大壩沖水庫擴建工程

摘要：為了提高大壩沖老壩上游壩腳的湖積層和沖洪積層承載力及內摩擦角，保證壩基的穩定，對壩基范圍內的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁處理。通過振沖處理后的動力觸探試驗，靜載荷試驗，樁間土標準貫入試驗和土工試驗，來檢驗復合地基物理力學指標是建壩壩基要求。

關鍵詞：大壩沖水庫；擴建工程；振沖碎石樁地基處理

一、水庫基本情況

大壩沖水庫位于陸良縣板橋鎮東北部，現狀是一座以農業灌溉為主的?。?）型水庫，總庫容436萬m3，興建于1957年4月，1958年3月竣工，本次將大壩沖水庫擴建為中型水庫，水庫總庫容2028萬m3，工程建設任務為農村人畜飲水和農業灌溉供水。水庫設計灌溉面積1.6萬畝，將解決4.14萬人飲水困難問題，并對下游河道及兩岸村莊、農田起到一定的保護作用。

該工程主要由樞紐工程和引水工程兩部分組成。

樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、輸水隧洞等，大壩壩型為粘土斜心墻風化料壩，壩頂高程1883.0m，最大壩高49m，壩頂寬6.0m，壩頂長485m；泄輸水建筑物均位于左岸，輸水隧洞總長382.56m、溢洪道總長359.30m、導流洞總長322.46m。

引水工程包括馬家河引水壩和引水隧洞等，引水壩壩頂高程1886.5m，最大壩高12.5m，壩長82m；引水隧洞全長738.10m，設計流量6.5m3/s。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）》規定，大壩沖水庫屬Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。

大壩沖水庫擴建工程于2011年12月29日，云南省發改委以云發改農經[2011]2876號文批復了《云南省發展和改革委員會關于陸良縣大壩沖水庫擴建工程可行性研究報告的批復》 批準列項。2012年5月25日，云南省水利廳以云水技審[2012]79號文批復了《云南省水利廳關于陸良縣大壩沖水庫擴建工程初設報告的批復》。

二、地基基本情況

根據河床鉆孔資料和測量資料，老壩上游泥沙淤積高程為1849.3m左右，河床基巖面以上的覆蓋物主要有：湖積層和沖洪積層。

1、湖積層：水庫淤積產物，厚4～6m。根據其松軟狀態分為兩層：第一層為淤泥及淤泥質粘土，呈流-軟塑狀，天然干密度為1.10～1.25g/cm3，c值為0～10KPa，φ值為1°～4°，遍布于庫底表層，厚0.9～1.1m；第二層為含砂淤泥質粘土夾砂礫石透鏡體，3～5m，呈可塑狀，天然干密度為1.17～1.2g/cm3，c值為23.4～23.6KPa，φ值為14.8°～15.2°。

2、沖洪積層：為含礫砂質粘土、粉細砂質粘土及粉細砂夾砂礫石組成，厚1.8～2.6m。天然干密度為1.22～1.4g/cm3，c值為10.3～24.1KPa，φ值為17.1°～17.8°。

三、地基處理方案

為了消除淤泥對擴建壩體穩定的影響，對壩基范圍以內的淤泥進行徹底清除，決定采取清挖方案或振沖加固方案進行比較。

根據大壩沖水庫清淤范圍和淤積厚度為減少清淤范圍面積，圍堰布置盡量靠近上游壩腳，采用壩肩開挖風化料沿圍堰軸線進行填筑，形成上游圍堰后，先利用老暗涵把基坑內的積水盡量排走，剩余積水在庫岸清挖形成集水井，然后在淤泥表面清理出縱橫交錯的排水溝，匯集到集水井采用大流量水泵抽排至上游圍堰，以減少淤泥中的含水量。清淤時，表層軟塑狀淤泥采用泥漿泵抽排至上游圍堰以上的庫區內，表層以下的可塑狀和硬塑狀淤泥采用挖掘機和裝載機結合自卸汽車裝運至棄渣場堆放。

清挖處理能徹底消除淤泥對擴建壩體的不利影響，但考慮到淤積面積較大，淤積厚度較厚，實際施工難度較大。在表面的軟塑狀清除之后，對其余部分湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁加固處理。淤泥振沖處理后可以作為大壩基礎，其物理力學指標可滿足設計要求。根據選用的振沖設備結合本工程地質的物理力學指標，振沖碎石樁的設計平均直徑為1.0m，樁距為1.5m，排距為1.3m，采用梅花型布置。

