石城河水庫砂礫石壩基強(qiáng)夯法處理試驗(yàn)研究

吳思鵬

摘要：本文介紹了強(qiáng)夯法在云南省石城河水庫地基基礎(chǔ)處理中的試驗(yàn)研究與施工。實(shí)際運(yùn)用表明：該技術(shù)能滿足設(shè)計(jì)要求，可以達(dá)到壩基基礎(chǔ)加固和節(jié)約投資的目的。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)處理；強(qiáng)夯法；試驗(yàn)研究；石城河水庫

1 引言

強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力加固法，它適用于砂礫石土、粉土、濕陷性黃土和人工填土地基的處理。強(qiáng)夯加固地基時(shí)對地基的作用結(jié)果可以概括為固結(jié)作用、液化作用、加密作用和時(shí)效作用。近年來廣泛運(yùn)用于煉油廠、空港、高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施的地基加固處理。而強(qiáng)夯法地基處理運(yùn)用于水利水電工程地基加固處理還處于試驗(yàn)性和嘗試的階段，其效果如何有待于探索研究與實(shí)踐。但隨著國家對環(huán)保日益重視，強(qiáng)夯法加固處理土石壩壩基運(yùn)用前景廣闊，可有效減少壩基開挖棄渣量，有利于水土保持。本文以云南省石城河水庫強(qiáng)夯法處理壩基為例，簡述強(qiáng)夯法處理基礎(chǔ)試驗(yàn)及施工過程。

2工程概況

石城河水庫位于宣威市西部的西澤鄉(xiāng)，壩址位于金沙江三級支流迤那河上?？値烊?142×104m3，興利庫容859×104m3，樞紐建筑物由攔河壩、溢洪道、輸水隧洞組成。攔河大壩為混凝土面板堆石壩，趾板建基面高程1839.00m，壩頂高程1920.00m，最大壩高81m，壩軸線長280m，壩頂寬7m，最大壩腳寬225m，設(shè)計(jì)上、下游壩坡為1：1.4。

壩址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期均為0.45s，地震基本烈度為Ⅶ度。

3 壩基地層

壩址區(qū)河床覆蓋層為厚9～20m的第四系沖洪積層、砂礫石層，結(jié)構(gòu)松散，具有強(qiáng)透水性，強(qiáng)度低，易產(chǎn)生壓縮變形及不均勻沉陷，下伏基巖為P2β致密塊狀、杏仁狀、斑狀玄武巖及凝灰質(zhì)玄武巖。

施工階段對壩基進(jìn)行進(jìn)一步勘察，根據(jù)鉆孔揭示資料，現(xiàn)將場區(qū)揭露深度范圍內(nèi)的地層巖性從上至下分述如下：

1-1含泥砂礫石層：棕紅、褐灰、灰綠、褐灰等色，稍濕，主要以砂礫石組成。礫石成分為玄武巖，弱風(fēng)化，粒徑0.2～12cm。據(jù)37組顆粒分析資料，礫石含量54.9～79.8%，平均64.5%；含泥量1.2～10.8%，平均4.9%。據(jù)現(xiàn)場注水試驗(yàn)資料，滲透系數(shù)1.01×10-2～4.27×10-2cm/s， 平均2.48×10-2cm/s。據(jù)重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)資料，該層錘擊數(shù)6.2～26.2，承載力fk為228.0～704.0kPa，修正后錘擊數(shù)N=14.72擊，承載力fk=474.0kPa；結(jié)構(gòu)松散～中密。該層厚度7.0～16.4 m。

