淺析中葛根水庫工程河床覆蓋層壩基強夯處理

劉通杰 甄新娟

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司 新疆 昌吉 831100）

淺析中葛根水庫工程河床覆蓋層壩基強夯處理

劉通杰 甄新娟

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司 新疆 昌吉 831100）

中葛根水庫混凝土面板堆石壩，壩高77.63m，河床壩軸線至至上游圍堰之間覆蓋層厚度一般為11～17.5m，為縮短建設周期，降低工程造價，經(jīng)過全面的研究論證，決定保留河床覆蓋層作為堆石壩體基礎，為了處理好保留區(qū)覆蓋層，滿足大壩基礎要求，經(jīng)驗就決定采用強夯處理措施，以提高壩基的承載力及密實度，強夯點呈梅花形布置，先點夯，后滿夯。為了檢測強夯處理效果，進行了干密度及物探試驗等項目的檢測，結果表明：覆蓋層0～6m范圍內(nèi)加固效果明顯，干密度提高較大，地基承載力明顯提高。

混凝土面板堆石壩；河床覆蓋層；強夯；物理力學指標

1 工程概況

中葛根水庫位于奇臺縣中葛根河出山口處。水庫設計總庫容1364.84×104m3，最大壩高77.63m，地震烈度為Ⅷ度，為中型Ⅲ等工程，是一座以灌溉為主、兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的水利樞紐工程。

2 河床覆蓋層特性

河床壩基寬約20～30m，河床標高1526～1530m，第四系覆蓋層厚11～17.5m，巖性為質(zhì)地均一的砂礫卵石土，表層實測天然密度為2.1～2.26g/cm3，室內(nèi)試驗最大干密度為2.29g/cm3，相對密實度為0.69～0.84。平均為0.76。屬密實狀態(tài)。抽水試驗砂礫卵石覆蓋層的滲透系數(shù)為36.32m/d。

河床第四系地層實測地震壓縮波速隨深度的增加而加大，在0～6m深度范圍內(nèi)，地震剪切波速Vs=300～400m/s，在6～12m深度范圍內(nèi)，Vs〉500m/s，埋深在12m以下壓縮波速一般大于800m/s。在垂直剖面上無顯著的低速異常帶，因而可推斷第四系覆蓋層中無軟弱夾層。且?guī)r土的密實度隨深度的增大而增大。該地層按水工建筑物抗震設計規(guī)范劃分，屬Ⅱ類建筑場地，中硬場地土。根據(jù)表層巖土的天然密度測試以及地震物探提供的動力學參數(shù)，河床第四系覆蓋層可作為壩基使用。

在順河地震地質(zhì)剖面上，地震物探未發(fā)現(xiàn)顯著的深槽，河床基底橫向呈園弧形。由于基底巖性的差異，在壩軸線前約100m，系安山質(zhì)火山角礫與橄欖玄武巖的分界線，由于火山巖的接觸蝕變，加之河水的侵蝕，基底下切變深，第四系礫卵石覆蓋層的埋深最大達20余米。

河床壩基的基底巖體為質(zhì)地均一、堅硬完整的巨厚層塊狀微風化安山質(zhì)火山角礫巖，系良好的壩基巖體，根據(jù)ZK4、ZK2鉆孔壓水試驗表明，透水率〈5lu的界線的埋深為25m，即1505m高程。最大為47.1m，約1481.8m高程，其縱深之所以較大，可能與脆性巖體節(jié)理發(fā)育相對頻度較低，但延伸遠，開口度大的固有特性有關。按壩區(qū)節(jié)構面的組合特征分析推測，壩基無深層不穩(wěn)定的滑動面存在。

3 河床覆蓋層處理辦法

河床覆蓋層厚11～17m，天然濕密度2.24，天然干密度2.18，相對密度0.76.經(jīng)分析確定僅在趾板處挖除覆蓋層，將趾板座在基巖上，其余的壩體可直接座在河床覆蓋層上，在填筑壩體之前，對河床覆蓋層表層1m厚進行清理推平，進行強夯處理，再進行碾壓。

壩基河床沉積物以砂卵石為主，夾含漂石和沙層，其相對密度在0.75～0.8，設計不予挖除，采用強夯處理，強夯施工指導參數(shù)為夯擊能不小于300tm，夯點間距為3.5～4m，平均擊數(shù)為9擊，分三序間隔施工，一序夯點用1.5m左右直徑的沖擊錘施工，夯擊能300t，擊數(shù)為10擊，以提高夯擊壓強，增加強夯加固深度；二序夯點用直徑2m左右平錘施工，夯擊能300t，擊數(shù)8擊；三序滿夯，夯擊能160t。根據(jù)實際地形條件，岸邊坡度較緩，邊排距邊坡的距離控制在4.0m，邊排與坡4.0m范圍采用滿夯。

