河口村水庫大壩基礎(chǔ)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(xiāng)，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(fā)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(fā)電系統(tǒng)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(diào)總干渠穿沁工程達到100年一遇設(shè)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(yù)鉆式旁壓試驗通過旁壓器在預(yù)先打好的鉆孔中對孔壁施加橫向壓力，使土體產(chǎn)生徑向變形，利用儀器測量壓力與變形的關(guān)系，測求地基土的力學參數(shù)（地基承載力、彈性模量等）。預(yù)鉆式旁壓試驗適用于孔壁能保持穩(wěn)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(yīng)在同一土層內(nèi)，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(nèi)的試驗點總個數(shù)應(yīng)滿足統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(wù)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(chǎn)生的側(cè)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(guī)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(shù)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(diào)整閥、量管在加壓過程中會產(chǎn)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(guān)閉閥門,此時記錄的量管水位值即是試驗的初讀數(shù)。四是放置旁壓器。將旁壓器放入鉆孔中預(yù)定試驗位置，將量管閥門打開，此時旁壓器內(nèi)產(chǎn)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(guān),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(shù)和加壓增量，取決于試驗?zāi)康摹⑼翆犹攸c資料整理及成果判釋方法和旁壓儀精度。根據(jù)繪制的旁壓曲線的要求，加壓等級可采用預(yù)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(wěn)定時間。每級壓力下的相對穩(wěn)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(wěn)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(shù)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(yīng)根據(jù)試驗?zāi)康暮团詨簝x的極限試驗?zāi)芰泶_定,試驗壓力過臨塑壓力后即可進行結(jié)束試驗。當以測定土體變形參數(shù)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(yīng)終止試驗，結(jié)束后排除旁壓器內(nèi)的水使彈性膜恢復(fù)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(jù)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(jù)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(shù)，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(yīng)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(yīng)于 P0值的體積（cm3）；νf—對應(yīng)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(jié)果表

表2 2﹟孔的標測結(jié)果表

表3 3﹟孔的標測結(jié)果表

表4 4﹟孔的標測結(jié)果表

表5 5﹟孔的標測結(jié)果表

表6 6﹟孔的標測結(jié)果表

4.試驗結(jié)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(qū)，根據(jù)天然地基和復(fù)合地基旁壓試驗推測結(jié)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%。