千年水庫右壩肩黃土臺地強夯處理設計

任雁彬

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 引言

強夯法處理地基是20世紀60年代末由法國Menard技術公司首先創(chuàng)用的。該方法是將很重的錘從高處自由落下給地基以沖擊力和振動，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。具有效果顯著、設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點，目前適用于加固黏性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。在國內外得到普遍采用。通過強夯法加固處理后，可大幅提高地基土的承載力和抗液化能力，在消除地基土的濕陷性等方面效果顯著。目前強夯法尚未建立起一套成熟的理論和設計計算方法，強夯加固深度無法精確計算，設計上大多以工程經(jīng)驗來確定。為確保地基加固達到工程設計要求，應通過試夯來確定合適的施工工藝參數(shù)以指導施工。以千年水庫右壩肩黃土臺地的強夯處理試驗為基礎，對消除濕陷性黃土的濕陷性進行了研究和分析，并用試夯后的試驗數(shù)據(jù)對其加固效果進行了檢驗。

2 工程概況

千年水庫位于呂梁市離石區(qū)境內的三川河支流小東川河中上游，距離石區(qū)約30 km，是一座以工業(yè)及城市生活供水為主，兼顧防洪、旅游等任務的?。ㄒ唬┬退畮欤畮靿沃芬陨狭饔蛎娣e58.7 km2。大壩壩型為碾壓式均質土壩，最大壩高38.0m，壩頂高程1466.0 m，壩頂寬6.0 m，壩頂長344.2 m，正常蓄水位1 462.4 m，死水位1448.0 m，總庫容608萬m3，年供水量310萬m3。水庫樞紐由攔河大壩、導流泄洪洞、供水工程取水口等組成。

3 右壩肩工程地質情況

右壩肩由低液限黏土層Q3eol和Q2pl土層組成，屬天然壩體。據(jù)豎井及鉆探資料，Q3eol低液限黏（粉）土層厚2～12 m，Q2pl低液限黏（粉）土層厚 0～25 m。

經(jīng)土工分析試驗，在天然狀態(tài)下，Q3eol低液限黏（粉）土含水率為9.3%～17.4%，平均值12.9%；干密度為1.26～1.52 g/cm3，平均值1.35 g/cm3；塑性指數(shù)為8.5～10.7，平均值 9.6；天然壓縮系數(shù) 0.19～0.66 MPa-1，平均值0.34 MPa-1，多為中等壓縮性土；飽和壓縮系數(shù)0.20～1.25 MPa-1，平均值 0.82 MPa-1，多為高壓縮性土；濕陷系數(shù)為0.016～0.088，土層具濕陷性；滲透系數(shù)垂直方向為 2.93×10-5～2.33×10-4cm/s，水平方向為 1.74×10-5～5.15×10-4cm/s；飽和快剪小值平均值：c=2.7 kPa，φ=20.7°；三軸固結不排水剪最小值：c=19.6 kPa，φ=12.6°，c′=35.4 kPa，φ′=16.6°。Q2pl低液限黏（粉）土含水率為9.2%～22.4%，平均值為14.1%；干密度1.40～1.60g/cm3，平均值 1.47g/cm3；塑性指數(shù) 8.9～12.2，平均值10.3；天然壓縮系數(shù) 0.08～0.29 MPa-1，平均值 0.18 MPa-1，多為中等壓縮性土；飽和壓縮系數(shù)0.07～0.61 MPa-1，平均值0.40 MPa-1，多為中等壓縮性土。濕陷系數(shù)0.002～0.022，土層大多無濕陷性（僅有1組樣品有濕陷性）；滲透系數(shù)垂直方向為 2.84×10-6～2.93×10-4cm/s，水平方向為 5.85×10-6～1.33×10-4cm/s；飽和快剪小值平均值：c=5.1 kPa，φ=22.5°；三軸固結不排水剪小值平均值：c=3.9 kPa，φ=14.6°，c′=21.7 kPa，φ′=21.1°。

本工程擬對天然壩體部分的Q3eol土層清除作為筑壩土料，對下部的Q2pl土層進行強夯處理。

4 強夯設計

4.1 強夯設計指標的確定

根據(jù)右壩肩工程地質情況，結合新筑壩體要求及類似工程的施工經(jīng)驗,確定強夯設計指標如下:最高夯擊能時強夯有效加固深度8～10 m；有效加固深度內土體的濕陷系數(shù)小于0.015；有效加固深度內土體的干密度不小于1.58～1.62 g/cm3。

