強(qiáng)夯法在濕陷性黃土壩基處理中的應(yīng)用

王子朝

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

中石油蘭州石化公司陰洼溝固體廢物填埋場(chǎng)工程位于甘肅省蘭州市皋蘭縣中心鄉(xiāng)陰洼溝，項(xiàng)目區(qū)距蘭州市15 km，設(shè)計(jì)服務(wù)年限26.7年，總庫容290萬 m3。工程主要由1#及2#均質(zhì)土壩、庫區(qū)防滲工程、滲濾液收集系統(tǒng)、溢洪道、泵站及場(chǎng)區(qū)附屬工程等部分組成。其中1#壩壩址位于陰洼溝溝口，設(shè)計(jì)壩高26.0 m，壩長(zhǎng)230 m;2#壩位于1#壩上游250 m溝道左側(cè)缺口，設(shè)計(jì)壩高26 m，壩長(zhǎng)115 m。土壩頂寬均為5 m，內(nèi)外邊坡1:2.25，壩型為均質(zhì)土低壩。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，1#壩及2#壩壩基均為黃土，其中1#壩覆蓋層厚度為12 m，2#壩為8 m，均屬自重濕陷性黃土地基，濕陷等級(jí)II～I(xiàn)II級(jí)，程度為中等～嚴(yán)重。根據(jù)規(guī)范要求，濕陷性黃土可用于均質(zhì)土低壩壩基，但需采用挖除、翻壓或強(qiáng)夯等方法進(jìn)行處理，經(jīng)過論證也可采用預(yù)先浸水的方法處理?？紤]到壩基覆蓋層較厚，挖除或翻壓土方量達(dá)24.15萬m3，工程量巨大，而浸水法施工周期又太長(zhǎng)，本工程擬采用強(qiáng)夯法對(duì)壩基進(jìn)行處理，消除地基濕陷性。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)

蘭州市區(qū)地處祁呂賀山字型構(gòu)造體系前弧西翼與河西系武威—蘭州構(gòu)造帶的復(fù)合部位，不同構(gòu)造體系的相互干擾或改造，使本區(qū)構(gòu)造形跡十分復(fù)雜，兩大構(gòu)造體系近平行排列的斷裂帶，將蘭州市區(qū)分割成多個(gè)隆起和斷陷盆地。

項(xiàng)目區(qū)出露地層主要有元古界震旦系(AnZ)，古生界前寒武系(An∈)、奧陶系(O2—3)，中生界三迭系(T3 y)，侏羅系(J)、白堊系(K1)，新生界第三系(R)和第四系(Q)。與工程關(guān)系密切的地層為第四系(Q)和第三系(R)。

第四系(Q)沖積、洪積物，巖性主要為黃土狀粉土、粘性土及砂礫卵石，厚度幾米至數(shù)百米。下伏第三系(R)，巖性為淺桔紅色及銹黃色泥巖、砂礫巖互層，底部為灰綠色砂質(zhì)礫巖或砂巖，厚度大于100 m。

1.2 壩基地層及巖性

根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，1#壩及2#壩基地層有第四系素填土、黃土狀粉土及第三系泥巖、砂巖，分述如下:

1)素填土:分布于溝底，層厚一般為0.20～0.50 m，主要成份為沖填粉土、粘性土，混雜少量植物根及砂土。

2)黃土狀粉土:坡洪積成因，分布于溝谷底部。該層厚度由溝腦至溝口逐漸變厚，1#壩址處厚12 m，2#壩址8 m，其成份主要為溝谷兩側(cè)山體黃土及出露的第三系泥巖、砂巖殘積土經(jīng)水流作用堆積而成。該層呈黃褐色—紅褐色，土質(zhì)較均勻，孔隙較發(fā)育，可塑—硬塑，稍密—中密。

3)泥巖、砂巖:屬第三系地層，分布于整個(gè)場(chǎng)地，為場(chǎng)地地層的基底。1#壩址處埋深為12 m，2#壩址為8 m。該層為泥巖夾砂巖或泥巖、砂巖互層，磚紅—褐紅色，泥質(zhì)或砂狀結(jié)構(gòu)，層狀或塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，局部夾礫巖。強(qiáng)—中風(fēng)化。

2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

依據(jù)壩基覆蓋層厚度，對(duì)兩座壩采用不同的強(qiáng)夯處理方案，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工前分別選取壩基溝底中心區(qū)進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)參數(shù)

