千年水库右坝肩黄土台地强夯处理设计

2011-07-25任雁彬

山西水利 2011年9期

任雁彬

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 引言

强夯法处理地基是20世纪60年代末由法国Menard技术公司首先创用的。该方法是将很重的锤从高处自由落下给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，目前适用于加固黏性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基土。在国内外得到普遍采用。通过强夯法加固处理后，可大幅提高地基土的承载力和抗液化能力，在消除地基土的湿陷性等方面效果显著。目前强夯法尚未建立起一套成熟的理论和设计计算方法，强夯加固深度无法精确计算，设计上大多以工程经验来确定。为确保地基加固达到工程设计要求，应通过试夯来确定合适的施工工艺参数以指导施工。以千年水库右坝肩黄土台地的强夯处理试验为基础，对消除湿陷性黄土的湿陷性进行了研究和分析，并用试夯后的试验数据对其加固效果进行了检验。

2 工程概况

千年水库位于吕梁市离石区境内的三川河支流小东川河中上游，距离石区约30 km，是一座以工业及城市生活供水为主，兼顾防洪、旅游等任务的小（一）型水库，水库坝址以上流域面积58.7 km2。大坝坝型为碾压式均质土坝，最大坝高38.0m，坝顶高程1466.0 m，坝顶宽6.0 m，坝顶长344.2 m，正常蓄水位1 462.4 m，死水位1448.0 m，总库容608万m3，年供水量310万m3。水库枢纽由拦河大坝、导流泄洪洞、供水工程取水口等组成。

3 右坝肩工程地质情况

右坝肩由低液限黏土层Q3eol和Q2pl土层组成，属天然坝体。据竖井及钻探资料，Q3eol低液限黏（粉）土层厚2～12 m，Q2pl低液限黏（粉）土层厚 0～25 m。

经土工分析试验，在天然状态下，Q3eol低液限黏（粉）土含水率为9.3%～17.4%，平均值12.9%；干密度为1.26～1.52 g/cm3，平均值1.35 g/cm3；塑性指数为8.5～10.7，平均值 9.6；天然压缩系数 0.19～0.66 MPa-1，平均值0.34 MPa-1，多为中等压缩性土；饱和压缩系数0.20～1.25 MPa-1，平均值 0.82 MPa-1，多为高压缩性土；湿陷系数为0.016～0.088，土层具湿陷性；渗透系数垂直方向为 2.93×10-5～2.33×10-4cm/s，水平方向为 1.74×10-5～5.15×10-4cm/s；饱和快剪小值平均值：c=2.7 kPa，φ=20.7°；三轴固结不排水剪最小值：c=19.6 kPa，φ=12.6°，c′=35.4 kPa，φ′=16.6°。Q2pl低液限黏（粉）土含水率为9.2%～22.4%，平均值为14.1%；干密度1.40～1.60g/cm3，平均值 1.47g/cm3；塑性指数 8.9～12.2，平均值10.3；天然压缩系数 0.08～0.29 MPa-1，平均值 0.18 MPa-1，多为中等压缩性土；饱和压缩系数0.07～0.61 MPa-1，平均值0.40 MPa-1，多为中等压缩性土。湿陷系数0.002～0.022，土层大多无湿陷性（仅有1组样品有湿陷性）；渗透系数垂直方向为 2.84×10-6～2.93×10-4cm/s，水平方向为 5.85×10-6～1.33×10-4cm/s；饱和快剪小值平均值：c=5.1 kPa，φ=22.5°；三轴固结不排水剪小值平均值：c=3.9 kPa，φ=14.6°，c′=21.7 kPa，φ′=21.1°。

本工程拟对天然坝体部分的Q3eol土层清除作为筑坝土料，对下部的Q2pl土层进行强夯处理。

4 强夯设计

4.1 强夯设计指标的确定

根据右坝肩工程地质情况，结合新筑坝体要求及类似工程的施工经验,确定强夯设计指标如下:最高夯击能时强夯有效加固深度8～10 m；有效加固深度内土体的湿陷系数小于0.015；有效加固深度内土体的干密度不小于1.58～1.62 g/cm3。

4.2 强夯试验

4.2.1 试夯区选取

试夯区选择在水库区新改道的米五线与坝轴线交汇处附近。选址原则为：能代表该工程全部或大部分区域土质特征，能为工程强夯施工提供相对准确、可靠的技术参数。在所选取的试夯区域内选一块642.82 m2面积区域作为试夯施工区，共布置试夯点18个，其中第一遍夯点12个，第二遍夯点6个，见图1。

图1 强夯试验夯点平面布置图

4.2.2 试夯参数

设计初步采用夯击能为6 000 kN·m，夯击数原则上不少于10击，且以控制最后两击平均夯沉量不大于10 cm为主控指标，采用正三角形布点，夯点间距为6 m。分两遍夯完主夯点后进行2 000 kN·m满夯，满夯纵横搭接1/4夯印，每点5击。

4.2.3 试夯设备

试夯施工选用一台南京产35 t履带吊，型号QUH35，配套24 m门架，自动脱钩装置一套，38.2 t夯锤一个。

4.2.4 试夯施工

试夯按下列步骤进行：第一，在整平的试夯区上标出夯点位置，并记录试夯区高程；第二，夯机就位并打第一遍夯点；第三，推土机填坑平场并测量第一遍主夯后场地夯沉量及第二遍夯点测放；第四，夯机就位打第二遍主夯；第五，推土机填坑平场并测量第二遍主夯后场地夯沉量；第六，夯机就位满夯；第七，推平场地并测量满夯后场地夯沉量；第八，整理强夯资料验收场地。

通过上述试夯施工情况来看场地比较稳定，最后夯沉量控制较好，夯击数12击与设计基本吻合，各夯点间没有侧挤现象，夯点布置相对合理。场地总体夯沉量分别为：第一遍26.4 cm；第二遍13.5 cm；满夯14 cm；三遍夯完后场地总下沉量累计为53.9 cm。

4.3 强夯试验检测结果

检测方法采用人工探井和标准贯入试验。试夯区共布设取土探井3个，试夯区外天然地基布设1个，试夯区布设2个；布设标准贯入试验孔2个。

4.3.1 干密度及有效加固深度

根据检测结果可知，强夯后两个探井自终夯面起至其下6.0 m深度范围内夯，间土干密度介于1.58～1.77 g/cm3之间，平均1.67 g/cm3；从6.0 m开始至其下约10.0 m深度范围内，各夯间土干密度介于1.38～1.49 g/cm3之间，平均1.43 g/cm3。综合分析认为，试夯区地基经强夯处理后有效加固深度为6.0 m。

4.3.2 湿陷性消除情况

根据检测结果可知，强夯后探井的各夯间土湿陷性系数、自重湿陷系数均小于0.015，试夯区的湿陷性已全部消除。

4.3.3 标准贯入试验情况

根据检测结果可知，强夯后地基土基本均匀，终夯面起至其下6.0 m深度范围内，夯间土标准贯入试验击数较夯前有大幅度提高，6.0～10.0 m深度范围内土体的标准贯入试验击数和处理前基本一致。