萬(wàn)家寨引黃北干耿莊水庫(kù)壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)分析

張小利

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

萬(wàn)家寨引黃北干耿莊水庫(kù)是北干線(xiàn)向朔州市供水線(xiàn)路末端的調(diào)節(jié)水庫(kù)，位于朔州市朔城區(qū)陡溝村南、秋寺院村東，由于壩基土具有濕陷性，壩基設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法處理，強(qiáng)夯的設(shè)計(jì)單擊能不小于3 000 kN.m，強(qiáng)夯范圍面積為198 894 m2。為了獲得理想的施工參數(shù)，選取合理的機(jī)械配備和質(zhì)量控制方案，在強(qiáng)夯施工前制定了詳細(xì)的試驗(yàn)方案，通過(guò)試驗(yàn)取得了理想的施工參數(shù)，在指導(dǎo)強(qiáng)夯施工中取得了良好的效果。本文從強(qiáng)夯試驗(yàn)?zāi)康摹?qiáng)夯試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目及主要工序安排、強(qiáng)夯試驗(yàn)施工工藝、強(qiáng)夯試驗(yàn)效果檢查等方面對(duì)本試驗(yàn)方案進(jìn)行闡述。

1 強(qiáng)夯試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯后的加固效果為：有效加固深度6 m，在有效加固深度內(nèi)壩基土全部消除濕陷性，即土的濕陷系數(shù)小于0.015，壩基土總濕陷量不大于100 mm。為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，在擬定強(qiáng)夯設(shè)備的前提下，通過(guò)強(qiáng)夯試驗(yàn)達(dá)到如下目的：確定夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距、夯擊遍數(shù)、沉降量等相關(guān)參數(shù)，選取合理的機(jī)械配備和質(zhì)量控制方案。

2 強(qiáng)夯試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)場(chǎng)地布置及區(qū)域劃分

試驗(yàn)場(chǎng)地布置考慮的主要因素有：強(qiáng)夯試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)平坦、整齊；根據(jù)工程實(shí)際情況選擇具有代表性的場(chǎng)地；在《山西省萬(wàn)家寨引黃入晉工程北干線(xiàn)耿莊水庫(kù)土建工程總施工進(jìn)度計(jì)劃（調(diào)整）橫道圖》中計(jì)劃2009年8月底前強(qiáng)夯處理要達(dá)到6萬(wàn)m2，具體范圍為南壩段800 m壩基；根據(jù)《耿莊水庫(kù)場(chǎng)地濕陷類(lèi)型、地基濕陷等級(jí)分區(qū)圖》中南壩段800 m范圍內(nèi)共有非自重一級(jí)（輕微）濕陷性場(chǎng)地、自重二級(jí)（中等）濕陷性場(chǎng)地、非自重二級(jí)（中等）濕陷性場(chǎng)地、非濕陷區(qū)等四種分區(qū)。

綜合考慮以上4方面原因，本次強(qiáng)夯試驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)劃為沿南壩段800 m壩基范圍內(nèi)從東到西共布置三個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，三個(gè)試驗(yàn)區(qū)域?qū)挾染鶠?2 m，長(zhǎng)度均為50 m,每個(gè)區(qū)域面積均為3 600 m2。

2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)要求，結(jié)合試驗(yàn)擬采用的主要機(jī)械設(shè)備及試驗(yàn)儀器見(jiàn)表1。

表1 強(qiáng)夯試驗(yàn)主要機(jī)械及試驗(yàn)儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)初擬強(qiáng)夯參數(shù)為：?jiǎn)吸c(diǎn)夯擊次數(shù)為11～15擊，夯點(diǎn)布設(shè)為梅花型布置，夯擊能按3 000 kN.m、4 000 kN.m兩種能擊布置，間排距按三種規(guī)格布置，分別為6 m、5 m、6.5 m，滿(mǎn)夯時(shí)錘印搭接1/4。具體方案設(shè)計(jì)布置分為以下三種：

方案一：采用隔點(diǎn)跳打法分2遍進(jìn)行，每遍夯擊次數(shù)11～15擊，單擊能3 000 kN.m，間排距6 m，滿(mǎn)夯2遍，1/4夯印搭接。

