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套井塌孔和坝体裂缝的原因分析及处理

文档作者：吴有星张蕾文档来源：浙江九州治水科技股份有限公司		点击数：	更新时间： 2025年08月29日
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上一篇：天生桥水库输水隧洞安全复核及除险加固设计

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第３０ 卷 第4 期
２０１８ 年８ 月
浙江水利水电学院学报
Ｊ.Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｗａｔ.Ｒｅｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗ. ＶｏＡｌ.ｕ３ｇ０. ２０Ｎ１８ｏ.4
ＤＯＩ： １０.３９６９／ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５-７０９２.２０１８.０4.００５
套井塌孔和坝体裂缝的原因分析及处理
吴有星,张 蕾
（浙江九州治水科技股份有限公司,浙江衢州 ３２4００３）
摘 要：目前有大量的中小型水库大坝均参用当地材料筑坝,运行时间达四五十年,需要进行除险加固.通过对衢
州市部分水库土石坝除险加固工程项目分析,对大坝除险加固中套井施工过程中经常发生的塌孔和坝体裂缝进行
了归类,分析其产生的原因和采取的相应处理措施,以利于其他土石坝除险加固顺利开展.
关键词：套井；塌孔；裂缝；措施
中图分类号：ＴＶ６4１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８ -５３６X（２０１８）０4-００２4-０4
Analysis and Treatment for Casing Collapse and Dam Cracks
ＷＵ Ｙｏｕ-ｘｉｎｇ, ＺHＡＮＧ Lｅｉ
（Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｊｉｕｚｈｏｕ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣＯ ., LＴＤ., Ｑｕｚｈｏｕ ３２4０００, Ｃｈｉｎａ）
Abstract：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ, ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ-ｓｉｚｅｄ ｄａｍｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｂｕｉｌｔ ｗｉｔｈ ｌｏｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ, ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ｆｏｒｔｙ ｏｒ ｆｉｆｔｙ ｙｅａｒｓ.Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｆｏｒ ｅａｒｔｈ -ｒｏｃｋ ｄａｍｓ ｉｎ Ｑｕｚｈｏｕ,
ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｌａｙ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄａｍ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ , ｓｕｃｈ ａｓ ｈｏｌｅ ｓｌｏｕｇｈｉｎｇ ａｎｄ ｄａｍ ｃｒａｃｋ, ａｒｅ
ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ, ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ , ｏｆｆｅｒｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ
ｏｔｈｅｒ ｅａｒｔｈ-ｒｏｃｋ ｄａｍｓ.
Key words：ｃａｓｉｎｇ ｗｅｌｌ； ｈｏｌｅ ｓｌｏｕｇｈｉｎｇ； ｃｒａｃｋ； ｍｅａｓｕｒｅｓ
收稿日期：２０１７-０８-２５
作者简介：吴有星（１９６６ -）,男,浙江东阳人,高级工程师,研究
方向为水利水电工程设计技术.
２０ 世纪五六十年代建设了数量众多的中小型
灌溉水库,基本上采用以粘土防渗的土石坝,基本
上采用人力挑、人力推车、畜力拉等方式运输,采用
夯锤、碾子压实,土料分区混杂,普遍压实度低,防
渗体土料渗透系数大,坝基开挖深度达不到规范要
求,坝基处理措施不规范.目前基本上水库运行时
间达四五十年,接近设计寿命,存在坝体渗漏、接触
带渗漏［１］ 问题,急需进行防渗加固,对于坝高小于
３０ ｍ 的坝体采用套井粘土回填技术是土坝防渗加固
不错的选择,套井回填技术在低坝除险加固中的应用
是非常成功的,是一种操作简单易行,效率高投资少
的技术,但施工过程中经常出现塌孔和坝体裂缝.［２］
1 套井回填应用情况
对衢州市水库土石坝除险加固工程做了部分
统计,其中采用套井粘土回填技术进行防渗加固的
中小型水库３７ 座,其中中型水库２ 座,小（１）型７
座,小（２）型２８ 座,最长坝长２８７ ｍ,最大坝高７.３０
～２4.５０ ｍ,套井最大深度８.５ ～２８.０２ ｍ.套井回填
技术应用情况（见表１）.
