關(guān)于大壩沖水庫大壩基礎(chǔ)振沖處理存在問題及處理方案

何紅松

（云南能陽水利水電勘察設(shè)計有限公司云南曲靖　655000）

關(guān)于大壩沖水庫大壩基礎(chǔ)振沖處理存在問題及處理方案

何紅松

（云南能陽水利水電勘察設(shè)計有限公司云南曲靖655000）

針對大壩沖水庫主壩心墻基礎(chǔ)開挖時，出現(xiàn)邊坡蠕動變形及滑坡坍塌，進行了原因分析，上游基礎(chǔ)振沖加固下層部分存在置換率達(dá)不到要求的問題。根據(jù)對振沖區(qū)挖坑勘探試驗資料，對壩坡穩(wěn)定復(fù)核計算，最終采用了上下游壓腳的方案。目前大壩及壓腳體已填筑完成，通過對壩坡的臨時的變形監(jiān)測，大壩上下游壩坡穩(wěn)定。

擴建；基礎(chǔ)振沖加固；蠕動變形；穩(wěn)定分析；處理方案

大壩沖水庫為中型工程，位于云南省曲靖市陸良縣板橋鎮(zhèn)東北部，距陸良縣城25.5km。樞紐主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水隧洞與導(dǎo)流隧洞。大壩為粘土斜心墻風(fēng)化料壩，最大壩高49m，壩頂寬6.0m，壩頂長485m。

大壩沖水庫為擴建工程，原大壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高19m，壩頂高程1861.90m，壩頂長169m，壩頂寬4.10m，1958年3月竣工并投入運行。因此，現(xiàn)大壩上游泥沙淤積較厚，淤積物主要為湖積層和沖洪積層。上層為湖積層：厚4～6m；下層為沖洪積層：結(jié)構(gòu)松散，為含礫砂質(zhì)粘土、粉細(xì)砂質(zhì)粘土，厚1.8～2.6m。湖積層和沖洪積層的承載力均較低，湖積層抗剪指標(biāo)也較低。

為了保證擴建后大壩穩(wěn)定，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。

1　壩基振沖碎石樁設(shè)計及要求

1.1振沖碎石樁設(shè)計

1.1.1樁位布置

本工程采用等邊三角形梅花型布樁，根據(jù)選定的施工設(shè)備及地基力學(xué)指標(biāo)確定碎石樁的平均直徑為1.0m，樁距為1.5m，排距為1.3m。

1.1.2設(shè)計技術(shù)要求

（1）單位填料量大于1.1m3/m。

（2）填料石料粒徑為2～10cm，最大粒徑小于15cm，含泥量小于10%。

1.1.3設(shè)計計算

（1）加固后的復(fù)合地基置換率的確定，主要通過以下公式計算：

式中：m-復(fù)合地基置換率，%；d-振沖碎石樁的直徑，m；de-振沖碎石樁的等效影響圓直徑，m。根據(jù)碎石樁的布置型式，等效影響圓直徑的計算公式為de=1.05s，s為樁距。經(jīng)計算de=1.575m。

經(jīng)計算復(fù)合地基置換率為40.3%，考慮到施工難度及地質(zhì)條件的影響，置換率初步設(shè)計階段暫時取值為34%，施工階段根據(jù)實驗情況確定。

（2）振沖加固后的復(fù)合地基物理力學(xué)指標(biāo)的確定

加固后的復(fù)合地基物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)Priebe的公式計算：

①內(nèi)摩擦角的計算公式為：

經(jīng)過計算，湖積層的復(fù)合地基的內(nèi)摩擦角為25.5°，穩(wěn)定計算取值為24°；沖洪積層的復(fù)合地基內(nèi)摩擦角為26°。

②粘聚力的計算公式為：

式中：Csp-復(fù)合地基的粘聚力，kPa；Cs-原壩基湖積層和沖洪積層的粘聚力。根據(jù)地勘鉆孔實驗資料，湖積層的粘聚力取值為16kPa；沖洪積層的粘聚力取值為10kPa。

經(jīng)過計算，湖積層的復(fù)合地基的內(nèi)粘聚力為5.28kPa；沖洪積層的復(fù)合地基粘聚力為3.3kPa。

1.2振沖加固處理的要求

①振沖器的功率≥75kW，加密電流110A；②要求淤泥置換率≥34%；③加固后的復(fù)合地基指標(biāo)：C≥3kPa，φ≥24°，復(fù)合地基承載力≥300kPa，干密度≥16kN/m3；④復(fù)合地基變形模量≤30cm。

1.3振沖碎石樁施工機械

振沖碎石樁施的主要的機械設(shè)備：ZCQ75C振沖器（3臺），電動機功率75kW；電動機轉(zhuǎn)速：1460r/min，偏心力矩：68.3N·m；激振力160kN；頭部振幅：6mm。另有ZLT1025汽車吊（2臺）QY-20汽車吊（1臺），LG850輪式裝載機（1臺），ZL30B-Ⅱ輪式裝載機（1臺）等機械設(shè)備。

