有關(guān)強(qiáng)夯法用于深厚層濕陷性黃土壩基處理分析

張明

摘 要：強(qiáng)夯技術(shù)壓縮了地面土層的原有空隙，土顆粒重新排列，經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié)，從而提高壩基承載力。本文闡述了濕陷性黃土的機(jī)理和影響濕陷性黃土的因素，并根據(jù)工程實(shí)例，分析了其采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土壩基處理，并對其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：黃土壩基 層濕陷性 夯法 基處理

在進(jìn)行水利水電工程施工時(shí)，壩基處理是不可避免的。在我國西北地區(qū)，黃土地質(zhì)構(gòu)造分布廣泛，黃土所特有的直立性、穩(wěn)定性和疏松有彈性、遇水易崩陷等特點(diǎn)，決定了水利水電工程黃土壩基不同于一般的壩基。另外，那些在外力作用下，或者在自重應(yīng)力和外力作用下，浸水后使得黃土的結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致變形的黃土（即濕陷性黃土），給工程的順利完成和質(zhì)量帶來了巨大的影響，也是工程施工過程中的難點(diǎn)。強(qiáng)夯法作為一種快速、高效的方法，用于黃土壩基施工中，不僅提高了施工效率，也保證了工程質(zhì)量。

1.濕陷性黃土性質(zhì)

從濕陷性黃土的定義：在外力作用下，或者在自重應(yīng)力和外力作用下，浸水后使得黃土的結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致變形的黃土，不難看出濕陷性黃土最主要的特點(diǎn)是土質(zhì)比較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、水浸濕后極易沉陷，在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小。因?yàn)椴煌瑓^(qū)域環(huán)境的不同，所以使得這些區(qū)域濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)各不相同。一般而言，依據(jù)所受壓力的不同，濕陷性黃土可分為：自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土兩大類。其中，自重濕陷性黃土指的是在自身壓力的作用下，使得其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而下沉；非自重濕陷性黃土則指的是在外力和自身壓力的作用下，導(dǎo)致黃土變形。對于黃土濕陷起始壓力來說，黃土濕陷起始壓力是指在濕陷性黃土發(fā)生濕陷時(shí)的最小壓力值，這是判斷黃土是自重濕陷還是非自重濕陷的重要依據(jù)。當(dāng)黃土濕陷起始壓力小于黃土實(shí)際受到的壓力時(shí)，濕陷性黃土開始濕陷。一般來說，黃土受到一定的壓力后，會(huì)立即形變，繼續(xù)施壓而逐漸到達(dá)穩(wěn)態(tài)。對于常見的濕陷性黃土壩來說，在工程完工很短的時(shí)間內(nèi)，這種形變就會(huì)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。然而由于濕陷性黃土自身的特點(diǎn)，濕陷性形變較壓力形變更加嚴(yán)重，且濕陷速度極快，通常情況下，黃土在浸水1小時(shí)時(shí)就會(huì)發(fā)生濕陷。正是由于濕陷性黃土有著濕陷速度快、所需時(shí)間短等特點(diǎn)，工程施工受到嚴(yán)重的影響，而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.加固原理

強(qiáng)夯法是在重錘夯實(shí)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為提高軟弱壩基的承載力，用重錘從一定高度下落，形成較大的沖擊力，反復(fù)多次的夯擊土層使得黃土壩基迅速固結(jié)的方法。該方法通過將壩基內(nèi)的氣體擠壓出去，使得黃土結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加固，密度變大。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等壩基。強(qiáng)夯法具有施工工藝、操作簡單，適用土質(zhì)范圍廣，加固效果顯著，可取得較高的承載力，工效高，施工速度快，土粒結(jié)合緊密，有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、施工費(fèi)用低、節(jié)省投資等特點(diǎn)。我國濕陷性黃土壩基施工過程中，通過應(yīng)用強(qiáng)夯加固黃土壩基來減小因黃土壩基的濕陷而造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高施工質(zhì)量。強(qiáng)夯加固主要是應(yīng)用動(dòng)力加固以及加密原理來實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)力加固原理是指通過利用強(qiáng)大的壓力來破壞黃土的結(jié)構(gòu)，使得黃土中的水分通過空隙流出，來實(shí)現(xiàn)黃土壩基的加固；動(dòng)力加密原理指的是通過強(qiáng)夯法的實(shí)施，在重錘反復(fù)敲擊的作用下，黃土中的氣體能順利排出，以此來提高黃土壩基的密實(shí)度。