2 套井回填塌孔及坝体裂缝情况
对采用套井回填方案进行防渗加固的３７ 座水
库进行了统计分析,３７ 座水库中有１２ 座出现了塌
孔、坝顶纵向裂缝和横向裂缝［３］ . 2.1 塌孔
（１）塌孔非常严重无法成孔
狮子口（ 中型）、方家坞（小１）和工农兵（小２）
等３ 座水库大坝坝基存在松散土层,该土层含泥量
少,粗粒土含量高,渗透系数大,且该层均低于水库
水位,套井内水位和库区水位相差很小,套井内积
水很多,经过多次复套均无法成井.３ 座水库情况
（见表２）. 万方数据
表１ 套井回填技术应用情况统计表
序号 水库名称 总库容／万 ｍ３ 水库规模 坝顶长度／ｍ 最大坝高／ｍ 套井最大深度／ｍ 备注 １ 龙游县周公畈水库 １０３９ 中型 ２７２ １５.２６ １５.２０ ２ 常山县狮子口水库 １4８３ 中型 ２８０ １６.８０ １５.２０ ３ 金华市三汶塘水库 １７７ 小（１）型 ２８７ ２4.５０ ２６.３０ 4 衢江区白西坑水库 ３９３ 小（１）型 １１4 ２３.１２ ２６.２１ ５ 柯城区关溪口水库 ２８６ 小（１）型 １０７ ２３.５２ ２８.０２ ６ 龙游县黄泥坑水库 ２4７ 小（１）型 １１３ ２０.６０ ２７.６０ 主坝 ７ 衢江区撑口水库 ２８２ 小（１）型 １4６.７ １６.５０ １７.００ ８ 柯城区大水垅水库 １８７ 小（１）型 ２44 １５.３０ １９.５０ ９ 衢江区金苍垅水库 ３4９ 小（１）型 ２５５.７ １８.９０ １９.７０ 主坝 １８６ ７.６4 １３.００ 副坝 １０ 衢江区金村垅水库 ３１4 小（１）型 １３７ １4.５ １８.２０ １１ 衢江区工农兵水库 ２６4 小（１）型 ３８５ １３.９６ １７.５０ １２ 常山县青塘水库 ２３ 小（２）型 ９２ １５.５０ １５.３０ １３ 衢江区谢后垅水库 １７ 小（２）型 ５８ １７.５０ １８.００ １4 常山县祠堂坑水库 ８３ 小（２）型 ９５ ２０.００ ２１.００ １５ 龙游县石岩口水库 １６ 小（２）型 １２０ １０.５０ １１.００ １６ 柯城区方家坞水库 １７ 小（２）型 ８７ １２.６０ １３.００ １７ 常山县大坞水库 １７ 小（２）型 ５５ １３.１５ １３.８０ １８ 常山县大塘水库 １３ 小（２）型 １１５ １１.５０ １５.4０ １９ 常山县马家塘水库 ２５ 小（２）型 １２７ ９.８０ １０.５０ ２０ 衢江区凤凰形水库 １２ 小（２）型 ６６ ８.００ １２.３０ ２１ 常山县大莲塘水库 ２4 小（２）型 １０８ ７.８０ １１.６０ ２２ 衢江区新塘二水库 １６ 小（２）型 ９５ ８.００ １０.０4 ２３ 柯城区方塘水库 ２０ 小（２）型 １７０ ８.4０ １６.５５ ２4 常山县八里弄水库 ２３ 小（２）型 ５１ １２.３０ １７.６５ ２５ 常山县紫坞口水库 ６８ 小（２）型 １３２ １８.５０ １９.００ ２６ 常山县五亩塘水库 ２１ 小（２）型 ７１ ８.７０ ８.５０ ２７ 常山县浮摇弄水库 ３７ 小（２）型 ５１ １１.4０ １３.９０ ２８ 常山县古塘水库 ５５ 小（２）型 ８２ １１.６０ １4.６０ ２９ 柯城区花坞（２）水库 ２７ 小（２）型 １１７ １３.4０ １６.６０ ３０ 衢江区毗溪岭水库 ３4 小（２）型 １２９.３ ２２.６５ ２３.６５ ３１ 常山县五谷塘水库 4０ 小（２）型 ５５ １０.７０ １３.８５ ３２ 开化县牛坞水库 ３4 小（２）型 ６０ １９.９０ ２２.３０ ３３ 常山县大塘弄水库 ３９ 小（２）型 4１.８ １０.９０ １０.９０ ３4 衢州市枫塘水库 １３ 小（２）型 １１２ ７.３０ １１.３０ ３５ 衢州市塔山垄水库 １９ 小（２）型 ７９.３ ８.００ １０.９０ ３６ 衢州市彭塘寺水库 ３０ 小（２）型 １３８ ９.８０ １６.５０ ３７ 龙游县清源里水库 ２８ 小（２）型 ７９ ２4.３０ ２５.００ 表２ 存在砂土层水库情况表
序号水库名称水库水位砂土层位置
１ 常山县狮子口水库 无法放空 低于水库水位 ２ 衢江区工农兵水库 无法放空 低于水库水位 ３ 柯城区方家坞水库 无法放空 低于水库水位 4 金华市三汶塘水库 放空 高于水库水位 ５ 衢江区白西坑水库 放空 高于水库水位 （２）塌孔严重加固后能成孔
三汶塘水库大坝坝体存在厚度超过4 ｍ 的砂
卵石夹层,坝体含水量大,塌孔严重, 该砂卵石夹层
无法成套井孔.白西坑水库部分坝段存在砂土层,
相应坝段套井孔塌孔严重.２ 座水库情况（见表２）.
