水庫大壩加固施工中強夯技術的應用研究

閆先歌

【摘要】水庫大壩加固施工階段，強夯技術屬于非常關鍵的基礎加固技術之一，施工技術水平也對水庫大壩加固施工質量產生十分重要的影響和作用。通過對強夯技術的科學有效應用，確保加固施工操作安全高效的同時，可以使加固施工質量和效率得到全面提高。所以，水庫大壩加固施工期間，需基于工程建設的具體標準，科學應用強夯技術，嚴格遵循標準規范，為確保加固施工可以安全順利開展，務必重視對強夯技術應用原理做出充分了解掌握，強化施工質量控制，使水庫大壩加固施工的整體效率可以得到有效提高，以此推動水利工程事業的穩定良好發展。本文對強夯技術在水庫大壩加固施工中的應用進行分析，為相關的研究提供借鑒。

【關鍵詞】水利工程;水庫大壩;強夯技術;加固施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

隨著科學技術水平的穩步提升，為水庫工程建設發展提供非常關鍵的技術支撐。特別是水庫大壩加固施工期間，通過對強夯技術的科學有效應用，使水庫大壩加固施工效率和質量得到全面有效提升，對水庫大壩使用年限具有非常重要的影響和意義。所以，水庫大壩加固施工期間，為確保加固施工可以安全順利開展，務必重視對強夯技術應用原理做出充分了解掌握，強化施工質量控制，使水庫大壩加固施工的整體效率可以得到有效提高，以此推動水利工程事業的穩定良好發展。

一、工程基本情況

1.工程概況

某水庫屬于中型規模水庫工程，水庫樞紐位于某山谷出口位置，并匯入支流水系。樞紐通過電站、大壩與引水隧道以及溢洪道共同工程，水庫集雨面積可以達到約79km2，正常庫容約為4500萬m3，總庫容則可以達到約5035萬立方米，灌溉農田面積約為3427hm2，電站裝機容量可以達到2×1000kW。

大壩主體屬于黏土心墻土石壩，屬于三等三級建筑物，按100年一遇設計，設計洪水位控制在198.75m;1000年一遇校核，校核水位控制在199.36m。壩頂位置高程達到199.35m，心墻頂部位置高程達到198.80m，壩底心墻位置河床高程達到144m，上游壩址位置河床高程則達到145m。壩頂位置設計高度為1m的防浪墻，最大拔高則達到55.35m[1]。內坡共劃分成四級，由上至下坡比依次達到1∶3.5、1∶3.5、1∶3.25、1∶2.75;外坡同樣劃分成四級由上至下坡比依次達到1∶2.0、1∶2.5、1∶2.5、1∶2.0，最下一級設計為堆石棱體，外坡比則達到1∶2.0，內坡比則達到1∶1.5，高度達到6m，戧道寬度達到2.0m。壩頂位置區域，軸線長度達到140m，寬度則達到6m，上游壩殼底部位置寬度達到166.25m，下游壩殼底部位置寬度達到118.20m，心墻底部位置寬度則達到29.40m。上游壩殼所選用的材料主要以庫區內部自然存在的風化土石料，設計干容量控制在1.75g/cm3;下游壩殼所選用材料的材料主要以下游河床存在的礦渣廢棄料為主，設計干容重控制在2.0g/cm3。

大壩填筑工程施工時間約兩年，并在后期完成圍堰修筑，因為上游圍堰修筑位于導流隧洞出渣料堆積處，存在明顯的滲漏問題，位于下游20m位置，基于壩體填筑標準，對第二圍堰進行修筑。因為大壩軸線出現上移的情況，圍堰進入壩體內，引起壩軸線上游側130m之外，總共3000㎡壩基無法進行清淤處理，因此，對上游壩殼料采取強夯施工。關于強夯法，即通過重錘的使用，位于高處以自由落體的形式，對地基形成振動以及沖擊力，可以使地基強度得到明顯的提高，使壓縮性得到有效減小，同樣可以對抵抗液化能力做出明顯改善，使濕陷性得到有效消除。現階段，位于建筑、路橋、機場跑道和倉庫等領域，強夯法有著較為廣泛的應用[2]。

2.工程地質條件

（1）壩址地質條件

大壩樞紐處屬于典型侵蝕-剝蝕地貌，河谷位置的橫向剖面，呈現出“V”型，河床底部位置寬度介于35-40m，兩岸谷坡出現出下陡上緩的趨勢。大壩同樣存在著冷家溪群變質巖系，第四系現代堆積物，同時，壩址下游位置同樣存在著巖漿巖。壩址下部位置，冷家溪千枚巖石已經出現明顯較為強烈的風化現象，并形成較深的深度，強風化帶在岸坡深度介于6-8.8m，河床底部寬度僅得到1-2m;中等風化帶岸坡深度則介于4-7m，最大厚度達到8.2m，河床大部分厚度可介于3-4m;河床淤泥質粉土，其厚度可以達到2-2.5m，顏色為褐灰色，內部存在較多粉細砂，并夾雜部分卵石，顏色多為淺灰或是乳白色。位于上游強夯區位置，淤泥中則夾雜部分石渣和粉細砂混合物[3]。

