浅析中葛根水库工程河床覆盖层坝基强夯处理

刘通杰 甄新娟

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司 新疆 昌吉 831100）

浅析中葛根水库工程河床覆盖层坝基强夯处理

刘通杰 甄新娟

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司 新疆 昌吉 831100）

中葛根水库混凝土面板堆石坝，坝高77.63m，河床坝轴线至至上游围堰之间覆盖层厚度一般为11～17.5m，为缩短建设周期，降低工程造价，经过全面的研究论证，决定保留河床覆盖层作为堆石坝体基础，为了处理好保留区覆盖层，满足大坝基础要求，经验就决定采用强夯处理措施，以提高坝基的承载力及密实度，强夯点呈梅花形布置，先点夯，后满夯。为了检测强夯处理效果，进行了干密度及物探试验等项目的检测，结果表明：覆盖层0～6m范围内加固效果明显，干密度提高较大，地基承载力明显提高。

混凝土面板堆石坝；河床覆盖层；强夯；物理力学指标

1 工程概况

中葛根水库位于奇台县中葛根河出山口处。水库设计总库容1364.84×104m3，最大坝高77.63m，地震烈度为Ⅷ度，为中型Ⅲ等工程，是一座以灌溉为主、兼顾防洪、发电等综合效益的水利枢纽工程。

2 河床覆盖层特性

河床坝基宽约20～30m，河床标高1526～1530m，第四系覆盖层厚11～17.5m，岩性为质地均一的砂砾卵石土，表层实测天然密度为2.1～2.26g/cm3，室内试验最大干密度为2.29g/cm3，相对密实度为0.69～0.84。平均为0.76。属密实状态。抽水试验砂砾卵石覆盖层的渗透系数为36.32m/d。

河床第四系地层实测地震压缩波速随深度的增加而加大，在0～6m深度范围内，地震剪切波速Vs=300～400m/s，在6～12m深度范围内，Vs〉500m/s，埋深在12m以下压缩波速一般大于800m/s。在垂直剖面上无显著的低速异常带，因而可推断第四系覆盖层中无软弱夹层。且岩土的密实度随深度的增大而增大。该地层按水工建筑物抗震设计规范划分，属Ⅱ类建筑场地，中硬场地土。根据表层岩土的天然密度测试以及地震物探提供的动力学参数，河床第四系覆盖层可作为坝基使用。

在顺河地震地质剖面上，地震物探未发现显著的深槽，河床基底横向呈园弧形。由于基底岩性的差异，在坝轴线前约100m，系安山质火山角砾与橄榄玄武岩的分界线，由于火山岩的接触蚀变，加之河水的侵蚀，基底下切变深，第四系砾卵石覆盖层的埋深最大达20余米。

河床坝基的基底岩体为质地均一、坚硬完整的巨厚层块状微风化安山质火山角砾岩，系良好的坝基岩体，根据ZK4、ZK2钻孔压水试验表明，透水率〈5lu的界线的埋深为25m，即1505m高程。最大为47.1m，约1481.8m高程，其纵深之所以较大，可能与脆性岩体节理发育相对频度较低，但延伸远，开口度大的固有特性有关。按坝区节构面的组合特征分析推测，坝基无深层不稳定的滑动面存在。

3 河床覆盖层处理办法

河床覆盖层厚11～17m，天然湿密度2.24，天然干密度2.18，相对密度0.76.经分析确定仅在趾板处挖除覆盖层，将趾板座在基岩上，其余的坝体可直接座在河床覆盖层上，在填筑坝体之前，对河床覆盖层表层1m厚进行清理推平，进行强夯处理，再进行碾压。

坝基河床沉积物以砂卵石为主，夹含漂石和沙层，其相对密度在0.75～0.8，设计不予挖除，采用强夯处理，强夯施工指导参数为夯击能不小于300tm，夯点间距为3.5～4m，平均击数为9击，分三序间隔施工，一序夯点用1.5m左右直径的冲击锤施工，夯击能300t，击数为10击，以提高夯击压强，增加强夯加固深度；二序夯点用直径2m左右平锤施工，夯击能300t，击数8击；三序满夯，夯击能160t。根据实际地形条件，岸边坡度较缓，边排距边坡的距离控制在4.0m，边排与坡4.0m范围采用满夯。

