万家寨引黄北干耿庄水库坝基强夯试验分析

张小利

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

万家寨引黄北干耿庄水库是北干线向朔州市供水线路末端的调节水库，位于朔州市朔城区陡沟村南、秋寺院村东，由于坝基土具有湿陷性，坝基设计采用强夯法处理，强夯的设计单击能不小于3 000 kN.m，强夯范围面积为198 894 m2。为了获得理想的施工参数，选取合理的机械配备和质量控制方案，在强夯施工前制定了详细的试验方案，通过试验取得了理想的施工参数，在指导强夯施工中取得了良好的效果。本文从强夯试验目的、强夯试验检测项目及主要工序安排、强夯试验施工工艺、强夯试验效果检查等方面对本试验方案进行阐述。

1 强夯试验目的

设计要求强夯后的加固效果为：有效加固深度6 m，在有效加固深度内坝基土全部消除湿陷性，即土的湿陷系数小于0.015，坝基土总湿陷量不大于100 mm。为满足设计要求，在拟定强夯设备的前提下，通过强夯试验达到如下目的：确定夯击次数、夯点间距、夯击遍数、沉降量等相关参数，选取合理的机械配备和质量控制方案。

2 强夯试验方案设计

2.1 试验场地布置及区域划分

试验场地布置考虑的主要因素有：强夯试验场地应平坦、整齐；根据工程实际情况选择具有代表性的场地；在《山西省万家寨引黄入晋工程北干线耿庄水库土建工程总施工进度计划（调整）横道图》中计划2009年8月底前强夯处理要达到6万m2，具体范围为南坝段800 m坝基；根据《耿庄水库场地湿陷类型、地基湿陷等级分区图》中南坝段800 m范围内共有非自重一级（轻微）湿陷性场地、自重二级（中等）湿陷性场地、非自重二级（中等）湿陷性场地、非湿陷区等四种分区。

综合考虑以上4方面原因，本次强夯试验场地规划为沿南坝段800 m坝基范围内从东到西共布置三个试验区域，三个试验区域宽度均为72 m，长度均为50 m,每个区域面积均为3 600 m2。

2.2 试验方案设计

根据现场地形、地质资料及设计要求，结合试验拟采用的主要机械设备及试验仪器见表1。

表1 强夯试验主要机械及试验仪器设备

本次试验初拟强夯参数为：单点夯击次数为11～15击，夯点布设为梅花型布置，夯击能按3 000 kN.m、4 000 kN.m两种能击布置，间排距按三种规格布置，分别为6 m、5 m、6.5 m，满夯时锤印搭接1/4。具体方案设计布置分为以下三种：

方案一：采用隔点跳打法分2遍进行，每遍夯击次数11～15击，单击能3 000 kN.m，间排距6 m，满夯2遍，1/4夯印搭接。

方案二：采用隔点跳打法分2遍进行，每遍夯击次数11～15击，单击能3 000 kN.m，间排距5 m，满夯2遍，1/4夯印搭接。

方案三：采用隔点跳打法分2遍进行，每遍夯击次数11～15击，单击能4 000 kN.m，间排距6.5 m，满夯2遍，1/4夯印搭接。

3 强夯试验施工方法

按照合同文件及规范要求进行基面清表处理，经自检、监理工程师检查合格后方可进行试验段施工。施工工艺以方案二为例进行说明，方案一和方案三根据具体情况将夯击能、夯距进行相应调整进行。

3.1 施工工艺

（1）试验段强夯施工机械采用带有自动脱钩装置的履带式起重机，主夯采用锤重20 t，落距15 m，夯击能量为3 000 kN.m；副夯采用锤重20 t，落距15 m，夯击能量为3 000 kN.m；满夯采用锤重20 t，落距7.5 m，夯击能量为1500 kN.m。夯锤底面积5 m2，并设通气孔。现场夯锤重量不符时，需按实际锤重和底面积计算落距，确保达到设计夯击能量。

（2）用灰线撒出强夯范围，然后标出夯点的准确位置，并测量地面高程，夯点布设为梅花型布置，间排距按三种规格布置，分别为6 m、5 m、6.5 m，满夯时锤印搭接1/4，详见图1坝基强夯处理夯点布置示意图。

