浅谈均质土坝坝基降排水施工技术

许 坚

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 咸阳 712000）

1 工程说明

1.1 工程概况

南河水库大坝为均质土坝，大坝坝顶高程为852.00 m，宽度为10 m，最大坝高74 m，坝顶总长350.0 m。大坝上游坝面坡比为1∶3，在高程812 m处设宽2.0 m马道；下游坝面坡比均为1∶2.75，在高程835.00 m、818.00 m、801.00 m处设宽2.0 m的马道，在高程786.00 m处设堆石棱体，排水棱体顶宽3.0 m。坝体上游采用0.4 m厚C25F200网格干砌石，坝体下游采用C25F200网格植草皮护坡。大坝上游坝脚设置M10浆砌石挡墙，右岸残积碎石带铺设防渗土工膜，大坝土方填筑工程量为约为260万m3。

1.2 水文地质条件

南河水库大坝工程《地质勘察报告》显示：坝基岩体表面强风化带垂直厚度1.5 m～2.0 m，岩体的基本质量级别Ⅴ级，弱风化岩体的基本质量级别Ⅲ～Ⅳ级。强风化带岩体的透水率q＞30 Lu，弱风化带岩体透水率5.0 Lu～83.6 Lu，坝基岩体表面中等透水带垂直厚度40.0 m左右。

坝基开挖揭露情况：坝体开挖清理后揭露坝基岩石为较为发育的Ⅳ、Ⅴ类砂岩，强卸荷断层较密集,坝基范围现揭示高于河床流水的泉眼共约有37处，且其位置分布分散、无序，主河道、边坡坡脚顺裂隙渗流出，裂隙水流量大小不一，整体汇流后总流量约400 m3/h，集中在坝轴线以上区域，与原地质勘察资料区别很大。

1.3 坝基泉眼、渗水处理不善的危害

由于坝基泉眼、裂隙水不断渗出，会导致大坝填筑含水饱和软化、成为弹簧土。若渗水控制不好，基底土料无法填筑，渗水还会造成坝身、坝基或者绕坝渗漏，坝基的渗漏会导致坝体失事，形成安全隐患。

2 坝基降排水措施

根据坝基开挖揭露的实际水文地质资料，详查坝基泉眼、裂隙、勘探孔等渗水点分布状况，采用上堵下排原则，考虑泉眼、裂隙水地形分布情况，拟对岩面裂隙不大、无压渗水，可采用黏土或水泥土快速夯实堵塞，或先铺适量水泥干料，再用黏土快速夯实堵塞的方法。对于岩面裂缝渗水分散、水头较高的部位采用盲沟、集水井组合方式降排水施工方案，将泉眼由高至低用盲沟引排汇流至河床主河槽较低部位、根据地势分别就近集中设井点、埋设砼管井集中引排。对坝基结合槽下游范围裂隙渗水采取集中顺主河槽坡降从排水棱体下部流出。

2.1 集水井、盲沟布置原则

集水坑一般选择在地势较低渗水点或渗水量较大泉眼处布置，集水坑上设置混凝土管，形成集水井，集水井内设水泵集中抽排，集水坑周边渗水点渗水通过盲沟就近自流导入集水井。根据渗水点分布，集水井可以设一处或数处，集水井和盲沟大小根据渗水量、渗水压力确定，以能顺利排水、不形成明水为原则。集水井尽量减少井管布设数量，以减小对填筑施工的影响，尽量结合地势、泉眼渗水情况分片汇流集中。汇流水量大处设大井，汇流水量小处设小井；小井采用Φ500砼井管，大水采用Φ1000砼井管。随坝体土料填筑升高，逐层加高集水井混凝土管，当井管内水位稳定不再上升时，对盲沟和井管进行封堵。

盲沟设置结合泉眼、渗水点及地势条件，主河床两岸周边的尽量向主河槽低洼处引排汇流集中，坡降必须满足渗水自流要求；盲沟长短线型布设不局限，就近引接汇流即宜。裂隙水大的设大盲沟、裂隙水小的设小盲沟分别引排至就近井管集中抽排。