（３）局部塌孔严重
部分坝段套井土质较松散,坝体含水量大,形
成连续塌孔,采用粘性较好的干土回填压实后重新
采用冲抓钻打孔,反复打孔回填后仍无法连续成
孔,后采用跳段式前进施工,完成其他孔后再跳回
原塌孔较严重位置打套井,顺利完成了,如开化县
牛坞水库等.
（4）一般塌孔
个别坝段套井土质较松散,坝体含水量较大,
形成塌孔,采用粘性较好的干土回填压实后重新采
用冲抓钻打孔,顺利成孔,采用粘土回填压实,到达
第4 期 吴有星,等：套井塌孔和坝体裂缝的原因分析及处理 ２５
万方数据
防渗加固目的.
2.2 坝顶纵横向裂缝
金村垅、白西坑、谢后垅、清源里和金村垅等５
座水库均产生了坝顶裂缝,其中金村垅水库大坝坝
顶纵向、横向裂缝均有,毗溪岭水库大坝上游坝坡
产生纵向裂缝,其他３ 座水库大坝均产生了横向裂
缝.５ 座水库的基本情况（见表３ ）.
表３ 产生坝体裂缝水库情况表
序号水库名称最大坝高／ｍ 最大套井深度／ｍ 压实度／ｍ 岸坡是否存在陡坡
１ 龙游县清源里水库 ２4.３ ２５.０ ０.７５ ～０.７８ 存在 ２ 衢江区白西坑水库 ２３.１２ ２６.２１ ０.７６ ～０.７９ 存在 ３ 衢江区谢后垅水库 １７.５ １８.０ ０.７１ ～０.７９ 存在 4 衢江区金村垅水库 １５.１ ２１.７ ０.７4 ～０.７９ 存在 ５ 衢江区毗溪岭水库 ２２.６５ ２３.６５ ０.７０ ～０ .７８ 存在 3 塌孔和坝体裂缝原因分析及处理
措施
3.1 塌孔原因分析及处理措施
狮子口、工农兵和方家坞等３ 座水库砂土层低
于库水位,塌孔位置低于水库水位,由于砂土层含
泥量少,允许渗透坡降小,水库水通过砂土层大量
渗入套井,套井周边土体抗剪强度大大降低,套井
无法成孔,导致防渗加固方案失败.狮子口水库砂
卵石层采用钢套管护壁水泥固结灌浆,在坝基与坝
体结合段采用水力劈裂水泥灌浆加微膨胀水泥回
填收缩裂缝处理,方家坞和工农兵坝体防渗后改用
水泥充填灌浆技术加固（见图１）.白西坑和三汶塘
２ 座水库,均存在厚度达4 ｍ 多的砂卵石夹层,位置
高于库水位,由于水库放水后时间不长,就开始套
井施工,坝体含水量很大,套井施工时套井周边坝
体土中水大量渗出,造成孔壁失稳塌孔,后采用在
套井轴线上下游先各打一排套井进行加固,然后打
防渗套井孔的办法解决（见图２）.坝体土松散,坝体
含水量较大,也会形成套井塌孔,一般采用“两次造
孔法” ［７］,及时用粘性较好的干土回填压实后重新
采用冲抓钻打孔,顺利成孔；后采用跳段式前进施
工,完成其他孔后再跳回原塌孔较严重位置打套
井,顺利完成了.
图１ 砂土层低于库水位
图２ 库水位降低时间较短
从上述水库发生塌孔情况分析可知,采用套井
防渗加固的坝体都存在松散土层,且渗透系数都相
对较大,这是发生塌孔的内部原因；松散层厚度、库
区水位、坝体土含水量大小以及是否有渗透压力是
决定是否塌孔、塌孔严重程度的关键.