（2）壩體填筑材料條件

上游強夯區位置，土層結構主要劃分成三部分，第一部分主要為河床淤泥，第二部分主要為石渣料，第三部分則主要為千枚巖風化土料。其中，石渣料、風化料所具有的基本性質，詳見表1。

二、強夯技術應用原理

強夯技術，同樣被稱之為動力固結法，水庫大壩加固施工期間，科學應用強夯技術，可以使地基承載力以及壓縮模量得到有效提高，對地基密實度以及均勻性做出明顯改善，并對地基土孔隙分布做出有效優化，在碎石土、濕陷性黃土和砂土等土壤條件下的應用較為廣泛，施工效果顯著，工期時間較短，有利于工程造價的管理管理控制。強夯技術的具體應用，是利用沖擊力，對原有土體結構做出合理改善，對相鄰區域土質進行嚴實擠壓，并形成夯坑，具體加固原理主要包括：

（1）動力置換。動力置換具體包括樁式置換、整式置換。樁式置換，即借助于強大夯擊力，將碎石填筑到軟土，以此形成碎石樁，確保良好的穩定性。整式置換，即借助于強大夯擊力，將碎石填筑到淤泥，以此形成加固效果穩定可靠的碎石墊層。

（2）動力固結。借助于沖擊力作用效果，形成沖擊波，對土體原有結構做出改變，位于土體內部某一區域則會形成少數縫隙，縫隙則起到排水的效果，對縫隙中軟土地基孔隙內部所含多余水分有效排出，從而確保軟土體可以形成固結。

（3）動力密實。即借助于強大沖擊荷載，對土體內部孔隙采取嚴密壓實，使軟土地基強度可以獲得明顯提升[4]。

三、強夯技術在水庫大壩加固施工中應用的準備工作

1.強夯設備選擇

強夯設備是通過脫鉤裝置、夯錘和起重機共同構成。關于夯錘的選擇，可基于起重設備、加固深度以及地基土質等情況做出合理選擇。關于夯錘底面積的選擇，應當結合地基土具體種類，如砂性土土質，底面積則應保證不宜過大，粘性土土質，底面積則需適當增大。關于脫鉤裝置與起重設備，一般而言，起重機主要以輪胎式和履帶式為主，若地基存在相應的加固標準，則需選擇大型夯錘，同時制作專門使用的起吊三腳架，搭配2臺起重機共同完成夯錘臺吊。借助滑輪組，對夯錘起吊至相應的高度，使用脫鉤裝置完成自動脫鉤，實現夯錘的自由下落。

2.夯擊參數選擇

水庫大壩加固施工階段，強夯技術的有效應用，需對錘重與落距做出精準掌控，一般而言，夯錘重量介于8-25t，落距距離則介于8-20m，強夯效果可得到充分保證。水庫大壩加固施工，有關人員需對施工標準規范做出充分熟悉了解，并基于此對夯錘做出合理選擇，對錘重和落距的關系做出準確掌控，確保強夯質量可以得到加固施工的嚴格標準[5]。

3.夯擊能確定

水庫大壩加固施工正式開始之前，需重視試驗段的科學試驗，獲取完整準確的檢測數據，為后期加固施工的有序開展提供重要的基礎數據支撐。基于有關數據結果，進行科學系統分析，同加固工程設計規范和施工標準加以充分結合，對最佳夯擊能做出科學確定，以此對加固施工做出科學嚴格的質量控制。砂性土土質，孔隙水壓力不斷變化，粘性土土質，孔隙水壓力則并非如此，所以，加固施工期間，可基于孔隙水壓力疊加值，以此當作主要參考依據，對于粘性土土質，對孔隙水壓力同土體自重壓力標準范圍的符合程度做出科學判斷，以此對最佳夯擊能做出科學確定。砂性土土質，則基于孔隙水壓力變化同夯擊次數關系，對最佳夯擊能做出科學確定。

四、強夯法設計參數確定及原則

1.單點夯擊能

基于加固影響深度公式，對單點夯擊能做出確定。

，H代表加固影響深度，w代表錘重，α代表落距， 代表系數，取值介于0.5-1.0之間。基于這一公式，某水庫大壩強夯所選擇的錘重設計100kN，落距設計10m，加固影響深度則介于5-10m，不過，強夯區具體深度并未超過6m。

2.最佳夯擊能確定

基于相關資料，關于粘性土土質，以孔隙水壓力疊加值，對最佳夯擊能做出科學確定。關于粘性土土質，通過對最大孔隙水壓力增量同夯擊次數兩者的關系曲線，對最佳夯擊能做出科學確定[6]。某水庫最佳夯擊能，以最終兩擊所產生的沉降量，平均小于3cm的情況做出確定，最終，擊數確定共10擊，最佳夯擊能力則是10000kN·m。

