千年水庫(kù)右壩肩黃土臺(tái)地強(qiáng)夯處理設(shè)計(jì)

任雁彬

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 引言

強(qiáng)夯法處理地基是20世紀(jì)60年代末由法國(guó)Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)用的。該方法是將很重的錘從高處自由落下給地基以沖擊力和振動(dòng)，從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。具有效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，目前適用于加固黏性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。在國(guó)內(nèi)外得到普遍采用。通過(guò)強(qiáng)夯法加固處理后，可大幅提高地基土的承載力和抗液化能力，在消除地基土的濕陷性等方面效果顯著。目前強(qiáng)夯法尚未建立起一套成熟的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，強(qiáng)夯加固深度無(wú)法精確計(jì)算，設(shè)計(jì)上大多以工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。為確保地基加固達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求，應(yīng)通過(guò)試夯來(lái)確定合適的施工工藝參數(shù)以指導(dǎo)施工。以千年水庫(kù)右壩肩黃土臺(tái)地的強(qiáng)夯處理試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)消除濕陷性黃土的濕陷性進(jìn)行了研究和分析，并用試夯后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其加固效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。

2 工程概況

千年水庫(kù)位于呂梁市離石區(qū)境內(nèi)的三川河支流小東川河中上游，距離石區(qū)約30 km，是一座以工業(yè)及城市生活供水為主，兼顧防洪、旅游等任務(wù)的小（一）型水庫(kù)，水庫(kù)壩址以上流域面積58.7 km2。大壩壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，最大壩高38.0m，壩頂高程1466.0 m，壩頂寬6.0 m，壩頂長(zhǎng)344.2 m，正常蓄水位1 462.4 m，死水位1448.0 m，總庫(kù)容608萬(wàn)m3，年供水量310萬(wàn)m3。水庫(kù)樞紐由攔河大壩、導(dǎo)流泄洪洞、供水工程取水口等組成。

3 右壩肩工程地質(zhì)情況

右壩肩由低液限黏土層Q3eol和Q2pl土層組成，屬天然壩體。據(jù)豎井及鉆探資料，Q3eol低液限黏（粉）土層厚2～12 m，Q2pl低液限黏（粉）土層厚 0～25 m。

經(jīng)土工分析試驗(yàn)，在天然狀態(tài)下，Q3eol低液限黏（粉）土含水率為9.3%～17.4%，平均值12.9%；干密度為1.26～1.52 g/cm3，平均值1.35 g/cm3；塑性指數(shù)為8.5～10.7，平均值 9.6；天然壓縮系數(shù) 0.19～0.66 MPa-1，平均值0.34 MPa-1，多為中等壓縮性土；飽和壓縮系數(shù)0.20～1.25 MPa-1，平均值 0.82 MPa-1，多為高壓縮性土；濕陷系數(shù)為0.016～0.088，土層具濕陷性；滲透系數(shù)垂直方向?yàn)?2.93×10-5～2.33×10-4cm/s，水平方向?yàn)?1.74×10-5～5.15×10-4cm/s；飽和快剪小值平均值：c=2.7 kPa，φ=20.7°；三軸固結(jié)不排水剪最小值：c=19.6 kPa，φ=12.6°，c′=35.4 kPa，φ′=16.6°。Q2pl低液限黏（粉）土含水率為9.2%～22.4%，平均值為14.1%；干密度1.40～1.60g/cm3，平均值 1.47g/cm3；塑性指數(shù) 8.9～12.2，平均值10.3；天然壓縮系數(shù) 0.08～0.29 MPa-1，平均值 0.18 MPa-1，多為中等壓縮性土；飽和壓縮系數(shù)0.07～0.61 MPa-1，平均值0.40 MPa-1，多為中等壓縮性土。濕陷系數(shù)0.002～0.022，土層大多無(wú)濕陷性（僅有1組樣品有濕陷性）；滲透系數(shù)垂直方向?yàn)?2.84×10-6～2.93×10-4cm/s，水平方向?yàn)?5.85×10-6～1.33×10-4cm/s；飽和快剪小值平均值：c=5.1 kPa，φ=22.5°；三軸固結(jié)不排水剪小值平均值：c=3.9 kPa，φ=14.6°，c′=21.7 kPa，φ′=21.1°。

本工程擬對(duì)天然壩體部分的Q3eol土層清除作為筑壩土料，對(duì)下部的Q2pl土層進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

4 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

4.1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定

根據(jù)右壩肩工程地質(zhì)情況，結(jié)合新筑壩體要求及類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),確定強(qiáng)夯設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:最高夯擊能時(shí)強(qiáng)夯有效加固深度8～10 m；有效加固深度內(nèi)土體的濕陷系數(shù)小于0.015；有效加固深度內(nèi)土體的干密度不小于1.58～1.62 g/cm3。

