粘土井柱防滲墻在水利工程中的設計及施工

劉清華

粘土井柱防滲墻在水利工程中的設計及施工

劉清華

我國堤防、中小型水庫擋水建筑物大多采用的是均質土石壩。堤防、壩體經過多年的運行，受上游水頭滲透或者在施工時清基不徹底，工程建成后常有壩基滲漏現象。目前此類工程防滲處理方案一般有混凝土截滲墻、水泥土多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻、粘土錐探灌漿、粘土柱截滲墻等。

粘土井柱是利用沖抓機械造孔，再回填粘土，然后用配套夯錘夯實形成的井柱，井柱沿壩軸線方向采用套孔交接的方式形成具有一定有效厚度的粘土心墻，從而起到防滲效果的一種工程技術。

一、工程設計

1.工程概況

某圩區堤防，堤頂現狀△ 16.200～△ 16.500。堤頂設計高程△ 17.300，設計洪水位△ 16.030，圩堤有2500m左右堤段下游滲漏，滲漏出逸點高程△ 10.700。根據工程所在地工程情況和壩體填筑材料情況，在滿足截滲的要求的條件下，圩堤防滲擬采用粘土柱截滲墻。

2.粘土井柱截滲墻厚度設計

按式T=△H/J計算

式中：T——防滲墻有效厚度（m）；

△H——防滲墻承受的設計水頭差；

J——防滲墻的允許滲透坡降，粘土取5～8，該工程取6。

經計算，T=0.88m。采用直徑為1.2m的井柱，孔距0.66m，井柱截滲墻有效厚度為1.0m，滿足設計厚度要求。

3.粘土柱截滲墻布置

粘土柱截滲墻沿堤軸線單排布孔，孔徑1.2m，孔距0.66m，深入原地面以下3m，即截滲墻墻底高程 △ 7.700m。截滲墻最大深度8.8m。回填土料選用Ip=7～20，干密度不小于1.6g/cm3，粘土井柱壓實度不小于0.98，壓實后滲透系數不大于1×10-5cm/s。

二、粘土井柱截滲墻施工

1.粘土柱截滲墻成孔

根據井柱的孔徑、孔深選擇滿足成孔要求的沖抓機械。先將壩頂清理平整，然后按設計放樣，確定整數孔位中心，并埋設不易擾動的編號標記，結合來料方向架機，定位對孔。

圖1為粘土井柱施工順序示意圖。粘土井柱施工先造1#單號孔，并回填夯實，然后造3#單號孔回填夯實，再造雙號孔2#孔并回填夯實，接著造孔5#孔并回填夯實等以此類推，按順序進行。

（2）井柱造孔要點

成孔應平整垂直，孔位允許偏差±3cm，孔斜率不大于0.3%。造孔前利用沖錐自重使前支腿基礎沉陷到位，嚴格對準樁位定位，預防成孔偏位，沖抓頭上的4個葉片必須長短一致，造孔過程中，觀察土層變化，描述繪制單孔柱狀簡圖，檢查孔內滲水情況、塌方現象，隨時記錄，積極采取對策確保防滲效果。

2.土料回填

在回填前要做回填夯實試驗。夯實試驗確定合適的填土量、夯擊遍數、土料含水量范圍等夯實參數。回填土料由自卸汽車運輸至工作面，在場內用裝載機直接鏟運入孔。

回填粘土夯實采用640～800kg夯錘進行夯實，夯實時夯錘自由落體連續夯擊回填土料落差一般控制在1.5～2.5m。造孔時可能會造成孔壁塌方，這時應停止造孔，并立即回填粘土，一次性回填至塌方孔壁處并夯實，再重復造孔，區別正常回填，稱此回填方式為非正常回填。

