关于大坝冲水库大坝基础振冲处理存在问题及处理方案

2015-11-04何红松

建材与装饰 2015年40期

关键词：压脚粘聚力坝坡

何红松

（云南能阳水利水电勘察设计有限公司云南曲靖　655000）

关于大坝冲水库大坝基础振冲处理存在问题及处理方案

何红松

（云南能阳水利水电勘察设计有限公司云南曲靖655000）

针对大坝冲水库主坝心墙基础开挖时，出现边坡蠕动变形及滑坡坍塌，进行了原因分析，上游基础振冲加固下层部分存在置换率达不到要求的问题。根据对振冲区挖坑勘探试验资料，对坝坡稳定复核计算，最终采用了上下游压脚的方案。目前大坝及压脚体已填筑完成，通过对坝坡的临时的变形监测，大坝上下游坝坡稳定。

扩建；基础振冲加固；蠕动变形；稳定分析；处理方案

大坝冲水库为中型工程，位于云南省曲靖市陆良县板桥镇东北部，距陆良县城25.5km。枢纽主要建筑物有大坝、溢洪道、输水隧洞与导流隧洞。大坝为粘土斜心墙风化料坝，最大坝高49m，坝顶宽6.0m，坝顶长485m。

大坝冲水库为扩建工程，原大坝坝型为均质土坝，最大坝高19m，坝顶高程1861.90m，坝顶长169m，坝顶宽4.10m，1958年3月竣工并投入运行。因此，现大坝上游泥沙淤积较厚，淤积物主要为湖积层和冲洪积层。上层为湖积层：厚4～6m；下层为冲洪积层：结构松散，为含砾砂质粘土、粉细砂质粘土，厚1.8～2.6m。湖积层和冲洪积层的承载力均较低，湖积层抗剪指标也较低。

为了保证扩建后大坝稳定，在表面的软塑状清除之后，对其余部分湖积层和冲洪积层作振冲碎石桩加固处理。

1　坝基振冲碎石桩设计及要求

1.1振冲碎石桩设计

1.1.1桩位布置

本工程采用等边三角形梅花型布桩，根据选定的施工设备及地基力学指标确定碎石桩的平均直径为1.0m，桩距为1.5m，排距为1.3m。

1.1.2设计技术要求

（1）单位填料量大于1.1m3/m。

（2）填料石料粒径为2～10cm，最大粒径小于15cm，含泥量小于10%。

1.1.3设计计算

（1）加固后的复合地基置换率的确定，主要通过以下公式计算：

式中：m-复合地基置换率，%；d-振冲碎石桩的直径，m；de-振冲碎石桩的等效影响圆直径，m。根据碎石桩的布置型式，等效影响圆直径的计算公式为de=1.05s，s为桩距。经计算de=1.575m。

经计算复合地基置换率为40.3%，考虑到施工难度及地质条件的影响，置换率初步设计阶段暂时取值为34%，施工阶段根据实验情况确定。

（2）振冲加固后的复合地基物理力学指标的确定

加固后的复合地基物理力学指标依据Priebe的公式计算：

①内摩擦角的计算公式为：

经过计算，湖积层的复合地基的内摩擦角为25.5°，稳定计算取值为24°；冲洪积层的复合地基内摩擦角为26°。

②粘聚力的计算公式为：

式中：Csp-复合地基的粘聚力，kPa；Cs-原坝基湖积层和冲洪积层的粘聚力。根据地勘钻孔实验资料，湖积层的粘聚力取值为16kPa；冲洪积层的粘聚力取值为10kPa。

经过计算，湖积层的复合地基的内粘聚力为5.28kPa；冲洪积层的复合地基粘聚力为3.3kPa。

1.2振冲加固处理的要求

①振冲器的功率≥75kW，加密电流110A；②要求淤泥置换率≥34%；③加固后的复合地基指标：C≥3kPa，φ≥24°，复合地基承载力≥300kPa，干密度≥16kN/m3；④复合地基变形模量≤30cm。

1.3振冲碎石桩施工机械

振冲碎石桩施的主要的机械设备：ZCQ75C振冲器（3台），电动机功率75kW；电动机转速：1460r/min，偏心力矩：68.3N·m；激振力160kN；头部振幅：6mm。另有ZLT1025汽车吊（2台）QY-20汽车吊（1台），LG850轮式装载机（1台），ZL30B-Ⅱ轮式装载机（1台）等机械设备。

2　振冲加固存在的问题

河床段心墙坝基开挖过程中，上下游边坡产生蠕动变形及坍塌，将边坡放缓至1.2或1：1.5，并布设马道，边坡基本稳定。为确保大坝施工期及运行期的稳定性，对心墙开挖及挖孔揭露的各土层进行取样试验，根据实验结果对大坝稳定进行复核。

2.1振冲桩的地质情况

根据心墙基础开挖揭示的地质情况，振冲碎石桩分层明显，上中下三层性状差异较大。

（1）上层振冲碎石桩区，分布高程1845.5～1849.03m，该层主要为灰岩碎石，碎石含量85～90%；进行了大三轴土工试验，能满足设计提出的置换率≥34%的要求。

（2）中间层紫红色，浅灰色粘土层，分布高程1841～1845.5m，该层碎石含量27.5%左右，成分为灰岩，桩间土多为软塑～可塑状，该层土整体较为软弱，对其进行了取样及室内三轴试验进行复核，相关参数见附表（物理力学试验成果分析汇总表）中的粘土层②。

（3）下部为灰色、灰黑色冲洪积淤泥质粘土层、含有机质粘土，分布高程1836～1841m，多可塑状，其中在里程230～260m段基岩上部有厚0.5～2.5m砂卵砾石分布，砾石成分为灰岩，砾石含量30～50%，结构稍密。通过对该部位进行了取样及室内三轴试验进行复核，相关参数见附表（物理力学试验成果分析汇总表）中的粘土层③。

2.2振冲加固存在的问题及原因分析

根据心墙坝基开挖及人工挖孔桩（坑）揭示的地质情况来看，振冲区下部局部范围分布有灰色、灰黑色冲洪积淤泥质粘土层，含有机质粘土，多可塑状，部分为硬塑状，结构较为紧密，可振性较差。振冲机械功率偏小。施工过程也有下料过快的原因，大致急振电流过快上升，石料扩散不充分。综合以上因素，导致下部的桩径仅为30～60cm，未达到设计要求。

图1　大坝断面结构图（1：500）

3　原设计大坝稳定复核

根据原设计大坝稳定分析计算，上游坝坡的稳定安全系数在正常蓄水位+地震、死水位+地震及正常蓄水位缓降至死水位+地震等工况下不能满足规范要求；下游坝坡的稳定安全系数在设计洪水位+地震、正常蓄水位+地震及死水位+地震等工况下不能满足规范要求，需要进行加固处理。

表1　物理力学试验成果分析汇总表

4　大坝坝坡稳定加固处理方案

为了提高大坝上下游坝坡的稳定性，对大坝进行加固处理。维持原坝坡不变。对上游坝脚采用以风化料为主的压脚处理方案，为了增加压脚加固处理的效果，陷入围堰上游河床地面（高程1849.3m）以下淤泥部分的压脚体采用堆石体填筑，其余部位压脚体采用风化料填筑。上游压脚体顶部高程1854.9m，顶宽44.5m，坡度为1：2.2；结合下游坝趾区实际地形地质条件和稳定复核结果，对下游坝坡采取堆石料压脚的处理方案，压脚体的顶部为高程1859.0m，顶部宽度为10.8m，坡度为1：1.5，采用厚度为40cm的干砌块石护坡。