2.2 盲沟施工

依据土坝上堵下排原则，结合槽上游集水井根据泉眼、渗水地形设置于原河床主河槽内，利用盲沟将各个泉眼、渗水点引排至集水井，依据地形，制作大小不等的集水井6个。其中盲沟、集水井采用专业切割公司使用特制合金钢切割机对基岩盲沟侧壁进行切割、人工使用风镐、钻具进行沟内岩石凿除。

盲沟宽、深随河床流水坡比、易于汇流引排原则进行布设，视实际泉眼渗水流量情况设置，主沟相对较宽深、辅沟相对浅窄。沟内填大料径（不小于5 cm）的碎石，沿碎石上部布设6分PPR热熔灌浆花管（管每40 cm～50 cm长打对穿孔一处，以利后期封堵灌浆）、浆液回路管视具体情况布设。然后沿灌浆管与碎石沟顶铺设土工布（300 g/m2），于土工布上浇筑10 cm厚干硬性砼封闭。见图1。

图1 盲沟大样图

2.3 集水井施工

在地势较低渗水点或渗水量较大泉眼处设置集水井，使用Φ500或者Φ1000砼管（可根据水量大小选用不同尺寸）埋设，将井口及周围1000 mm宽范围的设计基面降低400 mm设计集水坑、将砼管竖立埋设于集水坑中心，于埋管底部填设20 cm厚碎石反滤料（特殊部位可适当加深碎石反滤料厚度），将水泵放入砼管内将泉眼、渗水集中抽排出工作面。随坝体土料填筑升高，逐层加高集水井混凝土管，当井管内水位稳定不再上升时，对盲沟和井管进行封堵。见图2。

图2 集水井大样图

3 坝基降排水施工

3.1 坝基泉眼、渗水引排

（1）根据裂隙泉眼渗水情况，调整切割盲沟尺寸，依据“大水大沟、小水小沟，保证排水通畅”的原则，灵活掌握盲沟的切割尺寸及坡比。在进行盲沟石料填充时，考虑到碎石破碎料里石粉较多、且其形态结构宜结合，易堵塞灌浆管，对后期灌浆质量影响较大，而河卵石粒径均一、填充空隙较大，相对石质干净，滤水效果好，最终比拟选择采用河卵石进行盲沟填充。

（2）在盲沟填充料完成填铺后，在填充料上部沿盲沟及主河槽铺设双向灌浆管，并分别沿临近集水井管引出。灌浆管采用材质良好的PPR热熔管，热熔焊接，盲沟及井坑底部待灌浆部位均采取人造十字孔花管，（花管孔孔间距0.5 m，沿水平、垂直方向使用手枪钻钻设钻设对穿孔，孔径1 cm），以利灌浆施工水泥浆液沿花管孔均匀灌注使盲沟回填灌浆密实，集水井沿井管壁引出部分灌浆管不钻设花管孔。

（3）待灌浆管铺设完成后，于盲沟上铺设土工布，土工布必须大于盲沟顶口宽各边5 cm～10 cm，保证将盲沟、填充河卵石及灌浆管完全覆盖。然后在盲沟上浇筑干硬性砼，浇筑过程中应保证砼完全覆盖土工布，且不使土工布由于浇筑产生错缝、位移，使砼浆液渗入盲沟内凝结，产生堵塞沟内渗水等副作用。盖重干硬性砼浇筑过程还应结合两侧地形顺接，忌成棱坎、尖角。

（4）集水井位置应结合实际汇流情况，选择布设于汇流区域低处。井管底反滤料采用河卵石填铺，铺筑厚度以超过引流汇集区水面为准，可适当铺厚，同时集水区灌浆花管应分层增加数量呈放射状布设，且其土工布上干硬性砼厚度应增加，以避免填筑碾压造成干硬性砼破碎引起渗水。引水砼井管安装时应保证大头朝下、埋入反滤料内，为提高砼管稳定性、利于汇集渗水，可将砼管管口使用大锤、人工敲击成齿牙状，淹没线下钻设渗水孔，以利管身下部反滤料内汇水渗入管内抽排。

