強夯法在濕陷性黃土壩基處理中的應用

王子朝

(陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001)

中石油蘭州石化公司陰洼溝固體廢物填埋場工程位于甘肅省蘭州市皋蘭縣中心鄉陰洼溝，項目區距蘭州市15 km，設計服務年限26.7年，總庫容290萬 m3。工程主要由1#及2#均質土壩、庫區防滲工程、滲濾液收集系統、溢洪道、泵站及場區附屬工程等部分組成。其中1#壩壩址位于陰洼溝溝口，設計壩高26.0 m，壩長230 m;2#壩位于1#壩上游250 m溝道左側缺口，設計壩高26 m，壩長115 m。土壩頂寬均為5 m，內外邊坡1:2.25，壩型為均質土低壩。

根據地質勘察資料，1#壩及2#壩壩基均為黃土，其中1#壩覆蓋層厚度為12 m，2#壩為8 m，均屬自重濕陷性黃土地基，濕陷等級II～III級，程度為中等～嚴重。根據規范要求，濕陷性黃土可用于均質土低壩壩基，但需采用挖除、翻壓或強夯等方法進行處理，經過論證也可采用預先浸水的方法處理。考慮到壩基覆蓋層較厚，挖除或翻壓土方量達24.15萬m3，工程量巨大，而浸水法施工周期又太長，本工程擬采用強夯法對壩基進行處理，消除地基濕陷性。

1 地質概況

1.1 區域地質

蘭州市區地處祁呂賀山字型構造體系前弧西翼與河西系武威—蘭州構造帶的復合部位，不同構造體系的相互干擾或改造，使本區構造形跡十分復雜，兩大構造體系近平行排列的斷裂帶，將蘭州市區分割成多個隆起和斷陷盆地。

項目區出露地層主要有元古界震旦系(AnZ)，古生界前寒武系(An∈)、奧陶系(O2—3)，中生界三迭系(T3 y)，侏羅系(J)、白堊系(K1)，新生界第三系(R)和第四系(Q)。與工程關系密切的地層為第四系(Q)和第三系(R)。

第四系(Q)沖積、洪積物，巖性主要為黃土狀粉土、粘性土及砂礫卵石，厚度幾米至數百米。下伏第三系(R)，巖性為淺桔紅色及銹黃色泥巖、砂礫巖互層，底部為灰綠色砂質礫巖或砂巖，厚度大于100 m。

1.2 壩基地層及巖性

根據工程地質勘察資料，1#壩及2#壩基地層有第四系素填土、黃土狀粉土及第三系泥巖、砂巖，分述如下:

1)素填土:分布于溝底，層厚一般為0.20～0.50 m，主要成份為沖填粉土、粘性土，混雜少量植物根及砂土。

2)黃土狀粉土:坡洪積成因，分布于溝谷底部。該層厚度由溝腦至溝口逐漸變厚，1#壩址處厚12 m，2#壩址8 m，其成份主要為溝谷兩側山體黃土及出露的第三系泥巖、砂巖殘積土經水流作用堆積而成。該層呈黃褐色—紅褐色，土質較均勻，孔隙較發育，可塑—硬塑，稍密—中密。

3)泥巖、砂巖:屬第三系地層，分布于整個場地，為場地地層的基底。1#壩址處埋深為12 m，2#壩址為8 m。該層為泥巖夾砂巖或泥巖、砂巖互層，磚紅—褐紅色，泥質或砂狀結構，層狀或塊狀構造，泥質、鈣質膠結，局部夾礫巖。強—中風化。