4.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

4.2.1 試夯區(qū)選取

試夯區(qū)選擇在水庫(kù)區(qū)新改道的米五線與壩軸線交匯處附近。選址原則為：能代表該工程全部或大部分區(qū)域土質(zhì)特征，能為工程強(qiáng)夯施工提供相對(duì)準(zhǔn)確、可靠的技術(shù)參數(shù)。在所選取的試夯區(qū)域內(nèi)選一塊642.82 m2面積區(qū)域作為試夯施工區(qū)，共布置試夯點(diǎn)18個(gè)，其中第一遍夯點(diǎn)12個(gè)，第二遍夯點(diǎn)6個(gè)，見圖1。

圖1 強(qiáng)夯試驗(yàn)夯點(diǎn)平面布置圖

4.2.2 試夯參數(shù)

設(shè)計(jì)初步采用夯擊能為6 000 kN·m，夯擊數(shù)原則上不少于10擊，且以控制最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm為主控指標(biāo)，采用正三角形布點(diǎn)，夯點(diǎn)間距為6 m。分兩遍夯完主夯點(diǎn)后進(jìn)行2 000 kN·m滿夯，滿夯縱橫搭接1/4夯印，每點(diǎn)5擊。

4.2.3 試夯設(shè)備

試夯施工選用一臺(tái)南京產(chǎn)35 t履帶吊，型號(hào)QUH35，配套24 m門架，自動(dòng)脫鉤裝置一套，38.2 t夯錘一個(gè)。

4.2.4 試夯施工

試夯按下列步驟進(jìn)行：第一，在整平的試夯區(qū)上標(biāo)出夯點(diǎn)位置，并記錄試夯區(qū)高程；第二，夯機(jī)就位并打第一遍夯點(diǎn)；第三，推土機(jī)填坑平場(chǎng)并測(cè)量第一遍主夯后場(chǎng)地夯沉量及第二遍夯點(diǎn)測(cè)放；第四，夯機(jī)就位打第二遍主夯；第五，推土機(jī)填坑平場(chǎng)并測(cè)量第二遍主夯后場(chǎng)地夯沉量；第六，夯機(jī)就位滿夯；第七，推平場(chǎng)地并測(cè)量滿夯后場(chǎng)地夯沉量；第八，整理強(qiáng)夯資料驗(yàn)收?qǐng)龅亍?/p>

通過(guò)上述試夯施工情況來(lái)看場(chǎng)地比較穩(wěn)定，最后夯沉量控制較好，夯擊數(shù)12擊與設(shè)計(jì)基本吻合，各夯點(diǎn)間沒(méi)有側(cè)擠現(xiàn)象，夯點(diǎn)布置相對(duì)合理。場(chǎng)地總體夯沉量分別為：第一遍26.4 cm；第二遍13.5 cm；滿夯14 cm；三遍夯完后場(chǎng)地總下沉量累計(jì)為53.9 cm。

4.3 強(qiáng)夯試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)方法采用人工探井和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。試夯區(qū)共布設(shè)取土探井3個(gè)，試夯區(qū)外天然地基布設(shè)1個(gè)，試夯區(qū)布設(shè)2個(gè)；布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔2個(gè)。

4.3.1 干密度及有效加固深度

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，強(qiáng)夯后兩個(gè)探井自終夯面起至其下6.0 m深度范圍內(nèi)夯，間土干密度介于1.58～1.77 g/cm3之間，平均1.67 g/cm3；從6.0 m開始至其下約10.0 m深度范圍內(nèi)，各夯間土干密度介于1.38～1.49 g/cm3之間，平均1.43 g/cm3。綜合分析認(rèn)為，試夯區(qū)地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后有效加固深度為6.0 m。

4.3.2 濕陷性消除情況

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，強(qiáng)夯后探井的各夯間土濕陷性系數(shù)、自重濕陷系數(shù)均小于0.015，試夯區(qū)的濕陷性已全部消除。

4.3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)情況

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，強(qiáng)夯后地基土基本均勻，終夯面起至其下6.0 m深度范圍內(nèi)，夯間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)較夯前有大幅度提高，6.0～10.0 m深度范圍內(nèi)土體的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)和處理前基本一致。

5 設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯檢測(cè)的成果，對(duì)千年水庫(kù)右壩肩黃土臺(tái)地強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了修改，確定強(qiáng)夯能級(jí)6 000 kN·m的有效加固深度由原設(shè)計(jì)的8～10 m調(diào)整為6.5～9 m，其余指標(biāo)保持不變。

6 結(jié)語(yǔ)

千年水庫(kù)右壩肩黃土臺(tái)地的強(qiáng)夯加固已施工結(jié)束，黃土臺(tái)地土體的濕陷性全部消除，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，說(shuō)明采用強(qiáng)夯法在處理具有濕陷性土體的工程措施中具有可行性，其經(jīng)驗(yàn)值得推廣。