綜上所述，老壩上游壩腳附近的湖積層和沖洪積層采用清挖和振沖加固處理都是可行的，方案經濟技術比較分析主要從兩方案的工程量增減引起的投資變化、施工難易程度及對大壩施工進度的影響等幾個方面進行比較分析。兩種方案的投資估算成果分別見表。

淤泥處理方案投資比較表

編號項目單位單價（元）工程量投資（萬元）

一振沖方案 1045.70

振沖碎石樁m237.17440911045.70

二清淤方案 982.43

1淤泥清挖m317.235420393.39

2土方開挖m319.413458167.12

3石方開挖m342.3651871219.73

4風化壩殼料填筑m356.0699551558.08

5石渣回填m38.625116344.10

合計振沖方案投資-清淤方案投資63.27

經過對兩個處理方案的經濟分析比較，振沖加固方案較清淤方案投資多63.27萬元。考慮到清淤方案施工難度大，根據壩址區的實際地質情況，壩址附近沒有淤泥晾曬的場地，從而導致淤泥運輸困難，盡管振沖加固方案投資稍多于清淤方案，但可以減少土石方開挖8.65萬m3，淤泥清挖5.4萬m3，壩殼料填筑10.0萬m3，由于本工程施工度汛的施工強度較大，減少上述工程量對緩解工程施工度汛壓力較為有利，減少棄渣也符合國家的環保政策要求。因此，本工程選定振沖加固方案作為上游壩腳淤泥的最佳處理方案。

為了提高老壩上游壩腳的湖積層和沖洪積層承載力及內摩擦角，保證壩基的穩定，對壩基范圍內的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁處理。在清除軟狀湖積層（位于1848.2m高程以上）后，對1848.2m高程以下的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁加固處理。振沖處理的復合地基后可以作為大壩基礎，其物理力學指標可滿足設計要求。

四、振沖碎石樁設計

結合本工程的實際情況，選用的振沖器不小于75kW，加密電流150A以內。本工程采用等邊三角形梅花型布樁，根據選定的施工設備及地基力學指標確定碎石樁的平均直徑為1.0m，碎石樁間距1.50m，排距為1.3m。

1、地基加固范圍及深度

（1）加固處理的長度為153.0m～226.5m，寬度為52.0m（41排樁），總計處理地基面積為10003.5m3。振沖樁長度46094.76 m。

（2）設計樁長為1.2m～12.6m。

2、振沖碎石樁處理中設計總體要求

（1）單位填料量大于1.1m3/m。

（2）填料石料粒徑為2～10cm，d<5mm含量不大于5%，超徑顆粒含量不大于3%，遜徑顆粒含量不大于5%，壓碎指標不大于10%，堅固性不大于5%，含泥量不大于5%。

（3）樁身密實度要求重（Ⅱ）觸探檢驗不小于7～10擊，平均擊數不小于10.0擊，最小擊數應大于7.0擊。

（4）加固后的復合地基置換率的確定，施工階段根據實驗情況確定振沖置換率必須達到40%以上。

（5）湖積層C≥16kPa，φ≥10°；沖洪積層C≥10kPa，φ≥12°；加固后的復合地基指標：C≥3kPa，φ≥24°。

（6）復合地基承載力≥300kPa，干密度≥16.0kN/m3，樁間土承載力≥150kPa，復合地基變形模量 ≥20MPa。

3、碎石樁試驗

壩基振沖加固的效果直接關系大壩的合理設計和經濟安全問題，因此振沖碎石樁試驗研究非常必要。

（1）試驗目的

a、主要檢驗振沖法處理地層的處理效果，取得合理的復合地基承載力標準值及壓縮模量。

b、選定施工機械（振沖器功率及其相匹配的輔助機具）、施工工藝。確定施工參數（空載電流、密實電流、留振時間、水沖壓力、填料量、填料粒徑級配，為工程施工和施工檢驗創造條件以及地基處理的效果創造條件。

c、選定經濟、合理的設計參數，樁間距、樁排距及樁長度的布置形式，置換率等，選取切實可行的施工工藝方法和技術參數。

（2）試驗方案

振沖試驗碎石樁孔距為1.5m，排距為1.3m。形成2個區域，每個區域114孔，共計228孔。碎石振沖試驗經設計、監理批準同意，現場施工平臺開挖形成，滿足施工條件，組織3套施工試驗設備。試驗人員由建設、施工、設計、監理、質檢等組成。

