刘清华

粘土井柱防渗墙在水利工程中的设计及施工

刘清华

我国堤防、中小型水库挡水建筑物大多采用的是均质土石坝。堤防、坝体经过多年的运行，受上游水头渗透或者在施工时清基不彻底，工程建成后常有坝基渗漏现象。目前此类工程防渗处理方案一般有混凝土截渗墙、水泥土多头小直径深层搅拌桩截渗墙、粘土锥探灌浆、粘土柱截渗墙等。

粘土井柱是利用冲抓机械造孔，再回填粘土，然后用配套夯锤夯实形成的井柱，井柱沿坝轴线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墙，从而起到防渗效果的一种工程技术。

一、工程设计

1.工程概况

某圩区堤防，堤顶现状△ 16.200～△ 16.500。堤顶设计高程△ 17.300，设计洪水位△ 16.030，圩堤有2500m左右堤段下游渗漏，渗漏出逸点高程△ 10.700。根据工程所在地工程情况和坝体填筑材料情况，在满足截渗的要求的条件下，圩堤防渗拟采用粘土柱截渗墙。

2.粘土井柱截渗墙厚度设计

按式T=△H/J计算

式中：T——防渗墙有效厚度（m）；

△H——防渗墙承受的设计水头差；

J——防渗墙的允许渗透坡降，粘土取5～8，该工程取6。

经计算，T=0.88m。采用直径为1.2m的井柱，孔距0.66m，井柱截渗墙有效厚度为1.0m，满足设计厚度要求。

3.粘土柱截渗墙布置

粘土柱截渗墙沿堤轴线单排布孔，孔径1.2m，孔距0.66m，深入原地面以下3m，即截渗墙墙底高程 △ 7.700m。截渗墙最大深度8.8m。回填土料选用Ip=7～20，干密度不小于1.6g/cm3，粘土井柱压实度不小于0.98，压实后渗透系数不大于1×10-5cm/s。

二、粘土井柱截渗墙施工

1.粘土柱截渗墙成孔

根据井柱的孔径、孔深选择满足成孔要求的冲抓机械。先将坝顶清理平整，然后按设计放样，确定整数孔位中心，并埋设不易扰动的编号标记，结合来料方向架机，定位对孔。

图1为粘土井柱施工顺序示意图。粘土井柱施工先造1#单号孔，并回填夯实，然后造3#单号孔回填夯实，再造双号孔2#孔并回填夯实，接着造孔5#孔并回填夯实等以此类推，按顺序进行。

（2）井柱造孔要点

成孔应平整垂直，孔位允许偏差±3cm，孔斜率不大于0.3%。造孔前利用冲锥自重使前支腿基础沉陷到位，严格对准桩位定位，预防成孔偏位，冲抓头上的4个叶片必须长短一致，造孔过程中，观察土层变化，描述绘制单孔柱状简图，检查孔内渗水情况、塌方现象，随时记录，积极采取对策确保防渗效果。

2.土料回填

在回填前要做回填夯实试验。夯实试验确定合适的填土量、夯击遍数、土料含水量范围等夯实参数。回填土料由自卸汽车运输至工作面，在场内用装载机直接铲运入孔。

回填粘土夯实采用640～800kg夯锤进行夯实，夯实时夯锤自由落体连续夯击回填土料落差一般控制在1.5～2.5m。造孔时可能会造成孔壁塌方，这时应停止造孔，并立即回填粘土，一次性回填至塌方孔壁处并夯实，再重复造孔，区别正常回填，称此回填方式为非正常回填。

图1 粘土井柱施工流程图

3.施工质量控制

（1）粘土井柱土料质量控制

回填土料的土质直接决定着粘土井柱的施工质量能否达标，所以用于回填的土料需先进行试验。一般要求土料为粘土或粉质粘土，其粘粒含量为35%～50%，水溶盐含量不大于3%，有机质含量不大于2%，渗透系数小于1×10-6cm/s，有较好的塑性并在浸水或失水时体积变化小。

（2）施工放样质量控制

粘土井柱施工前放样应按设计要求，使用全站仪根据坝轴线参照物进行定线，确定孔位，孔位偏差应控制在±3cm以内，用编号的木桩打入每个井孔的中心位置。

（3）造孔质量要求及控制措施

粘土井柱造孔要求成孔孔壁平整垂直，端孔孔斜小于3%，主孔与套孔在任一深度的偏差不得大于设计防渗墙厚的1/3。

①单孔垂直控制措施

纵向：用机座主腿约束钢丝绳、轴线铁标杆为参照，以操作人员在将冲抓锥头合拢拉起的瞬间观测重合为准。横向：用弃土钢轨等距分割，上拉锥头钢丝绳为参照，由孔口熟练弃土人员观测并报告操作人员。成孔后垂直检测措施：在孔底提稳锥头，检查锥头约束钢丝绳是否垂直通过孔口圆心，并估算偏心值。

②孔壁质量控制措施

成孔壁面在施工过程中应避免冲抓锥头的破坏。在每一次冲抓时应先让锥头稳定，确定已经对准孔心，方可冲抓。

③回填质量控制

回填前应将孔底杂物清理干净，并保证孔底无水（若有少量积水应及时抽干，若水量较大应先快速回填干土，夯实后再重新冲抓），回填土料不得掺草皮、草根等其他杂物。

回填铺土要厚度均匀、表面平整，以便夯实均匀。夯实采用分层夯实，铺松土厚度宜为30～40cm。夯锤落距不宜过大，以防坝顶开裂或沿井周壅起。

4.施工过程中应注意的问题及处理措施

（1）井底积水问题及处理措施

粘土井柱施工时，井底往往会有积水，主要是来自坝体。由于坝体渗水，所以一般在冲抓完成后应及时进行回填避免井底积水，对于井底少量积水应及时抽干，若水量较大应先快速回填灰土散料，用夯锤夯实，使孔底平整，再吊放预制的灰土泥饼（掺10%～15%土重的过筛石灰），饼厚50cm，直径比孔径略小。

（2）塌方问题及处理措施

①层间塌方

层间塌方大多是孔周塌方，只需在该交接面一定高度内减缓冲击力，锥头穿越硬夹层，塌方即可稳定。

②渗流塌方

渗流塌方部位为孔壁渗水处，塌方由向孔内渗流的水流渗透破坏所致，一般为坝内含水，从其来水方向而塌方。塌方几何形状有半圆、错半圆、周圆，管渗处塌方则为喇叭状。在渗流高度内造孔，用合拢满负载锥头提升1.0～1.5m后自由落入孔中，利用叶片背面产生的侧向压力，将圆周一定范围内的土体压实后，堵塞渗漏通道或渗流毛细管，使造孔应力圆周壁只存在压力，不产生渗流流速，从而预防和减少塌方。

三、粘土井柱防渗墙的优点

粘土井柱防渗效果明显，渗透系数能达到1×10-6cm/s甚至更小，能有效地截断渗流，减小渗流量，加强坝体的渗透稳定。粘土井柱防渗施工工序简单，整个施工工艺主要为冲抓造孔和回填夯实两道工序。粘土井柱施工投资小，其防渗材料为有一定物理力学性能的天然粘土，可以就地取材，经济合理。粘土井柱截渗墙适用范围广泛，适用于各种土石坝的截渗处理，技术应用前景广阔■

（作者单位：淮河水利水电开发总公司 233000）