1-2含礫石粘土透鏡體：褐灰、灰綠、深灰、黑灰等色，稍濕，主要以粘土組成，含礫石、植物根莖，腐木，結(jié)構(gòu)松散～稍密，巖芯呈土柱狀，呈軟塑～可塑狀態(tài)。據(jù)土工試驗(yàn)資料，該層孔隙比e為0.810～1.164，平均1.017；塑性指數(shù)IP為12.9～29.5，平均24.95；壓縮系數(shù)a0.1-0.2為0.23～0.44，平均0.315MPa-1，具有中等壓縮性；凝聚力c為29.68～46.58 kPa，平均37.95kPa；內(nèi)摩擦角Φ為11.25～16.58°，平均14.29°；滲透系數(shù)1.21×10-7～3.35×10-7cm/s， 平均2.29×10-7cm/s。重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)平均錘擊數(shù)N=2.08擊，其天然孔隙比大，其力學(xué)性質(zhì)差，地基承載力基本值fk=118.4kPa。其中在ZK30、ZK34、ZK35、ZK40、ZK41五孔有揭露，厚度分別為3.4m、2.4m、1.8m、2.1m、0.8m。該層厚0.8～3.4m。

1-3含礫石中、粗砂透鏡體：棕紅色，稍濕，主要以粉細(xì)砂組成，含礫石、泥，結(jié)構(gòu)松散，孔隙較大，巖芯呈沙狀。該層重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后錘擊數(shù)N=2.39擊，地基承載力基本值fk=101.7kPa，力學(xué)性質(zhì)差。僅在ZK37孔揭露到，厚度1.0m，頂、底板埋深10.9～11.9m。

2-1強(qiáng)風(fēng)化玄武巖：灰綠、深灰、褐黃等色致密塊狀玄武巖、斑狀、杏仁狀玄武巖，塊狀構(gòu)造，碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，方解石脈充填或無充填，寬1～3mm，面粗糙，鐵膜和泥膜浸染。巖體較破碎，巖芯呈短柱狀及碎塊狀，較軟巖～中硬巖，中硬狀態(tài)，RQD為5～15%，較破碎。該層重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)修正后錘擊數(shù)N=28.96擊，地基承載力基本值fk=915.0kPa。厚0.8～2.1m。

場地原始地基巖土的承載力和密實(shí)度見表3-1，3-2：

4 強(qiáng)夯試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)擬定質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

① 河床砂礫層經(jīng)強(qiáng)夯處理后其相對密度不小于0.75，干密度不小于2.15g/cm3。

② 強(qiáng)夯后地基承載力≥400kPa

③ 強(qiáng)夯后最后兩擊相對夯沉量不大于50mm

④ 強(qiáng)夯后地面最終沉降量按下表控制

4.2 能級選擇

加固深度采用梅那（L.Menard）公式進(jìn)行估算：

H=α√（Wh/10）

式中：H----加固地基影響深度（m）；

α----修正系數(shù)，范圍0.38～0.8；

W----夯錘重量（kN）；

h----重錘落距；

砂礫石地基修正系數(shù)取0.5～0.6、錘重40t，落距20m時(shí)，估算的最大加固深度為14.1～16.9m。強(qiáng)夯試驗(yàn)?zāi)芗壌_定E=W·h=40×20×10=8000kN.m?？紤]到要處理的砂礫石地基深度最高達(dá)16m，試驗(yàn)中采用8000kN.m和10000kN.m能級的試夯比較。

4.3檢測參數(shù)

為了解壩基砂礫石覆蓋厚度、基巖埋深、地基在垂直向和水平向的密實(shí)均勻性，以及強(qiáng)夯處理后的效果，主要采用以下試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)夯前、后的比較：干密度、原位滲透、動(dòng)力觸探試驗(yàn)和載荷試驗(yàn)。

