彭陽縣雅石溝水庫除險(xiǎn)加固技術(shù)淺析

【摘要】本文主要介紹采用軟基排水溝和坡腳塊石壓重法及堆載預(yù)壓法相結(jié)合在水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用，通過軟基排水設(shè)置及加載速率及荷載分級(jí)控制，分期施工，使淤泥地基最終達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。由于采用此法處理軟基效果較好，為類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)，以供借鑒。

【關(guān)鍵詞】軟基排水溝；堆載預(yù)壓法；寧夏彭陽縣

Pengyang Ya reservoir reinforcement technology of gully

Yang Zhi

（Ningxia PengYang WaterPengyangNingxia756500）

【Abstract】This paper describes the use of soft foundation stone gutters and toe weights method and Preloading in Combination reservoir reinforcement engineering applications， settings， and loading rate and load hierarchical control through soft ground drainage， stage construction， so silt foundation ultimately bearing capacity requirements. As a result of this method is better treatment of soft foundation for similar projects provide experience for reference.

【Key words】Soft foundation drains；Preloading law；Ningxia PengYang

1. 工程概況

（1）彭陽縣雅石溝水庫位于涇河一級(jí)支流安家川河上游雅石溝上，是一座集防洪、攔泥、為下游提供灌溉水源的綜合性水庫。該水庫建于1978年，流域面積44.0 km2，大壩為碾壓式黃土均質(zhì)壩，最大壩高43.1m，總庫容832.6萬m3，淤積深度38.5m，屬?。ㄒ唬┬退麡屑~工程。本次除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容有：（1）壩體在淤泥面加高7.5m，總庫容達(dá)到1339.6萬m3，加壩增容507萬m3；（2）新建泄洪和輸水建筑物。

（2）寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院完成的《彭陽縣雅石溝水庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》告表明：庫區(qū)淤積土（Q42al）主要成分為壤土，含少量砂巖、泥巖碎塊或者礫石，土黃——黃紅色，軟塑——硬塑狀態(tài)。經(jīng)分析，水庫壩前淤積物為多年沉積的近似飽和的淤泥質(zhì)土，這種飽和軟土具有含水量大，壓縮性高、靈敏度高、流變性高、承載力低和滲透系數(shù)低的地質(zhì)特性，以軟土作為地基進(jìn)行大壩加高，施工過程中存在孔隙水壓力過高、變形過大、承載強(qiáng)度低、容易產(chǎn)生滑坡等問題。

2. 除險(xiǎn)加固技術(shù)淺析

2.1軟基排水溝及坡腳塊石壓重法。

軟基排水溝布置為縱向和橫向，縱向排水溝平行于壩軸線布設(shè)，共三道，平均間距7.4mm。一、二道排水溝斷面尺寸：寬度1.5m，深度1.5m，排水溝填料由砂、卵礫石和塊石組成，并且滿足反濾要求：砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度0.7m，粒徑大于300mm；第三道排水溝即坡腳塊石壓重區(qū)，斷面尺寸：平均寬度2.0m，高度2.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度1.2m，粒徑大于300mm；橫向排水溝垂直于壩軸線，共設(shè)八道，平均間距50米，其坡度不宜超過1%，排水溝斷面尺寸：寬度1.0m，深度1.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.3m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度0.4m，粒徑大于300mm。格網(wǎng)帶形成后，內(nèi)填0.3m厚的碎石。

2.2堆載預(yù)壓法。

堆載預(yù)壓法是指在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建基礎(chǔ)上施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓處理，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性；同時(shí)可減小土體的壓縮性，消除沉降量，以便在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。在壩前淤泥面上加固加高大壩，是利用土壩自身重量對(duì)地基施壓，使淤泥地基最終達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。

（1）荷載計(jì)算：預(yù)壓荷載根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，一般采用等載預(yù)壓，即預(yù)壓荷載采用基底壓力，壓實(shí)度按0.98控制，則碾壓后的濕密度為2.01g/cm3，淤泥面以上加壩高度為12.1m，經(jīng)計(jì)算建基面的基底壓力243.2KPa。

（2）加載速率控制：qi=Δpi/ΔTi

式中：qi─第i級(jí)荷載加載速率，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取4～8 KPa/d；

Δpi─第i級(jí)荷載加載增量（KPa）；

ΔTi─第i級(jí)荷載歷時(shí)（d）。

（3）加載分級(jí)：估計(jì)容許施加的荷載pi，一般可按斯開普敦極限承載力半經(jīng)驗(yàn)公式確定，對(duì)飽和軟黏土可近似按下式計(jì)算：

pi≈5.52τfi/K

式中：τfi─為天然地基抗剪強(qiáng)度（KPa）；

K─為安全系數(shù)，建議取K =1.3-1.5，這里取K =1.3。

如果第一級(jí)荷載p1尚未達(dá)到預(yù)壓荷載pn，可重復(fù)計(jì)算第二、三……，只有當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載（加載計(jì)算成果表見表1）。