2 強夯試驗

依據壩基覆蓋層厚度，對兩座壩采用不同的強夯處理方案，根據設計要求，施工前分別選取壩基溝底中心區進行強夯試驗。

2.1 試驗參數

試夯地點均選擇在壩址溝谷中心片區，其中1#壩強夯能級選擇為6 000KN·m，拍平夯能級3000 KN·m，強夯設備選用50t雙支撐強夯機，夯鍾底面為圓形，直徑2.5 m，鍾重29t，夯鍾落距21 m。拍平夯能級采用3000 KN KN·m，鍾重20 t，夯鍾落距15 m，1/4鍾印搭接，每點2擊。2#壩強夯能級選擇為4 000 KN·m，強夯設備選用25 t雙支撐強夯機，夯鍾底面為圓形，直徑2.5 m，鍾重為25 t，夯鍾落距16 m。拍平夯能級2 000 KN·m，鍾重20 t，夯鍾落距10 m，1/4鍾印搭接，每點2擊。

強夯主夯點均按等腰三角形布置，夯心距5×4.5 m，要求主夯平均夯沉量最后2擊小于10 cm。壩基強夯處理要求:①有效處理深度1#壩基大于12 m，2#壩基大于8 m;②有效處理深度范圍內濕陷性消除。

2.2 檢測內容及方法

采用探井取土樣，對強夯處理后夯心及兩夯、三夯間壩基土進行濕陷性試驗檢測。試驗區各開挖探井4處，即原狀土1處，夯心1處，兩夯間1處，三夯間1處。1#壩區探井深12 m，2#壩區深8 m，自終夯面下每隔1 m取土樣各1組。

對土樣進行常規土工試驗，評價處理后壩基處理效果。主要進行壩基土的物理力學性質試驗，為地基處理后的效果對比提供依據。

試夯位置及探坑點位詳見圖1。

圖1 試夯平面布置圖

2.3 檢測數據

對1#壩及2#壩壩基強夯試驗土工試驗見表1。

2.4 檢測結果

根據天然土、夯心、兩夯間及三夯間探井土樣土工試驗數據，對強夯前后處理深度范圍內地基土的孔隙比、壓縮性及濕陷性等主要參數進行評價。

1)孔隙比 e0:自然含水量狀態下，原狀土孔隙比為0.71～0.94，呈中密 －密實，以中密為主;夯心處孔隙比為0.48～0.79，呈中密 －密實，以密實為主;兩夯間孔隙比為0.60 ～0.88，呈中密;三夯間孔隙比為 0.60 ～0.84，呈中密－密實。強夯處理后，壩基土孔隙比減小，密實度增加。

2)壓縮系數 a0.1－0.2:原狀土壓縮系數一般為 0.18 ～0.55MPa－1，呈中—高壓縮性;夯心處壓縮系數為 0.03 ～0.20 MPa－1，呈低—中壓縮性，以中壓縮性為主;兩夯間地基壓縮系數為 0.06～0.18 MPa－1，以中壓縮性為主;三夯間地基壓縮系數為0.06～0.20 MPa－1，呈低 ～ 中壓縮性。強夯處理后，壩基土壓縮性減小。

3)濕陷性:在200 KPa壓力下，原狀土濕陷系數為0.032 ～0.117，大于 0.015，屬自重濕陷性黃土地基，濕陷等級II～III級，程度為中等～嚴重;強夯處理后，夯心處濕陷系數為 0.000 ～0.014，兩夯間處為 0.008 ～0.015，三夯間為0.003 ～0.015，壩基黃土濕陷性消除。

表1 1#壩及2#壩壩基強夯試驗土工試驗報告

3 結論與建議

根據強夯試驗，1#壩壩基強夯能級選擇為6 000 KN·m，拍平夯能級3000 KN·m;2#壩強夯能級選擇為4 000 KN·m，拍平夯能級2 000 KN·m，主夯夯心距5×4.5 m，每夯點≥9擊，最后夯沉量≤10 cm，拍平夯每點2擊，1/4鍾印搭接。通過對1#及2#壩壩基進行強夯處理，有效深度范圍內濕陷性消除，可達到處理要求。

［1］(SL274－2001)碾壓式土石壩設計規范.中華人民共和國水利部.

［2］龔曉南.地基處理手冊.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［3］裴章勤，劉衛東.濕陷性黃土地基處理.北京:中國鐵道出版社，1992.