（3）在处理大致平整的地表处，按土质分段取样作标准击实、土的液塑限、颗粒分析、天然含水量试验。

（4）起重机就位，使夯锤对准夯点位置。

（5）测量夯前锤顶高程。

（6）将夯锤吊起到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，测量锤顶高度，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平。夯击时落锤应保持平稳，夯位正确。

（7）重复步骤（6），按设计规定的夯击次数及控制标准完成一个夯点的夯击。单点夯击次数一般按最后两击沉降量平均值不大于5 cm控制。

图1 坝基强夯处理夯点布置示意图（单位：m）

（8）重复（4）～（7），完成第一遍全部夯点的夯击。

（9）主夯完成后，用推土机将夯坑整平，测量夯后的地面高程。

（10）重新放线定位，按主夯的施工步骤（4）～（9）进行第二遍（副夯）的夯击施工，副夯能量为3 000 kN.m。

（11）副夯完成后，用推土机将夯坑填平，进行最后一遍满夯，满夯能量为1 500 kN.m，夯后测量场地标高。

强夯施工必须严格按照试验确定的技术参数进行控制，以各个夯击点的夯击数作为施工控制数值，夯击深度应用水准仪测量控制。

3.2 强夯施工监测工作

强夯施工过程中应有专人负责监测工作，施工过程中应对各项参数及施工情况进行详细记录，主要负责以下内容记录。

（1）开夯前检查锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。

（2）在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。

（3）按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。

3.3 强夯施工注意事项

（1）强夯施工前，应查明场地范围内的地下构造物和各种地下管线（尤其是通讯电缆）的位置及标高，并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成损坏。

（2）强夯过程中，当发生隆起大于夯沉量现象时立即停止施工，研究处理方案。

4 强夯试验效果检查

4.1 基本要求

（1）强夯过程中，技术负责人始终在现场指挥，监理进行旁站指导。

（2）强夯试验完成后，依据试验各项数据，确定强夯各项施工参数和强夯施工方案，报监理工程师审批。

（3）强夯过程中当发生隆起大于夯沉量现象时立即停止施工，研究处理方案。

（4）强夯过程中视降雨情况作好排水工作。

4.2 施工质量要求

（1）高程、坐标控制点引到不受强夯影响便于测量使用的地方，稳定牢固。

（2）施工放线误差不大于2 cm，强夯点位偏差应小于5 cm。

（3）坑底面积倾角不大于30O。

（4）满夯能级应为点夯的1/2，即1 500 kN.m，夯印搭接为夯锤底面积的1/4。

（5）冻土深度小于0.5 m时，将冻块击碎再夯，冻土厚度大于0.5 m时不能施工。

（6）夯前夯后进行检测，根据检测结果指导下一步施工。

（7）试验过程中做好测量工作，并做好强夯施工原始记录，以免重夯或漏夯。

4.3外观鉴定

强夯后的表面应达到密实平坦，局部过大沉降应有专门记录。

4.4检查项目及试验结果分析

在试验区内进行详细的原位测试，采取原状土样作室内试验，测定干密度、湿陷系数、含水量等有关数据，具体要求为：夯前在实验区内挖12 m深的探坑，每隔1 m取1个土样进行室内试验，夯后在同区附近再挖12 m深的探坑，每隔1 m取1个土样进行室内试验，与夯前测试数据作对比分析，看强夯加固效果是否满足设计要求，以确定最合理的施工参数。若不满足，则重新修订试验参数再次进行试验并最终达到设计要求。

根据以上检测项目要求，试验完成后及时采取土样进行对比试验效果分析，具体试验结果如表2。

表2 坝基土湿陷系数及总湿陷量试验前后对比表

5 结语

通过以上试验成果比较分析，方案三在有效加固深度1～6 m内湿陷系数均小于0.015，坝基土总湿陷量为76 mm＜100 mm符合设计要求，而方案一和方案二在有效加固深度内土体湿陷系数和坝基土总湿陷量均不能满足设计要求。以上试验方案都是在最经济的条件下择优选择的。在引黄北干耿庄水库坝基加固处理中采用方案三坝基强夯处理的分部工程验收均取得优良分部工程，在指导后续的强夯施工中取得了良好的效果，对类似工程有较好的借鉴意义。