圖1 粘土井柱施工流程圖

3.施工質量控制

（1）粘土井柱土料質量控制

回填土料的土質直接決定著粘土井柱的施工質量能否達標，所以用于回填的土料需先進行試驗。一般要求土料為粘土或粉質粘土，其粘粒含量為35%～50%，水溶鹽含量不大于3%，有機質含量不大于2%，滲透系數小于1×10-6cm/s，有較好的塑性并在浸水或失水時體積變化小。

（2）施工放樣質量控制

粘土井柱施工前放樣應按設計要求，使用全站儀根據壩軸線參照物進行定線，確定孔位，孔位偏差應控制在±3cm以內，用編號的木樁打入每個井孔的中心位置。

（3）造孔質量要求及控制措施

粘土井柱造孔要求成孔孔壁平整垂直，端孔孔斜小于3%，主孔與套孔在任一深度的偏差不得大于設計防滲墻厚的1/3。

①單孔垂直控制措施

縱向：用機座主腿約束鋼絲繩、軸線鐵標桿為參照，以操作人員在將沖抓錐頭合攏拉起的瞬間觀測重合為準。橫向：用棄土鋼軌等距分割，上拉錐頭鋼絲繩為參照，由孔口熟練棄土人員觀測并報告操作人員。成孔后垂直檢測措施：在孔底提穩錐頭，檢查錐頭約束鋼絲繩是否垂直通過孔口圓心，并估算偏心值。

②孔壁質量控制措施

成孔壁面在施工過程中應避免沖抓錐頭的破壞。在每一次沖抓時應先讓錐頭穩定，確定已經對準孔心，方可沖抓。

③回填質量控制

回填前應將孔底雜物清理干凈，并保證孔底無水（若有少量積水應及時抽干，若水量較大應先快速回填干土，夯實后再重新沖抓），回填土料不得摻草皮、草根等其他雜物。

回填鋪土要厚度均勻、表面平整，以便夯實均勻。夯實采用分層夯實，鋪松土厚度宜為30～40cm。夯錘落距不宜過大，以防壩頂開裂或沿井周壅起。

4.施工過程中應注意的問題及處理措施

（1）井底積水問題及處理措施

粘土井柱施工時，井底往往會有積水，主要是來自壩體。由于壩體滲水，所以一般在沖抓完成后應及時進行回填避免井底積水，對于井底少量積水應及時抽干，若水量較大應先快速回填灰土散料，用夯錘夯實，使孔底平整，再吊放預制的灰土泥餅（摻10%～15%土重的過篩石灰），餅厚50cm，直徑比孔徑略小。

（2）塌方問題及處理措施

①層間塌方

層間塌方大多是孔周塌方，只需在該交接面一定高度內減緩沖擊力，錐頭穿越硬夾層，塌方即可穩定。

②滲流塌方

滲流塌方部位為孔壁滲水處，塌方由向孔內滲流的水流滲透破壞所致，一般為壩內含水，從其來水方向而塌方。塌方幾何形狀有半圓、錯半圓、周圓，管滲處塌方則為喇叭狀。在滲流高度內造孔，用合攏滿負載錐頭提升1.0～1.5m后自由落入孔中，利用葉片背面產生的側向壓力，將圓周一定范圍內的土體壓實后，堵塞滲漏通道或滲流毛細管，使造孔應力圓周壁只存在壓力，不產生滲流流速，從而預防和減少塌方。

三、粘土井柱防滲墻的優點

粘土井柱防滲效果明顯，滲透系數能達到1×10-6cm/s甚至更小，能有效地截斷滲流，減小滲流量，加強壩體的滲透穩定。粘土井柱防滲施工工序簡單，整個施工工藝主要為沖抓造孔和回填夯實兩道工序。粘土井柱施工投資小，其防滲材料為有一定物理力學性能的天然粘土，可以就地取材，經濟合理。粘土井柱截滲墻適用范圍廣泛，適用于各種土石壩的截滲處理，技術應用前景廣闊■

（作者單位：淮河水利水電開發總公司 233000）