3.概況

永登縣隸屬于甘肅省蘭州市，位于甘肅省中部，總面積6090平方公里，是古絲綢之路的門戶。地貌上表現(xiàn)為石質(zhì)山地與黃土丘陵交錯(cuò)分布。地勢位于青藏高原東北部與黃土高原西部過渡地帶，也是祁連山支脈東延與隴西沉降盆地間交錯(cuò)的過渡地區(qū)。永登縣因其蓄水能力弱，水資源供應(yīng)缺乏等原因，給人們的日常生活帶來了巨大影響，同時(shí)也嚴(yán)重影響了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此建設(shè)安全、環(huán)保的供水工程則顯得極其重要，也為永登縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定深厚的基礎(chǔ)。工作人員在政府的組織下，通過對永登縣水源和區(qū)域的勘測，最終決定在永登縣中堡鎮(zhèn)邢家灣村建設(shè)翻山嶺水庫，以便向縣城及周邊地區(qū)及時(shí)供水。該工程主要由輸水工程、水源供應(yīng)工程以及大壩工程三大部分構(gòu)成，且分別由甘肅省三家水利水電公司承擔(dān)。該工程建設(shè)時(shí)通過將東二干渠渠道水通引入水庫中，再通過輸水管道將水送入指定的水廠。該水庫容量達(dá)120萬立方米，以引大工程東二干渠渠水為蓄水水源，最大壩高21米，其中，副壩基開挖73200立方米，7個(gè)洞穴長達(dá)388米，最大供水量9500m3/d，壩基大部分區(qū)域都能滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，僅有少數(shù)區(qū)域會(huì)發(fā)生透水現(xiàn)象。這主要是因?yàn)檫@些區(qū)域黃土間空隙大，濕陷性嚴(yán)重以及土中含有大量的粘粒，這些都是造成壩基容易坍塌、漏水的重要原因。要想緩解濕陷性黃土造成的影響，工程施工時(shí)強(qiáng)夯法的應(yīng)用則必不可少。

4.法施工方案設(shè)計(jì)

由于永登縣翻山嶺水庫壩基基面建設(shè)比較零碎，因此很難形成規(guī)則的壩基建設(shè)，另外因?yàn)樵摴こ讨袎位ㄔO(shè)區(qū)黃土屬于嚴(yán)重型濕陷性黃土，該濕陷性黃土阻礙了工程的實(shí)施，因此在壩基建設(shè)時(shí)，對濕陷性黃土的合理處理則顯得極其重要，這不僅關(guān)系到施工質(zhì)量，同時(shí)也關(guān)系到工程的安全性。水庫壩基設(shè)計(jì)表明，在壩基開始施工前，可事先進(jìn)行強(qiáng)夯法試驗(yàn)，強(qiáng)夯法重錘夯擊力要大于4000kN·m，強(qiáng)夯法施工過程中若有設(shè)備能提供更大的夯擊力，則可優(yōu)先采用。濕陷性黃土基礎(chǔ)強(qiáng)夯試驗(yàn)可依據(jù)隔距敲打的原理進(jìn)行，其間隔距離為4m，敲擊點(diǎn)則按等邊三角形原理進(jìn)行，假如該黃土中水含量比較小，則在試驗(yàn)前可先用水浸濕，接著強(qiáng)夯法重錘夯擊兩遍，期間間隔三周為佳，第三次夯擊時(shí)可選用小于4000kN·m的夯擊力，最終夯擊結(jié)果以黃土密度大于1.8 kg/cm3為好。