4.2 強夯試驗

4.2.1 試夯區(qū)選取

試夯區(qū)選擇在水庫區(qū)新改道的米五線與壩軸線交匯處附近。選址原則為：能代表該工程全部或大部分區(qū)域土質特征，能為工程強夯施工提供相對準確、可靠的技術參數(shù)。在所選取的試夯區(qū)域內選一塊642.82 m2面積區(qū)域作為試夯施工區(qū)，共布置試夯點18個，其中第一遍夯點12個，第二遍夯點6個，見圖1。

圖1 強夯試驗夯點平面布置圖

4.2.2 試夯參數(shù)

設計初步采用夯擊能為6 000 kN·m，夯擊數(shù)原則上不少于10擊，且以控制最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm為主控指標，采用正三角形布點，夯點間距為6 m。分兩遍夯完主夯點后進行2 000 kN·m滿夯，滿夯縱橫搭接1/4夯印，每點5擊。

4.2.3 試夯設備

試夯施工選用一臺南京產(chǎn)35 t履帶吊，型號QUH35，配套24 m門架，自動脫鉤裝置一套，38.2 t夯錘一個。

4.2.4 試夯施工

試夯按下列步驟進行：第一，在整平的試夯區(qū)上標出夯點位置，并記錄試夯區(qū)高程；第二，夯機就位并打第一遍夯點；第三，推土機填坑平場并測量第一遍主夯后場地夯沉量及第二遍夯點測放；第四，夯機就位打第二遍主夯；第五，推土機填坑平場并測量第二遍主夯后場地夯沉量；第六，夯機就位滿夯；第七，推平場地并測量滿夯后場地夯沉量；第八，整理強夯資料驗收場地。

通過上述試夯施工情況來看場地比較穩(wěn)定，最后夯沉量控制較好，夯擊數(shù)12擊與設計基本吻合，各夯點間沒有側擠現(xiàn)象，夯點布置相對合理。場地總體夯沉量分別為：第一遍26.4 cm；第二遍13.5 cm；滿夯14 cm；三遍夯完后場地總下沉量累計為53.9 cm。

4.3 強夯試驗檢測結果

檢測方法采用人工探井和標準貫入試驗。試夯區(qū)共布設取土探井3個，試夯區(qū)外天然地基布設1個，試夯區(qū)布設2個；布設標準貫入試驗孔2個。

4.3.1 干密度及有效加固深度

根據(jù)檢測結果可知，強夯后兩個探井自終夯面起至其下6.0 m深度范圍內夯，間土干密度介于1.58～1.77 g/cm3之間，平均1.67 g/cm3；從6.0 m開始至其下約10.0 m深度范圍內，各夯間土干密度介于1.38～1.49 g/cm3之間，平均1.43 g/cm3。綜合分析認為，試夯區(qū)地基經(jīng)強夯處理后有效加固深度為6.0 m。

4.3.2 濕陷性消除情況

根據(jù)檢測結果可知，強夯后探井的各夯間土濕陷性系數(shù)、自重濕陷系數(shù)均小于0.015，試夯區(qū)的濕陷性已全部消除。

4.3.3 標準貫入試驗情況

根據(jù)檢測結果可知，強夯后地基土基本均勻，終夯面起至其下6.0 m深度范圍內，夯間土標準貫入試驗擊數(shù)較夯前有大幅度提高，6.0～10.0 m深度范圍內土體的標準貫入試驗擊數(shù)和處理前基本一致。

5 設計參數(shù)的調整

根據(jù)現(xiàn)場強夯檢測的成果，對千年水庫右壩肩黃土臺地強夯設計參數(shù)進行了修改，確定強夯能級6 000 kN·m的有效加固深度由原設計的8～10 m調整為6.5～9 m，其余指標保持不變。

6 結語

千年水庫右壩肩黃土臺地的強夯加固已施工結束，黃土臺地土體的濕陷性全部消除，各項指標均滿足要求，說明采用強夯法在處理具有濕陷性土體的工程措施中具有可行性，其經(jīng)驗值得推廣。