3.2 坝体裂缝原因分析及处理措施
白西坑、清源里、金村垅和谢后垅等4 座水库,
大坝最大坝高分别为２３.１２ ｍ、２4.３０ ｍ、１５.１０ ｍ和
１７.５０ ｍ,坝高均超过１５ ｍ,套井最大深度分别为
２６ .２１ ｍ、２５.００ ｍ、２１.７０ ｍ 和１８.００ ｍ,最大套井深
度均接近或超过２０ ｍ,加固前坝体土最小压实度均
小于０.８,在大坝建设期间,岸坡开挖时均存在陡坡
情况,均采用大坝坝肩向河床施工的顺序,套井施
工的振动促进坝体固结密实产生沉降,河床段沉降
２６ 浙江水利水电学院学报 第３０ 卷
万方数据
量大,坝肩沉降量小,从而大坝均在河床与坝肩连
接处附近产生了横向裂缝,示意图（见图３）；毗溪岭
水库最大坝高２２.６５ ｍ,最大套井深度达２３.６５ ｍ,
大坝坝体土加固前压实度为０.７０ ～０.８７,最小压实
度为０.７０,套井回填过程中坝顶最大沉降量达
０.２０ ｍ,由于套井粘土回填施工前上游混凝土预制
块护坡已施工完成,套井冲抓施工位于坝顶,套井
冲抓震动导致坝轴线附近坝体密实,体积缩小坝体
沉降量大,而远离坝顶部位坝体沉降量小,导致上
游坝坡产生不均匀沉降,从而产生上游边坡裂缝,
示意图（见图4）；金村垅水库由于套井开挖土临时
存放在上游坝坡,同时上游坝坡脚承载力余地不
大,造成上游坝坡向上游滑动,上游坝坡坝顶附近
产生纵向裂缝,示意图（见图５）.均采用挖除表层裂
缝,然后回填压实处理.
上述分析可知,不均匀沉降是坝体产生纵横向
裂缝的主要原因,坝坡堆放弃土是坝坡生产滑坡的
重要原因.
图３ 横向裂缝示意图
图4 沉降产生纵向裂缝示意图
图５ 滑动产生纵向裂缝示意图
4 套井设计中应注意事项
根据上述水库除险加固实践经验,设计人员在
拟定套井回填防渗处理方案时应注意以下几点：
（１）当坝体存在压实度低于０.７５、渗透系数大
于６ ×１０ -4 ｃｍ／ｓ 的土层且该层厚度不小于３.５ ｍ,
且该土层位于水库死水位以下时,渗透压力较大,
孔壁产生渗透破坏,往往套井无法成孔,慎用套井
粘土回填技术.
（２）坝体内含水量大是造成塌孔的主要原因,所
以套井施工前应提前放水,尽量尽早降低至死水位以
下,减少坝体含水量,减少发生塌孔法人几率.［4 -７］
（３）套井从两岸往河床段方向施工顺序是坝体
产生横向裂缝的主要原因,在施工图设计说明中应
明确要求套井施工从大坝河床段开始往两岸施
工［７ -１０］ .
（4）先施工上游坝坡衬砌后套井回填是产生纵
向裂缝的主要原因,大坝除险加固施工时宜先进行
套井粘土回填,再进行上游坝坡衬砌.
（５）套井冲抓开挖的原坝体土堆放在上游坝坡
是坝顶产生从向裂缝的重要因素,在施工图设计说
明中应明确不得将套井冲抓开挖的原坝体土堆放
在坝体上.
（下转第３３ 页）
第4 期 吴有星,等：套井塌孔和坝体裂缝的原因分析及处理 ２７
万方数据
标实现的途径.研究认为从自然水循环、社会水循
环运行到代际的动态效率目标,水资源配置应该达
到一种可持续利用的情形：自我限制的反馈机制,
才能实现水资源配置动态效率目标.
参考文献：
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（上接第２７ 页）
5 结 论
套井粘土回填技术是中小型水库土石坝除险
加固中防渗加固的高效、投资小、易操作的方案.此
方案只要通过含水量、干密度、压水试验,同时选择
合适的原料及合理的技术参数,严格控制施工工
序,保证质量,能将大坝防渗效果达到最优化.而施
工过程中塌孔及坝体裂缝是多发、常见的问题,如
何最大程度地避免发生塌孔及坝体裂缝是广大水
利工作者所关心的问题,希望本文能给套井回填设
计提供帮助.
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第4 期 叶 舟：基于耦合激励相容机制的区域水资源配置优化路径 ３３
万方数据

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