4 坝基强夯效果检测分析

河床坝基砂砾层经过强夯处理后，经现场复核，主要是对处理后的坝基开挖进行现场检查，不同深度进行相对密度试验，顺河向布置了两条物探面波剖面。

4.1 试验检测分析

处理后的坝基0～6m强夯的效果明显，6m以下肉眼很难鉴别，本次共取样65组进行了相对密度试验。

从试验成果来看，坝基砂卵砾石经强夯处理后表层相对密度可达0.87～0.95。经过强夯后的坝基相对密度均大于0.85。

4.2 物探成果分析

（1）坝基左岸剖面

①-60～-40m之间，0～3m横波在250～300m/s，3～12.5m横波在320～400m/s，12.5m以下横波在400～600m/s；

②-40～0m之间，0～4.5m横波在250～300m/s，4.5～6.5m横波在250～320m/s，6.5～12m横波在320～400m/s，12.0m以下横波在400～500m/s；

③0～80m之间，0～5m横波在180～250m/s，5～6m横波在250～320m/s，6～9m横波在320～400m/s，9～11m横波在400～500m/s。11～14m横波在500～600m/s，14m以下横波在600～950m/s。

（2）坝基右岸剖面

①-60～-40m之间，0～4m横波在240～340m/s，4～6m横波在340～390m/s，6～9m横波在390～490m/s，9～14m横波在490～700m/s，14m以下横波在700～1150m/s；

②-40～20m之间，0～5m横波在240～340m/s，5～6m横波在340～390m/s，6～9m横波在390～490m/s，9～12m横波在490～700m/s，12～25m横波在440～500m/s；

③20～80m之间，0～6m横波在240～340m/s，6～6.5m横波在340～390m/s，6.5～9m横波在390～490m/s，9～11m横波在490～590m/s。11～15m横波在590～740m/s，15m以下横波在740～940m/s；

④80～120m之间，0～8m横波在240～340m/s，8～10m横波在340～390m/s，10～25m横波在390～490m/s。

通过物探分析可看出，除左岸极个别段表层横波速度小于250m/s，其他部位均大于250m/s，场地为中硬场地、密实，表明强夯效果明显。

5 几点认识

面板堆石坝河床覆盖层在堆石区内能否利用，关键取决于覆盖层的结构组成是否满足渗透稳定的条件，覆盖层的变形模量及密实度是否满足设计要求。根据对中葛根水库工程覆盖层强夯处理，通过检测及监测资料的分析，得出以下几点认识：

（1）河床覆盖层记过了漫长地质年代的沉积，经过强夯处理来提高覆盖层的密实度，影响范围在数米之内。经过强夯处理，虽然可在填筑前加快沉降变形，提高地基承载力，但对整个大坝的沉降变形影响较小，强夯的夯实力与大坝堆石体的自重相比微乎其微。

（2）河床覆盖层经过强夯处理，渗透变形有所降低，但由于河床覆盖层在大坝蓄水后一般都处在侵润线之下，渗透性对覆盖层来讲要求不会太高，所以覆盖层经过强夯处理对渗透性影响较小。

（3）中葛根面板堆石坝河床覆盖层主要是砂砾石，根据对施工期监测资料的分析，在其重荷载高压作用下的流变量较小，变化规律明显，这与砂砾石堆石坝的流变变化规律是一致的。

通过对中葛根水库工程覆盖层强夯处理、检测及监测成果分析和以往堆石坝保留覆盖层的经验，在修筑面板堆石坝时保留河床覆盖层，对堆石体的沉降变形影响较小，覆盖层的沉降变形在施工期中基本可以完成。因此对于高面板堆石坝，保留原有覆盖层作为坝基，在技术上是可行的，也是可靠的。强夯措施虽有一定的作用，但其影响范围也是有限的。

6 结论

中葛根水库是一座坝基经过强夯处理后，建造在覆盖层上的混凝土面板堆石坝，建成至今运行状态良好，观测数据与设计计算值相近。这表明，只要采取正确的设计思路和工程措施，在河床覆盖层上建造高混凝土面板堆石坝是可行的。通过对中葛根水库工程建造高混凝土面板堆石坝的实践，已取得了许多成功经验，为在河床覆盖层上筑高混凝土面板坝的进一步发展做了有益的探索，也为其他类似工程的建设提供借鉴作用。

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2015-8-12