至此，坝基泉眼、渗水引起的水流可通过盲沟及集水井在底下形成一个封闭的引排系统，即可进行后续的填筑施工。

3.2 填筑过程抽排水质量保障

平时抽排要求：井管内分别安设水泵两台（其中一台备用），以保障无故障抽排需求；专人24小时看护，落实抽排、接管管理责任；管井壁周边填土标识、人工分层小型碾压机具夯填密实。

结束抽排标准：管井内水位不变、再不持续上涨，经试验停止抽排，水位无变化，即可逐步进行停止抽排。

3.3 集水井封堵

填筑作业前期必须保障砼井管渗水能够及时抽排，避免水头过大使地下水从山体缝隙再次渗出，待填土厚度上升到一定高度，砼井管内水面不再上升时，对砼井管进行封堵。各个集水井封堵应间隔、自高向低处，先封水量小、经观察水位停止抽排后再不产生变化的，再依次封堵达到封堵条件的砼井管，直至全部完成封堵。

集水井管的封堵采用C15砼浇筑封堵，封堵前应使用水泵辅助抽除碎石反滤料上部淤积水，再由人工沿井口搭设串筒至井内，串筒离浇注面无约束高度不得大于2 m。浇筑时混凝土入仓采用串筒入仓，应分层浇筑，分层振捣，混凝土入仓前检测塌落度、和易性、温度等指标，确保入仓混凝土合格。

3.4 预埋灌浆花管灌浆

灌浆作业于集水井全部封堵后且最低处填土厚度大于2 m～4 m后进行，按照自低向高的灌浆原则自下游向上游分片、分区进行统一灌浆，应保障灌浆一次成型，避免长时间多次灌浆影响灌浆质量。待灌浆密实后，盲沟密实，浆液应从回浆管回流溢出。

对于地下水活跃，水量较多，且盖重较薄（本工程为10 cm厚干硬性砼）地基，灌浆时需采用低压分序多次重复灌注。

施工过程中灌浆由预留Φ50 mmPVC管，采用孔口卡塞，孔口封闭纯压法灌浆，自较低一端向较高一端推进。灌浆压力为0.2 MPa～0.3 MPa。浆液水灰比宜采用1∶1和0.6（或0.5）∶1两个比级的水泥浆。

灌浆结束标准为在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆并继续灌注5 min即可结束，对往外流浆和往上返浆的灌浆孔进行闭浆待凝，待凝时间不少于24 h，待封孔完成48 h后，可将露出混凝土外的灌浆管割除，并用1∶1混凝土砂浆将孔口抹平。

实际灌浆施工过程中若独立或联通的井管网出现回浆现象，则说明灌浆质量可靠。

3.5 特殊部位处理

盲沟、管井初期填筑：土料填筑前在盲沟顶部干硬性砼顶部涂抹泥浆，使用小型机具分层夯实。待盲沟砼顶部达到一定高程后再使用大型机械施工，以避免造成盲沟浇筑的干硬性砼破碎，再次出现内水渗出情况。

结合槽因是坝基的防渗、结合核心部位，结合土坝上堵下排要求，该部位上、下应清晰界定杜绝上下渗流连通。结合槽边坡灌浆施工排水亦应妥善引排，避免影响填筑施工。

在进行管井周边人工填土时，应边涂刷浓泥浆、边铺土、边夯实，泥浆涂刷高度必须与铺土厚度一致，并应与下部涂层衔接，严禁泥浆干涸后铺土和压实。

对于坝体填筑两岸岸坡裂隙渗水或潮湿处部位，采用人工挖除受裂隙水影响含水量明显大的填筑土料，采用人工土料掺拌水泥的换填压实方法。

4 结语

南河水库均质土坝降排水采用盲沟加集水井的施工方法，确保了大坝填筑施工质量，较常规工艺节约了35天的施工工期，形成了较好的经济效益,也可为今后类似坝基降排水工程施工提供参考。