2.3加壩速率控制法。

考慮由于施工速度過快，在淤泥質(zhì)土中產(chǎn)生了過大的孔隙壓力，導(dǎo)致下墊砂層排水來不暢、固結(jié)慢，易出現(xiàn)裂縫和滑坡現(xiàn)象，設(shè)計(jì)要求控制加壩速率，即將壩體加高填筑分為幾個(gè)階段，以便使壩基上產(chǎn)生的孔隙壓力隨時(shí)間的推移有一個(gè)消散過程。根據(jù)已建成類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該水庫土壩加高填筑共分為四期施工，每期填筑高度大約為總高差的1/6即3.0m為宜。第一期第一層填筑土料含水量控制在10%左右，鋪土厚度40～50cm，以便吸濕淤泥面水分，并避免重型機(jī)械碾壓；每期填筑完成后，埋設(shè)固定沉降觀測(cè)樁，每天觀測(cè)1次，10～15天后，當(dāng)每天沉降量小于1cm時(shí)，可以進(jìn)行下一期的壩體填筑。

3. 施工注意事項(xiàng)

（1）放空庫容，晾曬淤泥面：泄完庫區(qū)蓄水，淤泥面涼曬至少30天，使孔隙水蒸發(fā)消散，泥面表層形成硬殼，可將原壩坡干砌塊石及沙礫料推入淤泥面，輕壓擠密，使其排水固結(jié)。

（2）為縮短工期，在淤泥面鋪設(shè)水平排水砂墊層：厚度為0.5m，鋪設(shè)范圍為建基面的淤泥面，墊層鋪好后，采用100kpa的機(jī)械進(jìn)行碾壓，在碾壓過程中進(jìn)行觀測(cè)，防止出現(xiàn)翻漿或形成橡皮土現(xiàn)象。經(jīng)碾壓后，取試樣實(shí)驗(yàn)，天然地基抗剪強(qiáng)度可提高3倍，即達(dá)到32 KPa。第一級(jí)容許施加荷載可提高2倍。

（3）加高壩體：經(jīng)計(jì)算共分四級(jí)加載，為防止第一級(jí)加載過高導(dǎo)致地級(jí)失穩(wěn)，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)加載速率按10kpa/d進(jìn)行控制，加載歷時(shí)10d，荷載增量按100kpa控制，加壩速率為0.49m/d，10天的加壩高度為4.9m；30天后開始第二級(jí)加載，加載速率按10kpa/d控制，加載歷時(shí)8d，加荷荷載為180kpa，8天的加壩高度為3.92m；60天后開始第三級(jí)加載，加荷荷載為220kpa，加載歷時(shí)4d，4天的加壩高度為1.96m。90天后開始第四級(jí)加載，加荷荷載為243.2kpa， 3天的加壩高度為1.32m?？偧訅胃叨葹?2.1m，歷時(shí)93d。

4. 結(jié)束語

（1）采用軟基排水溝和坡腳塊石壓重法和堆載預(yù)壓法相結(jié)合在淤泥面軟土層上加壩，荷載大，地基的強(qiáng)度不能滿足快速加載的要求，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制加載速率，逐級(jí)加載，分期施工，使地基土的強(qiáng)度不斷提高，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，從而滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

（2）在壩前淤泥面上加壩成敗的關(guān)鍵是建基面，一般情況下，在水平鋪筑厚度不小于0.5m的排水墊層后，采用輕型機(jī)械慢速反復(fù)碾壓進(jìn)行觀測(cè)，形成滿足要求的建基面。

（3）采用壩前淤泥面上加高壩體與壩后加高壩體相比，一方面減少了工程量，節(jié)省了投資，另一方面，新加壩體與壩前淤泥面良好的結(jié)合，形成了完整的防滲鋪蓋，同時(shí)也加固了原壩體，有效防止下游壩坡滲漏問題。

（4）由于采用此法處理軟基在彭陽縣雅石溝水庫除險(xiǎn)加固取得了較好的效果，該工程已竣工驗(yàn)收并投入使用，壩體未出現(xiàn)裂縫，為類似工程設(shè)計(jì)及施工提供參考。

彭陽縣雅石溝水庫除險(xiǎn)加固工程2008年4月開工建設(shè)，2010年5月完工，2012年通過竣工驗(yàn)收，目前工程運(yùn)行正常。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，中國建筑工業(yè)出版社，2002年.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，中國建筑工業(yè)出版社，2002年.

[3]《彭陽縣雅石溝水庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2007年.

[作者簡介] 楊智（1977.8-），職稱：水利工程師，工作單位：寧夏固原市彭陽縣水務(wù)局，男，2005年6月畢業(yè)寧夏大學(xué)。