方案二：采用隔點(diǎn)跳打法分2遍進(jìn)行，每遍夯擊次數(shù)11～15擊，單擊能3 000 kN.m，間排距5 m，滿(mǎn)夯2遍，1/4夯印搭接。

方案三：采用隔點(diǎn)跳打法分2遍進(jìn)行，每遍夯擊次數(shù)11～15擊，單擊能4 000 kN.m，間排距6.5 m，滿(mǎn)夯2遍，1/4夯印搭接。

3 強(qiáng)夯試驗(yàn)施工方法

按照合同文件及規(guī)范要求進(jìn)行基面清表處理，經(jīng)自檢、監(jiān)理工程師檢查合格后方可進(jìn)行試驗(yàn)段施工。施工工藝以方案二為例進(jìn)行說(shuō)明，方案一和方案三根據(jù)具體情況將夯擊能、夯距進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整進(jìn)行。

3.1 施工工藝

（1）試驗(yàn)段強(qiáng)夯施工機(jī)械采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，主夯采用錘重20 t，落距15 m，夯擊能量為3 000 kN.m；副夯采用錘重20 t，落距15 m，夯擊能量為3 000 kN.m；滿(mǎn)夯采用錘重20 t，落距7.5 m，夯擊能量為1500 kN.m。夯錘底面積5 m2，并設(shè)通氣孔?，F(xiàn)場(chǎng)夯錘重量不符時(shí)，需按實(shí)際錘重和底面積計(jì)算落距，確保達(dá)到設(shè)計(jì)夯擊能量。

（2）用灰線(xiàn)撒出強(qiáng)夯范圍，然后標(biāo)出夯點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并測(cè)量地面高程，夯點(diǎn)布設(shè)為梅花型布置，間排距按三種規(guī)格布置，分別為6 m、5 m、6.5 m，滿(mǎn)夯時(shí)錘印搭接1/4，詳見(jiàn)圖1壩基強(qiáng)夯處理夯點(diǎn)布置示意圖。

（3）在處理大致平整的地表處，按土質(zhì)分段取樣作標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)、土的液塑限、顆粒分析、天然含水量試驗(yàn)。

（4）起重機(jī)就位，使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置。

（5）測(cè)量夯前錘頂高程。

（6）將夯錘吊起到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，測(cè)量錘頂高度，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，及時(shí)將坑底整平。夯擊時(shí)落錘應(yīng)保持平穩(wěn)，夯位正確。

（7）重復(fù)步驟（6），按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊。單點(diǎn)夯擊次數(shù)一般按最后兩擊沉降量平均值不大于5 cm控制。

圖1 壩基強(qiáng)夯處理夯點(diǎn)布置示意圖（單位：m）

（8）重復(fù)（4）～（7），完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

（9）主夯完成后，用推土機(jī)將夯坑整平，測(cè)量夯后的地面高程。

（10）重新放線(xiàn)定位，按主夯的施工步驟（4）～（9）進(jìn)行第二遍（副夯）的夯擊施工，副夯能量為3 000 kN.m。

（11）副夯完成后，用推土機(jī)將夯坑填平，進(jìn)行最后一遍滿(mǎn)夯，滿(mǎn)夯能量為1 500 kN.m，夯后測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高。

強(qiáng)夯施工必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制，以各個(gè)夯擊點(diǎn)的夯擊數(shù)作為施工控制數(shù)值，夯擊深度應(yīng)用水準(zhǔn)儀測(cè)量控制。

3.2 強(qiáng)夯施工監(jiān)測(cè)工作

強(qiáng)夯施工過(guò)程中應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)工作，施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)及施工情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，主要負(fù)責(zé)以下內(nèi)容記錄。

（1）開(kāi)夯前檢查錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求。

（2）在每遍夯擊前，應(yīng)對(duì)夯點(diǎn)放線(xiàn)進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正。

（3）按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。

3.3 強(qiáng)夯施工注意事項(xiàng)

