河口村水庫大壩基礎處理旁壓試驗

□李 博 □王 影（河南省水利第一工程局）

1.工程概況

河口村水庫工程位于沁河干流最后峽谷段出口五龍口以上約9km處，屬河南省濟源市克井鄉，控制流域面積922.3km2，占沁河流域面積13532km2的68.2%，沁河多年平均徑流量11.49億m3，汛期占62%。水庫總庫容3.30億m3，主要以防洪、供水為主，兼顧灌溉發電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐。主要建筑物有混凝土面板堆石壩，最大壩高122.5m，壩頂長度530m，溢洪道、泄洪洞、引水發電系統等組成，工程等級為II級。水庫建成后，可減輕黃河防洪壓力，同時將使南水北調總干渠穿沁工程達到100年一遇設計防洪標準，也可使沁河防洪標準由目前不足25年一遇提高到100年一遇。因此，地理位置非常重要。

2.旁壓試驗

2.1 原理及目的

預鉆式旁壓試驗通過旁壓器在預先打好的鉆孔中對孔壁施加橫向壓力，使土體產生徑向變形，利用儀器測量壓力與變形的關系，測求地基土的力學參數（地基承載力、彈性模量等）。預鉆式旁壓試驗適用于孔壁能保持穩定的粘性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、風化巖和軟巖。

2.2 試驗點的布置

試驗點布置在有代表性的位置和深度，旁壓器的測孔應在同一土層內，滿足兩試驗點的豎向距離≥3.0m或不小于旁壓器膨脹段長度的2倍距離，試驗孔與已有鉆孔的水平距離≥3.0m。場地同一試驗土層內的試驗點總個數應滿足統計數據的要求（一般不宜少于6個點）。本次采用旋四式鉆孔測位。

2.3 試驗步驟

一是試驗前的準備工作，儀器的標定，主要任務有兩項：第一項是彈性膜約束力標定，由于彈性模具有一定的厚度，因而在試驗對施加的壓力并未完全傳遞給巖土體，因而膜本身產生的側限作用使壓力受到損失，這種壓力損失值稱為彈性膜的約束力，一般規定在每個工程試驗前及新裝或更新彈性膜放置時間較長，膨脹次數超過一定值時，或溫差超過4℃時，必須進行彈性膜約束力的標定；第二項是儀器綜合變形標定，由于旁壓機的調整閥、量管在加壓過程中會產生變形，造成水位下降或體積損失，這種水位下降值或體積損失稱為儀器綜合變形，故要進行變形標定。二是鉆機成孔。三是充水。將旁壓器置于地面上，打開水箱閥門，使水流入旁壓器的腔中，并分別回返到量管中，待水位升高到一定高度時，提起旁壓器使中腔的中點與量管的水位相齊平，然后關閉閥門,此時記錄的量管水位值即是試驗的初讀數。四是放置旁壓器。將旁壓器放入鉆孔中預定試驗位置，將量管閥門打開，此時旁壓器內產生靜力壓力，并記錄管中的水位下降值。五是加壓。加壓時首先打開高壓氮氣瓶開關,同時觀測壓力表，控制氮氣瓶，輸出壓力不超過額定標準，然后操縱減壓閥旋柄按要求逐級加壓，從壓力表讀取壓力值，并記錄一定壓力時注水量管中水位變化高度，加壓的等級包括加壓級數和加壓增量，取決于試驗目的、土層特點資料整理及成果判釋方法和旁壓儀精度。根據繪制的旁壓曲線的要求，加壓等級可采用預計臨塑壓力的1/7～1/5。初始階段加荷等級取小值，必要時可作為卸荷再加荷試驗，測定面加荷旁壓模量。六是每級壓力的穩定時間。每級壓力下的相對穩定時間標準采用1min或3min，對一般粘性土、粉土、砂土等宜采用1min，對飽和軟粘土宜采用3min。當采用1min的相對穩定標準時，在每級壓力下，測讀15s，30s，60s的量管水位下降值，并在60s讀數完后即施加下一級壓力，直到試驗終止。七是試驗終止條件。應根據試驗目的和旁壓儀的極限試驗能力來確定,試驗壓力過臨塑壓力后即可進行結束試驗。當以測定土體變形參數為目的時，則當量測腔的擴張體積相當于量測腔固有體積時，或壓力達到儀器的容許最大壓力時，應終止試驗，結束后排除旁壓器內的水使彈性膜恢復原狀2-3 min后取出旁壓器，移到下一試驗點進行試驗。八是繪制旁壓曲線：根據校正后的壓力和水位下降值繪制P～S曲線。

3.地基土承載力確定

根據旁壓試驗特征值計算地基土的承載力：

臨塑荷載法：fak=pf-p0

式中：fak—地基土承載力特征值（kPa）；Fs—安全系數，一般取2～3。

對于臨塑壓力后急劇變陡的土宜采用極限荷載法。

旁壓模量的計算：

式中：EM—旁壓模量 （MPa）；ν—泊松比；△P—旁壓試驗曲線上直線段的壓力增量（MPa）；△V—對應于△P體積增量（cm3）；νc—旁壓器中腔固有體積（cm3）；νm—平均體積（cm3），νm=(ν0+ν1)/2；ν0—對應于 P0值的體積（cm3）；νf—對應于 Pf值的體積（cm3）。

本次試驗為6個鉆孔，其旁壓剪切模量與地基基本承載力如表1～6。

表1 1﹟孔的標測結果表

表2 2﹟孔的標測結果表

表3 3﹟孔的標測結果表

表4 4﹟孔的標測結果表

表5 5﹟孔的標測結果表

表6 6﹟孔的標測結果表

4.試驗結果

通過打深孔做旁壓剪切模量試驗，推測壩基深層變形模量所偶布置的6個測區，根據天然地基和復合地基旁壓試驗推測結果，粘土層平均旁壓模量提高了16.7%～127.88%，平均地基承載力提高了22.26%～94.87%，平均變形模量提高了27.14%～84.89%，砂卵石層平均旁壓模量提高了13.83%～68.06%，平均地基承載力提高了38.27%～94.53%，變形模量提高了45.04%～122.67%。