試夯地點(diǎn)均選擇在壩址溝谷中心片區(qū)，其中1#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為6 000KN·m，拍平夯能級(jí)3000 KN·m，強(qiáng)夯設(shè)備選用50t雙支撐強(qiáng)夯機(jī)，夯鍾底面為圓形，直徑2.5 m，鍾重29t，夯鍾落距21 m。拍平夯能級(jí)采用3000 KN KN·m，鍾重20 t，夯鍾落距15 m，1/4鍾印搭接，每點(diǎn)2擊。2#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為4 000 KN·m，強(qiáng)夯設(shè)備選用25 t雙支撐強(qiáng)夯機(jī)，夯鍾底面為圓形，直徑2.5 m，鍾重為25 t，夯鍾落距16 m。拍平夯能級(jí)2 000 KN·m，鍾重20 t，夯鍾落距10 m，1/4鍾印搭接，每點(diǎn)2擊。

強(qiáng)夯主夯點(diǎn)均按等腰三角形布置，夯心距5×4.5 m，要求主夯平均夯沉量最后2擊小于10 cm。壩基強(qiáng)夯處理要求:①有效處理深度1#壩基大于12 m，2#壩基大于8 m;②有效處理深度范圍內(nèi)濕陷性消除。

2.2 檢測(cè)內(nèi)容及方法

采用探井取土樣，對(duì)強(qiáng)夯處理后夯心及兩夯、三夯間壩基土進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)。試驗(yàn)區(qū)各開挖探井4處，即原狀土1處，夯心1處，兩夯間1處，三夯間1處。1#壩區(qū)探井深12 m，2#壩區(qū)深8 m，自終夯面下每隔1 m取土樣各1組。

對(duì)土樣進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)，評(píng)價(jià)處理后壩基處理效果。主要進(jìn)行壩基土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，為地基處理后的效果對(duì)比提供依據(jù)。

試夯位置及探坑點(diǎn)位詳見圖1。

圖1 試夯平面布置圖

2.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)1#壩及2#壩壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)土工試驗(yàn)見表1。

2.4 檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)天然土、夯心、兩夯間及三夯間探井土樣土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)夯前后處理深度范圍內(nèi)地基土的孔隙比、壓縮性及濕陷性等主要參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)孔隙比 e0:自然含水量狀態(tài)下，原狀土孔隙比為0.71～0.94，呈中密 －密實(shí)，以中密為主;夯心處孔隙比為0.48～0.79，呈中密 －密實(shí)，以密實(shí)為主;兩夯間孔隙比為0.60 ～0.88，呈中密;三夯間孔隙比為 0.60 ～0.84，呈中密－密實(shí)。強(qiáng)夯處理后，壩基土孔隙比減小，密實(shí)度增加。

2)壓縮系數(shù) a0.1－0.2:原狀土壓縮系數(shù)一般為 0.18 ～0.55MPa－1，呈中—高壓縮性;夯心處壓縮系數(shù)為 0.03 ～0.20 MPa－1，呈低—中壓縮性，以中壓縮性為主;兩夯間地基壓縮系數(shù)為 0.06～0.18 MPa－1，以中壓縮性為主;三夯間地基壓縮系數(shù)為0.06～0.20 MPa－1，呈低 ～ 中壓縮性。強(qiáng)夯處理后，壩基土壓縮性減小。

3)濕陷性:在200 KPa壓力下，原狀土濕陷系數(shù)為0.032 ～0.117，大于 0.015，屬自重濕陷性黃土地基，濕陷等級(jí)II～I(xiàn)II級(jí)，程度為中等～嚴(yán)重;強(qiáng)夯處理后，夯心處濕陷系數(shù)為 0.000 ～0.014，兩夯間處為 0.008 ～0.015，三夯間為0.003 ～0.015，壩基黃土濕陷性消除。

表1 1#壩及2#壩壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)土工試驗(yàn)報(bào)告

3 結(jié)論與建議

根據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn)，1#壩壩基強(qiáng)夯能級(jí)選擇為6 000 KN·m，拍平夯能級(jí)3000 KN·m;2#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為4 000 KN·m，拍平夯能級(jí)2 000 KN·m，主夯夯心距5×4.5 m，每夯點(diǎn)≥9擊，最后夯沉量≤10 cm，拍平夯每點(diǎn)2擊，1/4鍾印搭接。通過對(duì)1#及2#壩壩基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，有效深度范圍內(nèi)濕陷性消除，可達(dá)到處理要求。

［1］(SL274－2001)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.中華人民共和國水利部.

［2］龔曉南.地基處理手冊(cè).北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［3］裴章勤，劉衛(wèi)東.濕陷性黃土地基處理.北京:中國鐵道出版社，1992.