4.4 試區(qū)選擇

為驗(yàn)證強(qiáng)夯法處理地基的有效性，在場區(qū)選擇了兩個(gè)區(qū)域做強(qiáng)夯試驗(yàn)，即強(qiáng)夯試驗(yàn)一區(qū)和強(qiáng)夯試驗(yàn)二區(qū)。強(qiáng)夯試驗(yàn)一、二區(qū)試驗(yàn)面積均為24m×24m，即576平方米。強(qiáng)夯試驗(yàn)一區(qū)單擊夯擊能為8000kN.m，強(qiáng)夯試驗(yàn)二區(qū)單擊夯擊能為10000kN.m。夯點(diǎn)間距按4×4m布設(shè)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序布點(diǎn)，分序進(jìn)行強(qiáng)夯；在各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯試驗(yàn)前、后各布置3個(gè)鉆孔做重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)，并對試夯區(qū)做平板載荷試驗(yàn)。

4.5 試驗(yàn)成果

強(qiáng)夯試驗(yàn)一區(qū)動(dòng)力觸探試驗(yàn)強(qiáng)夯前布有ZKD1、ZKD2、ZKD3三個(gè)動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔，強(qiáng)夯后布有ZKD4、ZKD5、ZKD6三個(gè)動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔，試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表4-1，4-2，4-3。

強(qiáng)夯試驗(yàn)二區(qū)強(qiáng)夯前布有ZKD7、ZKD8、ZKD9三個(gè)動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔，強(qiáng)夯后布有ZKD9、ZKD10、ZKD11三個(gè)動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔，試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表4-4，4-5，4-6，4-4。

對地基試夯前夯后原位載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)承壓板規(guī)格為1.50m×1.50m的方形鋼板，試驗(yàn)成果見表4-8。

強(qiáng)夯試驗(yàn)成果顯示，壩基砂礫石層：深度0～5.0m效果最好，深度5.0～7.0m效果好，深度7.0～9.0m效果較好，深度9.0～16.0m為強(qiáng)夯影響區(qū)域。試驗(yàn)成果驗(yàn)證了砂礫石地基在密實(shí)度、滲透性、地基承載力均有極大的改善，地基處理可達(dá)設(shè)計(jì)要求。

5 強(qiáng)夯施工

清除壩基范圍內(nèi)耕作層及淤泥質(zhì)土層1～4m，平整至高程1849m，對保留的砂礫石層地基進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理。保留覆蓋砂礫石層地基深度8～16m，面積12600m2。

對強(qiáng)夯試驗(yàn)成果進(jìn)一步分析，大壩砂礫石地基處理施工分三序進(jìn)行，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序布點(diǎn)，點(diǎn)點(diǎn)跳夯、排排跳夯，采用四遍成夯施工工藝，強(qiáng)夯點(diǎn)距按 4m×4m布置。第一遍、第二遍為主夯點(diǎn)，單擊夯擊能采用10000kN.m，第一遍主夯點(diǎn)8m×8m正方形布點(diǎn)，第二遍主夯點(diǎn)布置在第一遍主夯點(diǎn)相鄰四個(gè)夯點(diǎn)的中心處，第一遍主夯點(diǎn)和第二遍主夯點(diǎn)整體呈梅花形布置，累積夯擊數(shù)不少于20擊。第三遍為加固夯，單擊夯擊能采用8000kN.m，5.66m×5.66m正方形布點(diǎn)，第三遍加固夯夯點(diǎn)布置在第一、二遍主點(diǎn)夯每四個(gè)呈方形布置的夯點(diǎn)中心處，累積夯擊數(shù)不少于15擊。第四遍滿夯，滿夯單點(diǎn)夯擊能采用3000kN.m，夯印搭接1/3布點(diǎn)，夯點(diǎn)擊數(shù)3擊。

6 結(jié)語

土石壩砂礫石壩基處理采取強(qiáng)夯法加固處理，可減少壩基挖、填方量，減少棄渣場征占地，對環(huán)境保護(hù)有正面積極影響。通過本工程強(qiáng)夯試驗(yàn)研究和施工證明強(qiáng)夯法加固砂礫石壩基可以提高地基的密實(shí)度和承載力，能滿足設(shè)計(jì)要求從而達(dá)到加固處理地基的目的。

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