2　振沖加固存在的問題

河床段心墻壩基開挖過程中，上下游邊坡產(chǎn)生蠕動變形及坍塌，將邊坡放緩至1.2或1：1.5，并布設(shè)馬道，邊坡基本穩(wěn)定。為確保大壩施工期及運行期的穩(wěn)定性，對心墻開挖及挖孔揭露的各土層進行取樣試驗，根據(jù)實驗結(jié)果對大壩穩(wěn)定進行復(fù)核。

2.1振沖樁的地質(zhì)情況

根據(jù)心墻基礎(chǔ)開挖揭示的地質(zhì)情況，振沖碎石樁分層明顯，上中下三層性狀差異較大。

（1）上層振沖碎石樁區(qū)，分布高程1845.5～1849.03m，該層主要為灰?guī)r碎石，碎石含量85～90%；進行了大三軸土工試驗，能滿足設(shè)計提出的置換率≥34%的要求。

（2）中間層紫紅色，淺灰色粘土層，分布高程1841～1845.5m，該層碎石含量27.5%左右，成分為灰?guī)r，樁間土多為軟塑～可塑狀，該層土整體較為軟弱，對其進行了取樣及室內(nèi)三軸試驗進行復(fù)核，相關(guān)參數(shù)見附表（物理力學(xué)試驗成果分析匯總表）中的粘土層②。

（3）下部為灰色、灰黑色沖洪積淤泥質(zhì)粘土層、含有機質(zhì)粘土，分布高程1836～1841m，多可塑狀，其中在里程230～260m段基巖上部有厚0.5～2.5m砂卵礫石分布，礫石成分為灰?guī)r，礫石含量30～50%，結(jié)構(gòu)稍密。通過對該部位進行了取樣及室內(nèi)三軸試驗進行復(fù)核，相關(guān)參數(shù)見附表（物理力學(xué)試驗成果分析匯總表）中的粘土層③。

2.2振沖加固存在的問題及原因分析

根據(jù)心墻壩基開挖及人工挖孔樁（坑）揭示的地質(zhì)情況來看，振沖區(qū)下部局部范圍分布有灰色、灰黑色沖洪積淤泥質(zhì)粘土層，含有機質(zhì)粘土，多可塑狀，部分為硬塑狀，結(jié)構(gòu)較為緊密，可振性較差。振沖機械功率偏小。施工過程也有下料過快的原因，大致急振電流過快上升，石料擴散不充分。綜合以上因素，導(dǎo)致下部的樁徑僅為30～60cm，未達(dá)到設(shè)計要求。

圖1　大壩斷面結(jié)構(gòu)圖（1：500）

3　原設(shè)計大壩穩(wěn)定復(fù)核

根據(jù)原設(shè)計大壩穩(wěn)定分析計算，上游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)在正常蓄水位+地震、死水位+地震及正常蓄水位緩降至死水位+地震等工況下不能滿足規(guī)范要求；下游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)在設(shè)計洪水位+地震、正常蓄水位+地震及死水位+地震等工況下不能滿足規(guī)范要求，需要進行加固處理。

表1　物理力學(xué)試驗成果分析匯總表

4　大壩壩坡穩(wěn)定加固處理方案

為了提高大壩上下游壩坡的穩(wěn)定性，對大壩進行加固處理。維持原壩坡不變。對上游壩腳采用以風(fēng)化料為主的壓腳處理方案，為了增加壓腳加固處理的效果，陷入圍堰上游河床地面（高程1849.3m）以下淤泥部分的壓腳體采用堆石體填筑，其余部位壓腳體采用風(fēng)化料填筑。上游壓腳體頂部高程1854.9m，頂寬44.5m，坡度為1：2.2；結(jié)合下游壩趾區(qū)實際地形地質(zhì)條件和穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果，對下游壩坡采取堆石料壓腳的處理方案，壓腳體的頂部為高程1859.0m，頂部寬度為10.8m，坡度為1：1.5，采用厚度為40cm的干砌塊石護坡。

5　加固后的大壩穩(wěn)定復(fù)核

（1）上游壩坡最危險工況下的最危險工況為正常蓄水位緩降至死水位+地震工況，穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.16，滿足規(guī)范[K]=1.15的要求。

（2）下游壩坡兩種計算的最危險工況均為設(shè)計洪水位+地震工況，穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.18，滿足規(guī)范[K]=1.15的要求。

大壩穩(wěn)定采用用剛體極限平衡穩(wěn)定計算分析方法，對壩體上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性進行計算分析。壩體穩(wěn)定計算采用河海大學(xué)開發(fā)的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序Autobank6.1。地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。目前，大壩及壓腳體已填筑完成，通過對壩坡的臨時變形監(jiān)測，大壩上下游壩坡穩(wěn)定。

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2015-9-21