3.夯擊遍數確定

基于相關資料。大部分工程多介于2-3遍，最終采取低能量“搭夯”。關于“搭夯”，即重錘自由落體所形成的“錘印”彼此搭接。某水庫上游區域，壩角位置點夯遍數以2遍為主，便結合“搭夯”1遍。

4.加固范圍

加固范圍確定，以強夯區范圍同強夯區加固深度之和為主。某水庫強夯區以壩體強夯為主，所以，靠岸坡兩側位置和兩岸山坡控制，位于上下游兩側位置，基于影響深度5m增加。

5.夯點布置

基于強夯區范圍，某水庫強夯區所設置的夯點，具體間距以3.5×3.5（m）為主，黑白點依次代表第一遍、第二遍夯擊點。

五、施工工藝及施工要點

1.施工工藝流程

為避免地基設計過于簡單化、理想化，確保場地的穩定性與均勻性，對工藝流程做出科學系統設置，并在施工期間做出及時合理調整。

2.夯錘選擇

夯錘選擇至關重要，基于加固影響深度、施工條件，并結合公式對實際大小做出科學確定，材質多以鑄鋼為主，條件有限的情況下，可選擇鋼板殼內部填充混凝土。夯錘底面積則同土質類型息息相關[7]。砂性土以及碎石填土，底面積介于2-4㎡，第四紀黏土，則介于3-4㎡。某水庫選擇鋼板殼內部填充混凝土形式的夯錘，底面積與重量依次是3.5㎡、100kN。

3.起重和平倉設備

強夯法所運用的設備包括平倉設備、水準儀和起重設備。起重設備，選擇15t履帶吊機，符合單擊夯擊能標準。平倉設備，選擇T85大型推土機，第一遍夯實，采取平倉，第二遍夯實。水準儀是對夯擊效果以及沉降量做出科學精準測量。

4.施工要點及質量控制措施

（1）技術交底，組織全體人員開展技術交底，對質量采取嚴格管控。

（2）夯點放線定位，定位放線布點需嚴格基于圖紙，布點間距偏差需控制不超過5cm，對落距采取精準控制，保證強夯能級。

（3）平整場地，夯前需對場地標高做出準確測量，對強夯深度做出精準控制，夯后則需對沉降量做出準確測量，并進行準確完成記錄，進行嚴格自檢。

（4）強夯施工，強夯期間，落錘需保證平穩，夯位則需確保精準，正負偏差需控制不超過15cm，夯錘傾斜角度過大，需做出有效調整。夯擊期間，若發生回彈或是隆土等情況，需暫停作業，待一段時間之后，繼續夯擊。夯坑深度較深，需基于設計標準，以分層填筑的方式填平，并繼續夯擊，夯深深度需控制小于1m。作業期間，需沿相同方向逐步推進，同時，確保兩邊夯擊需存在時間差，以此消散孔隙水，確保夯實。夯序和吊機位移需同地表水系和地下水排泄方向保持相同[8]。

（5）現場記錄，施工期間，需對各夯實點所對應的夯擊能量、次數與每次沉降量等，進行準確完整記錄，以此控制保持不超過設計擊數范圍，并符合標準沉降量。

（6）安全措施，為保證施工安全，現場人員需佩戴安全帽，夯擊作業期間，人員需位于安全線之外。

結論：

綜上所述，水庫大壩加固施工中，強夯技術的科學應用發揮著非常關鍵的影響和作用。所以，水庫大壩加固施工階段，需基于工程建設的具體標準，科學應用強夯技術，嚴格遵循標準規范，并施工采取嚴格管控，使水庫大壩加固質量可以得到充分保障，有效節約資源和成本，使加固工程社會、經濟效益可以得到全面提升，推動水利事業的穩定良好發展。

參考文獻：

[1]宿婷.強夯技術在水庫大壩加固施工中的應用探析[J].黑龍江科技信息，2016，000（030）：262-262.

[2]李太榮.強夯技術在水庫大壩加固施工中的應用探析[J].中國科技投資，2016，000（026）：59.

[3]蓋士飆.強夯技術在水庫大壩加固施工中的應用分析[J].科學技術創新，2017，000（017）：233-233.

[4]周淑蘭，陳凱.強夯技術在西瀝水庫大壩加固設計與施工中的應用[J].中國水利，2016（10）：46-46.

[5]龔利民，張廣松.強夯法在西瀝水庫大壩加固工程的應用[J].水利水電科技進展，2017，20（002）：50-51.

[6]王衛明.水庫大壩防滲加固施工技術探討[J].低碳世界，2016（12）：123-124.

[7]趙山.關于水庫大壩防滲加固施工技術探討[J].水能經濟，2015（10期）：108-108.

[8]王桂福.強夯法在西沙河水庫大壩基礎處理中的應用[J].水利建設與管理，2017，27（8）：11-13.