對每個試驗區內委托方選定的實驗點分別進行以下試驗：

a、樁體：進行重型動力觸探試驗。

b、樁間土：對樁間土進行鉆孔取樣，測試試驗樁深度范圍內樁間各土層加固前后的物理力學指標；對樁間土進行標準貫入試驗。

（3）基礎振沖加固效果檢測要求

a、振沖孔完成后進行了靜荷載試驗，在2個試區內共進行單樁6個點（每一區3點），樁間土6個點（每一區3點），單樁復合地基載荷試驗6點（每一區3點），2個試區內共進行2組多樁復合地基載荷試驗（每一區各抽取一組測試2個相鄰的2樁），要求復合地基承載力≥設計值300kPa。

b、復合地基變形模量≥ 20MPa。

c、單樁地基承載力≥設計值550kPa，樁間土地基承載力≥設計值150kPa。

d、單樁復合地基承載力≥設計值400kPa。

（4）振沖碎石樁載荷試驗提交成果

為保證振沖碎石樁的施工質量，及時發現和處理問題，振沖施工結束90天后進行成樁檢驗，采用自檢方式對施工質量進行檢測。

1）試驗內容

a、碎石：進行物理力學指標檢測。

b、碎石樁：采用動力觸探試驗對照相關規范確定單樁的密實度。

c、樁間土：采用標準貫入試驗對照相關規范確定樁間土的密實度，鉆芯取樣做抗剪強度確定樁間土的黏聚力和內摩擦角。

2）試驗方法

本次采用鉆探和原位測試，并結合野外工程地質土樣試驗分析及地面踏勘調研等手段，對場地工程中的碎石樁和樁間土質量進行綜合分析評價。

a、鉆探工程：XY—1A型油壓給進回旋巖芯取樣鉆機，孔徑130—91mm，施工過程中采用非連續取芯鉆進，土層中采用無泵鉆進。嚴格控制回次進尺。鉆探記錄真實及時，并按鉆進回次逐段填寫。

b、樁間土土樣（原狀）：為提供地基土的物理力學性質指標，采用薄壁敞口取土器用壓入法或錘擊法從鉆孔中采取原狀土樣進行物理力學性質試驗。樣品及時封存送檢，質量等級達到Ⅱ級試樣的要求。

c、標準貫入試驗：為綜合判定壩基土的力學性質和壩基土的均勻性，按《冶金工業巖土勘察原位測試規范》（GB/T50480—2008）中第6章規定進行試驗。

d、重（Ⅱ）動力觸探試驗：采用錘重63.5±0.5kg，落距76±2cm，圓錐探頭，錐角60°，錐底直徑7.4cm，面積43cm2貫入指標：貫入10cm的錘擊數N63.5，觸探深度自地表向下分段貫入，按《冶金工業巖土勘察原位測試規范》（GB/T50480—2008）中第7章規定進行試驗。

e、土工試驗：為提供地基土的物理力學性質指標，從鉆孔中采取原狀土樣進行物理、力學性質試驗，按《土工試驗方法標準》（SL237—1999）規定執行。

3）試驗成果

碎石樁和樁間土恢復齡期均超過90天，經大壩基礎開挖后，振沖區域內排水，存在固結效果，土體物理力學指標得到改善，提升了自身的剪切強度，從而達到強度要求。

a、對振沖碎石取樣4組，其各項檢測指標均滿足規范和設計要求，質量合格。

b、對碎石樁進行動力觸探密實度的檢測，共抽檢41根樁，全部為密實樁，統計分析評價為碎石樁的振沖密實度滿足設計要求，質量合格。

c、對樁間土進行標準貫入密實度的檢測，共抽檢11根樁，統計分析評價為樁間土的密實度滿足設計要求，質量合格。抽檢原狀樣19組，其抗剪強度指標統計分析滿足設計要求，質量合格。

綜上所述，該工程地基處理達到了設計要求，符合大壩填筑所需的地基條件。

參考文獻：

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[2] GB/T 50480-2008，冶金工業巖土勘察原位測試規范.中華人民共和國建設部和國家質量監督檢驗檢疫總局，2008.

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