4 壩基強夯效果檢測分析

河床壩基砂礫層經(jīng)過強夯處理后，經(jīng)現(xiàn)場復核，主要是對處理后的壩基開挖進行現(xiàn)場檢查，不同深度進行相對密度試驗，順河向布置了兩條物探面波剖面。

4.1 試驗檢測分析

處理后的壩基0～6m強夯的效果明顯，6m以下肉眼很難鑒別，本次共取樣65組進行了相對密度試驗。

從試驗成果來看，壩基砂卵礫石經(jīng)強夯處理后表層相對密度可達0.87～0.95。經(jīng)過強夯后的壩基相對密度均大于0.85。

4.2 物探成果分析

（1）壩基左岸剖面

①-60～-40m之間，0～3m橫波在250～300m/s，3～12.5m橫波在320～400m/s，12.5m以下橫波在400～600m/s；

②-40～0m之間，0～4.5m橫波在250～300m/s，4.5～6.5m橫波在250～320m/s，6.5～12m橫波在320～400m/s，12.0m以下橫波在400～500m/s；

③0～80m之間，0～5m橫波在180～250m/s，5～6m橫波在250～320m/s，6～9m橫波在320～400m/s，9～11m橫波在400～500m/s。11～14m橫波在500～600m/s，14m以下橫波在600～950m/s。

（2）壩基右岸剖面

①-60～-40m之間，0～4m橫波在240～340m/s，4～6m橫波在340～390m/s，6～9m橫波在390～490m/s，9～14m橫波在490～700m/s，14m以下橫波在700～1150m/s；

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

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

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

通過物探分析可看出，除左岸極個別段表層橫波速度小于250m/s，其他部位均大于250m/s，場地為中硬場地、密實，表明強夯效果明顯。

5 幾點認識

面板堆石壩河床覆蓋層在堆石區(qū)內(nèi)能否利用，關鍵取決于覆蓋層的結構組成是否滿足滲透穩(wěn)定的條件，覆蓋層的變形模量及密實度是否滿足設計要求。根據(jù)對中葛根水庫工程覆蓋層強夯處理，通過檢測及監(jiān)測資料的分析，得出以下幾點認識：

（1）河床覆蓋層記過了漫長地質(zhì)年代的沉積，經(jīng)過強夯處理來提高覆蓋層的密實度，影響范圍在數(shù)米之內(nèi)。經(jīng)過強夯處理，雖然可在填筑前加快沉降變形，提高地基承載力，但對整個大壩的沉降變形影響較小，強夯的夯實力與大壩堆石體的自重相比微乎其微。

（2）河床覆蓋層經(jīng)過強夯處理，滲透變形有所降低，但由于河床覆蓋層在大壩蓄水后一般都處在侵潤線之下，滲透性對覆蓋層來講要求不會太高，所以覆蓋層經(jīng)過強夯處理對滲透性影響較小。

（3）中葛根面板堆石壩河床覆蓋層主要是砂礫石，根據(jù)對施工期監(jiān)測資料的分析，在其重荷載高壓作用下的流變量較小，變化規(guī)律明顯，這與砂礫石堆石壩的流變變化規(guī)律是一致的。

通過對中葛根水庫工程覆蓋層強夯處理、檢測及監(jiān)測成果分析和以往堆石壩保留覆蓋層的經(jīng)驗，在修筑面板堆石壩時保留河床覆蓋層，對堆石體的沉降變形影響較小，覆蓋層的沉降變形在施工期中基本可以完成。因此對于高面板堆石壩，保留原有覆蓋層作為壩基，在技術上是可行的，也是可靠的。強夯措施雖有一定的作用，但其影響范圍也是有限的。

6 結論

中葛根水庫是一座壩基經(jīng)過強夯處理后，建造在覆蓋層上的混凝土面板堆石壩，建成至今運行狀態(tài)良好，觀測數(shù)據(jù)與設計計算值相近。這表明，只要采取正確的設計思路和工程措施，在河床覆蓋層上建造高混凝土面板堆石壩是可行的。通過對中葛根水庫工程建造高混凝土面板堆石壩的實踐，已取得了許多成功經(jīng)驗，為在河床覆蓋層上筑高混凝土面板壩的進一步發(fā)展做了有益的探索，也為其他類似工程的建設提供借鑒作用。

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2015-8-12