黄仁水库震动液化评价与抗震加固设计

何 洋，尹 刚

（山东天源水务集团有限公司，山东 菏泽 274000）

黄仁水库位于山东省蒙阴县垛庄镇西山角村南，系淮河流域沂河水系蒙河支流黄仁河上的一座中型水库。水库始建于20世纪70年代，受当时工程技术条件的限制，水库自建成后经历了多次维修，但并没有从根本上解决危及水库安全的隐患。目前，水库仍然存在防洪标准低、工程质量差等问题，严重制约着工程效益的发挥，并威胁下游人民群众的生命财产安全，亟待进行整治。经调查发现，坝址区相应地震设防烈度为7度，并且在地震设防烈度7度情况下，上游坝坡抗滑稳定安全系数低于规范值；上游砂壳和坝基砂层相对密度分别为0.46和0.35，存在液化可能。

1 震动液化评价

对坝壳砂、坝基砂土震动液化进行评价：

1.1 地震液化的初判

1）水库在正常运行状态时，坝体上游的砂壳、坝基砂层处于饱和状态，其黏粒含量约在1.4%～8.5%范围内，小于液化评价标准16%，因此初判为可能液化土。

2）由于坝体下游砂壳处于非饱和状态，不具备发生液化的基本条件，可直接判为不液化。

1.2 地震液化的复判

上游砂壳的成份主要为碎石土，但内部组合并不均匀，砂壳上部以块石居多，因此对局部风化造成的砾质粗砂进行地震液化判定只采用标准贯入锤击法。砂壳下部以砾质粗砂为主，坝基砂层地震液化判别采用标准贯入锤击法和相对密度法相结合的方法。

1）坝前砂壳地震液化复判。标准贯入锤击法判别公式为：

当标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，不同于工程正常运用时，实测标准贯入锤击数应按下式进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数N63.5作为复判依据。

其中：N′63.5为实测标准贯入锤击数；Ncr，N0分别为液化判别标准贯入击数临界值和基准值；ds为工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度，m；dw为工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度，m；当地面淹没于水面时，dw取 0；d′s和 d′w为标准贯入试验时各对应的深度值；ρc为土的黏粒含量重量百分率，当小于3%或为砂土时,应采用3%。

对水库进行勘察时库水位为164.52 m，接近兴利水位164.93 m，因此取 N63.5=N′63.5；土工试验得出坝前砂壳、坝基砂层的黏粒含量均不超过3%，故ρc取值为3%，运用上述公式计算得到坝前砂壳液化判别成果，如表1所示。分析表1可知，上游砂壳的砾质粗砂存在液化的可能。

表1 坝前砂壳液化判别成果表

2）坝基砂层地震液化复判。采用标准贯入锤击法判别坝基砂层地震液化与否结果如表2所示，由表2知，坝基的砾质粗砂存在液化的可能。

表2 坝基砂层液化判别成果表

相对密度法评判标准为：在地震动峰值加速度0.10 g条件下，如果饱和无黏性土的相对密度不超过0.70，则可判为可能液化土。经现场取样试验，坝前砾质粗砂相对密度平均值为0.46，判为可能液化土；现状河床坝基砂层相对密度平均值为0.35，仍小于液化临界相对密度值0.70，坝基砂层判为可能液化土。综合分析，认为在地震动峰值加速度0.10 g（相应地震基本烈度7度）条件下，坝基砂、上游砂壳砂存在液化的可能，建议采取相应的工程处理措施，进行抗震加固。

2 坝前坡抗震加固设计

2.1 大坝抗震加固范围确定

上游砂壳在较大深度范围内处于饱和状态，属于液化料，在地震情况下存在液化可能。参考相关资料、动力反应分析计算成果以及大坝测量断面分析，确定本工程上游砂壳加固范围在大坝桩号0+050～0+470段，坝前高程157.5 m以上部分砂壳采用机械翻压；对0+245+0+460段坝前抛石压重，增加液化砂料的上覆压力,高程157.5 m以下进行抗震加固处理。

2.2 大坝抗震加固方案

为保证工程质量与加固效果，大坝抗震加固方案采用上部翻压与下部振冲相结合方案。

1）上部翻压方案。对高程157.5 m以上砂壳翻压、补土，坝坡补土、翻压采用履带拖平机结合振动碾压实，翻压厚度垂直坝坡面在高程157.5 m处为5 m，坝顶处为2.5 m，开挖坡比 1∶2；铺筑施工中，每层土的厚度不超过0.6 m，碾压遍数控制在3～5遍，具体施工参数应在开工前通过现场试验得到，保证压实后砂壳相对密度大于0.75。

原上游护坡石、防浪墙、下游排水体及大坝裹头处砌石拆除后，全部运至大坝上游0+245～0+460段水下抛石压重，上游坝脚抛石压重平台顶高程为158.5 m，平台顶宽21.0 m，外边坡1∶1.5，抛石压重平台施工前应对坝坡及坝脚压重平台范围内淤泥用淤泥泵进行清除，使压重体直接座落在坝坡及原始河床上。

2）下部振冲方案。振冲加固地基具有操作方便、施工快的特点，并且容易对坝基加固质量进行控制。通过振冲可以实现对原有砂壳颗粒的重新排列，减少颗粒之间的孔隙，达到提高砂壳相对密实度、抗剪强度和抗液化能力的目的。工程设计振冲方案为在抛石压重时人工砌堆石坝（内坡比控制在 1∶1，顶宽为 2～9 m），砌石坝与坝坡间回填其他工程施工中所开挖的砂石料，回填至157.50 m高程；在填筑碎石料区与翻压区高程157.50 m以上形成宽15～26 m的振冲施工区，振冲加固范围0+245～0+460。高程157.50 m以下为振冲施工区域，利用振冲器从外围桩逐步向内施工；在振冲施工区开钻孔，并向孔内分批填入碎石等坚硬材料，制成孔形桩体，提高坝坡、坝基的抗液化能力。

3 结语

受建库时经济或技术的限制，许多水库在后期运行中不断出现坝体渗漏、地震液化等安全隐患，因此需要有针对性地对水库部位进行除险加固施工，黄仁水库坝壳砂、坝基砂土经震动液化评价为可能液化，工程依据震动液化评价结果对大坝的抗震加固施工方案进行指导，效果良好。