行防渗加固的项目有36个,其中中型水库2座,小型水库34座,套井深度在8.5~28.02m范围。34座水库中已实施27座,27座中有9座出现问题,分别是塌孔、裂缝。

(1)塌孔非常严重无法成孔

狮子口水库主坝、工农兵水库和方家坞水库因坝基第四系砂土层塌孔严重,其主要原因是砂土层含泥量少,粗粒土含量高,渗透系数大,套井内积水很多,无法进行继续下挖,工农兵水库和方家坞水库后改为充填灌浆,狮子口水库主坝坝体部分采用套井回填,坝基部分为砂卵石为主,采用砂卵石地基下套管水泥帷幕灌浆,在坝基和坝体接触带采用补做劈裂灌浆进行水泥收缩裂缝回填处理。三座水库发生塌孔位置均低于水库水位,套井内水位和库区水位相差很小。

(2)塌孔严重采用加固孔成孔

三汶塘水库大坝坝体存在砂卵石夹层,塌孔严重,无法穿越含水砂卵石夹层,后采用先在上下游打各一排加固孔,然后打主体孔的办法解决。白西坑水库套井施工过程中有部分孔塌孔严重,也采用先在上下游打各一排加固孔,然后打主体孔的办法解决。二座水库发生塌孔位置均高于水库水位。

(3)局部塌孔严重

个别套井土质较松散,有少量渗水,形成塌孔,采用回填粘性较好的干土,重新成孔,反复抓填后人无法成孔,后经跳孔施工,完成其他孔后再施工塌孔套井,可以成孔。如开化县白渡水库等 (4)一般塌孔

个别套井土质较松散,有少量渗水,形成塌孔,采用回填粘性较好的干土,重新成孔,反复抓填后可以成孔。

(5)坝顶纵横向裂缝

清源里水库、白西坑水库、谢后垅水库和金村垅水库,四座水库大坝最大坝高分别为24.3m、23.12m、17.5m和15.1m,坝高均超过15m,套井最大深度分别为25m、26.21m、18m和21.7m,套井最大深度均接近或超过20m,大坝均产生了横向裂缝,四座水库加固前坝体土最小压实度均小于0.8,套井施工过程均存在坝顶高程降低,坝体有较大沉降,四座水库在大坝建设期间,岸坡开挖时均存在陡坡情况。均采用挖除表层裂缝,然后回填压实处理。

毗溪岭水库最大坝高22.65m,大坝最小压实度为0.7,套井回填高程中坝顶沉降达0.2m,由于套井施工前上游坝坡砼预制块护坡已施工,上游坝坡产生纵向裂缝,是由于套井位于坝顶,套井施工接近坝顶部位,导致接近坝顶部位坝体沉降量大,而远离坝顶部位坝体沉降量小,导致坝坡不均匀沉降而产生裂缝。

3、套井设计中注意事项

(1)为防止套井成孔时偏孔,以套井深度小于25m为宜,大于25m慎用套井方案。

(2)当水库死水位以下存在压实度低、渗透系数大的土层且该层厚度大于3m时,存在套井回填无法实施的风险,慎用套井回填方案。

(3)坝体存在厚度超过3m的低压实土的大坝,慎用套井回填方案。

(4)套井施工前提前放水,尽量降低水位,减少坝体含水量。

(5)套井施工从大坝中部开始往两岸施工比较好,特别是坝相对较高(坝高在15m以上),压实度较低(平均压实度0.8以下),套井施工的振动促进坝体固结密实,容易产生沉降,容易在坝顶形成横向裂缝,特别是在大坝建设期间,岸坡开挖时存在陡坡情况,更容易在陡坡处产生宽度较大的横向裂缝。因此在设计文件中应明确要求套井先河床段施工,然后两岸施工。

(6)坝体压实度低,坝高较高,不易先施工上游坝坡护坡,宜先进行套井施工,待坝体沉降完成后,进行坝坡护坡施工。 (7)套井与岩基的结合部往往存在接触渗漏问题,有渗水部位套井回填土往往不易压实,建议套井与岩基接触段设0.50~1.00m水泥土,有渗水段采用水泥土回填,水泥和土的重量为1:4,压实度和粘土相同。

(8)套井施工机械需要宽度约2.4m,施工交通要求宽度约3m,所以施工平台要求在5.5m左右,如加固前坝顶宽度达不到5.5m,在施工图中应有坝顶临时加宽措施,套井轴线宜偏上游侧,可以减少施工期坝顶宽度。

(9)套井施工产生的废土坝坡堆放也是坝顶产生裂缝的因素之一,在设计文件中应明确要求不得将套井产生的弃土堆放在坝坡上。

4、现场服务塌孔处理原则

(1)塌孔处理

在现场服务过程中如发现有套井塌孔情况,首先分析套井挖出土质,是否存在透水性很强的土层,如存在透水性很强的土层,采用跳孔的办法探明透水性土层是否普遍存在,如普遍存在需要改变防渗处理方案;如不存在透水性非常大的土层,首先采用回填压实粘性较好的干土,重新成孔,反复抓填后看是否可以成孔,如果不能成孔,进行跳孔施工看是否能成孔,不能成孔则采用上下游侧增加加固孔处理。

(2)裂缝处理

由于坝高较高、填土密实度造成的上游侧纵向裂缝,一般对防渗影响不大,可以采用挖出表层裂缝重新回填的方法处理。

产生横向裂缝的情况,首先要求按设计从河床段开始施工,减少进一步产生裂缝的几率,对产生的裂缝采用裂缝位置重新套井的方法处理。

对于发生裂缝的大坝,降低套井施工强度,减少同时施工的设备数量也是减缓裂缝发生的措施之一。

5、结论

以上为多年套井施工情况的总结,供广大同仁参考,同时希望大家多进行总结,提出更好的处理方案。