5.法施工工藝

（1）備工作以及強(qiáng)夯試驗(yàn)工程

首先在施工前，需準(zhǔn)備好工程所需的設(shè)備，對設(shè)計(jì)圖紙和資料進(jìn)一步地完善。其次，施工前需要做好排水工程，以便水能及時(shí)排出，以加固壩基。最后，將地整平方便施工，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，將整個(gè)壩基工程進(jìn)行劃分，而后進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。為確保工程的順利進(jìn)行，在強(qiáng)夯試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循由低到高的原則進(jìn)行。水庫壩基工程南高北低，因此在夯擊點(diǎn)選取，并進(jìn)行壩基高程勘測時(shí)，將其劃分為三部分：分別為南側(cè)、中區(qū)、北側(cè)壩基，其中北側(cè)壩基處于低地勢處，因此可以作為壩基建設(shè)的起點(diǎn)，強(qiáng)夯試驗(yàn)工程也應(yīng)先從此處開始施工，接著是中區(qū)，最后則是南側(cè)。

（2）行強(qiáng)夯法施工

強(qiáng)夯法施工過程中工作人員對施工現(xiàn)場準(zhǔn)確的勘測是該工程的重要組成部分，這就要求工作人員在工程施工前期準(zhǔn)備階段做到盡職盡責(zé)，準(zhǔn)確測量。在這之后，則可依照強(qiáng)夯法施工規(guī)則，嚴(yán)格按照規(guī)則進(jìn)行，以保證工程質(zhì)量，同時(shí)也要嚴(yán)格管理，確保施工安全。

強(qiáng)夯法施工過程中，要依據(jù)施工要求進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，進(jìn)行分區(qū)強(qiáng)夯施工。強(qiáng)夯試驗(yàn)施工時(shí)，可根據(jù)壩基工程設(shè)計(jì)圖，用夯擊測量儀器確定施工區(qū)域，并在周圍放置警戒裝置，然后在施工區(qū)域內(nèi)，依據(jù)等邊三角形原理進(jìn)行夯點(diǎn)的布置，其中各點(diǎn)間間距為4m，最后根據(jù)分區(qū)進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)?？赏ㄟ^每一次夯擊后黃土壩基出現(xiàn)的下沉來進(jìn)行夯擊數(shù)的控制，并以此，來評估進(jìn)行夯擊處理壩基后的效果。在強(qiáng)夯施工過程中，黃土壩基部分區(qū)域有孔洞，造成壩基局部區(qū)域塌方，針對這些異常情況，各部門工作人員應(yīng)提出有效的解決方案，認(rèn)真處理。強(qiáng)夯法施工是比較危險(xiǎn)的工程，因此，需配備專業(yè)的安全負(fù)責(zé)人員，來負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的安全，禁止閑雜人員進(jìn)入施工現(xiàn)場。針對夜間施工現(xiàn)場的安全防護(hù)，可增加照明、減少外界因素的干擾、盡可能在白天完成當(dāng)天的工作量，以保證施工的安全和質(zhì)量。

6.法施工后的效果與檢驗(yàn)

強(qiáng)夯施工完成一段時(shí)間后，要依照施工檢驗(yàn)規(guī)范，進(jìn)行靜力觸探檢測，檢測強(qiáng)夯后壩基的加固深度、數(shù)量和承壓力。檢測時(shí)，每1米取樣，進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，當(dāng)結(jié)果不符合施工質(zhì)量要求時(shí)，應(yīng)采取其它措施或補(bǔ)夯。另外進(jìn)行濕陷性黃土壩基性質(zhì)檢測時(shí)，可依據(jù)現(xiàn)場施工的情況，進(jìn)行含水量、濕陷性黃土濕陷度、壓縮性等檢測。對濕陷性黃土壩基承壓力檢測時(shí)，如有嚴(yán)格的要求，需進(jìn)行靜荷載檢驗(yàn)，以防檢測不當(dāng)而造成的結(jié)果出錯(cuò)情況發(fā)生。

7.結(jié)語

近年來，西北地區(qū)各大地區(qū)水庫修建過程中，都會(huì)遇到濕陷性黃土壩基修建困難的問題。因此，在水利工程施工時(shí)要借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，提出新方案，更好地解決濕陷性黃土壩基施工問題。

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