（1）強(qiáng)夯施工前，應(yīng)查明場(chǎng)地范圍內(nèi)的地下構(gòu)造物和各種地下管線(xiàn)（尤其是通訊電纜）的位置及標(biāo)高，并采取必要的措施，以免因強(qiáng)夯施工而造成損壞。

（2）強(qiáng)夯過(guò)程中，當(dāng)發(fā)生隆起大于夯沉量現(xiàn)象時(shí)立即停止施工，研究處理方案。

4 強(qiáng)夯試驗(yàn)效果檢查

4.1 基本要求

（1）強(qiáng)夯過(guò)程中，技術(shù)負(fù)責(zé)人始終在現(xiàn)場(chǎng)指揮，監(jiān)理進(jìn)行旁站指導(dǎo)。

（2）強(qiáng)夯試驗(yàn)完成后，依據(jù)試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確定強(qiáng)夯各項(xiàng)施工參數(shù)和強(qiáng)夯施工方案，報(bào)監(jiān)理工程師審批。

（3）強(qiáng)夯過(guò)程中當(dāng)發(fā)生隆起大于夯沉量現(xiàn)象時(shí)立即停止施工，研究處理方案。

（4）強(qiáng)夯過(guò)程中視降雨情況作好排水工作。

4.2 施工質(zhì)量要求

（1）高程、坐標(biāo)控制點(diǎn)引到不受強(qiáng)夯影響便于測(cè)量使用的地方，穩(wěn)定牢固。

（2）施工放線(xiàn)誤差不大于2 cm，強(qiáng)夯點(diǎn)位偏差應(yīng)小于5 cm。

（3）坑底面積傾角不大于30O。

（4）滿(mǎn)夯能級(jí)應(yīng)為點(diǎn)夯的1/2，即1 500 kN.m，夯印搭接為夯錘底面積的1/4。

（5）凍土深度小于0.5 m時(shí)，將凍塊擊碎再夯，凍土厚度大于0.5 m時(shí)不能施工。

（6）夯前夯后進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果指導(dǎo)下一步施工。

（7）試驗(yàn)過(guò)程中做好測(cè)量工作，并做好強(qiáng)夯施工原始記錄，以免重夯或漏夯。

4.3外觀(guān)鑒定

強(qiáng)夯后的表面應(yīng)達(dá)到密實(shí)平坦，局部過(guò)大沉降應(yīng)有專(zhuān)門(mén)記錄。

4.4檢查項(xiàng)目及試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的原位測(cè)試，采取原狀土樣作室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定干密度、濕陷系數(shù)、含水量等有關(guān)數(shù)據(jù)，具體要求為：夯前在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)挖12 m深的探坑，每隔1 m取1個(gè)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，夯后在同區(qū)附近再挖12 m深的探坑，每隔1 m取1個(gè)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，與夯前測(cè)試數(shù)據(jù)作對(duì)比分析，看強(qiáng)夯加固效果是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，以確定最合理的施工參數(shù)。若不滿(mǎn)足，則重新修訂試驗(yàn)參數(shù)再次進(jìn)行試驗(yàn)并最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)以上檢測(cè)項(xiàng)目要求，試驗(yàn)完成后及時(shí)采取土樣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)效果分析，具體試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 壩基土濕陷系數(shù)及總濕陷量試驗(yàn)前后對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)成果比較分析，方案三在有效加固深度1～6 m內(nèi)濕陷系數(shù)均小于0.015，壩基土總濕陷量為76 mm＜100 mm符合設(shè)計(jì)要求，而方案一和方案二在有效加固深度內(nèi)土體濕陷系數(shù)和壩基土總濕陷量均不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。以上試驗(yàn)方案都是在最經(jīng)濟(jì)的條件下?lián)駜?yōu)選擇的。在引黃北干耿莊水庫(kù)壩基加固處理中采用方案三壩基強(qiáng)夯處理的分部工程驗(yàn)收均取得優(yōu)良分部工程，在指導(dǎo)后續(xù)的強(qiáng)夯施工中取得了良好的效果，對(duì)類(lèi)似工程有較好的借鑒意義。