大壩沖水庫擴(kuò)建工程

摘要：為了提高大壩沖老壩上游壩腳的湖積層和沖洪積層承載力及內(nèi)摩擦角，保證壩基的穩(wěn)定，對壩基范圍內(nèi)的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁處理。通過振沖處理后的動力觸探試驗，靜載荷試驗，樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和土工試驗，來檢驗復(fù)合地基物理力學(xué)指標(biāo)是建壩壩基要求。

關(guān)鍵詞：大壩沖水庫；擴(kuò)建工程；振沖碎石樁地基處理

一、水庫基本情況

大壩沖水庫位于陸良縣板橋鎮(zhèn)東北部，現(xiàn)狀是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主的?。?）型水庫，總庫容436萬m3，興建于1957年4月，1958年3月竣工，本次將大壩沖水庫擴(kuò)建為中型水庫，水庫總庫容2028萬m3，工程建設(shè)任務(wù)為農(nóng)村人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉供水。水庫設(shè)計灌溉面積1.6萬畝，將解決4.14萬人飲水困難問題，并對下游河道及兩岸村莊、農(nóng)田起到一定的保護(hù)作用。

該工程主要由樞紐工程和引水工程兩部分組成。

樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、輸水隧洞等，大壩壩型為粘土斜心墻風(fēng)化料壩，壩頂高程1883.0m，最大壩高49m，壩頂寬6.0m，壩頂長485m；泄輸水建筑物均位于左岸，輸水隧洞總長382.56m、溢洪道總長359.30m、導(dǎo)流洞總長322.46m。

引水工程包括馬家河引水壩和引水隧洞等，引水壩壩頂高程1886.5m，最大壩高12.5m，壩長82m；引水隧洞全長738.10m，設(shè)計流量6.5m3/s。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）》規(guī)定，大壩沖水庫屬Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。

大壩沖水庫擴(kuò)建工程于2011年12月29日，云南省發(fā)改委以云發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2011]2876號文批復(fù)了《云南省發(fā)展和改革委員會關(guān)于陸良縣大壩沖水庫擴(kuò)建工程可行性研究報告的批復(fù)》 批準(zhǔn)列項。2012年5月25日，云南省水利廳以云水技審[2012]79號文批復(fù)了《云南省水利廳關(guān)于陸良縣大壩沖水庫擴(kuò)建工程初設(shè)報告的批復(fù)》。

二、地基基本情況

根據(jù)河床鉆孔資料和測量資料，老壩上游泥沙淤積高程為1849.3m左右，河床基巖面以上的覆蓋物主要有：湖積層和沖洪積層。

1、湖積層：水庫淤積產(chǎn)物，厚4～6m。根據(jù)其松軟狀態(tài)分為兩層：第一層為淤泥及淤泥質(zhì)粘土，呈流-軟塑狀，天然干密度為1.10～1.25g/cm3，c值為0～10KPa，φ值為1°～4°，遍布于庫底表層，厚0.9～1.1m；第二層為含砂淤泥質(zhì)粘土夾砂礫石透鏡體，3～5m，呈可塑狀，天然干密度為1.17～1.2g/cm3，c值為23.4～23.6KPa，φ值為14.8°～15.2°。

2、沖洪積層：為含礫砂質(zhì)粘土、粉細(xì)砂質(zhì)粘土及粉細(xì)砂夾砂礫石組成，厚1.8～2.6m。天然干密度為1.22～1.4g/cm3，c值為10.3～24.1KPa，φ值為17.1°～17.8°。

三、地基處理方案

為了消除淤泥對擴(kuò)建壩體穩(wěn)定的影響，對壩基范圍以內(nèi)的淤泥進(jìn)行徹底清除，決定采取清挖方案或振沖加固方案進(jìn)行比較。

根據(jù)大壩沖水庫清淤范圍和淤積厚度為減少清淤范圍面積，圍堰布置盡量靠近上游壩腳，采用壩肩開挖風(fēng)化料沿圍堰軸線進(jìn)行填筑，形成上游圍堰后，先利用老暗涵把基坑內(nèi)的積水盡量排走，剩余積水在庫岸清挖形成集水井，然后在淤泥表面清理出縱橫交錯的排水溝，匯集到集水井采用大流量水泵抽排至上游圍堰，以減少淤泥中的含水量。清淤時，表層軟塑狀淤泥采用泥漿泵抽排至上游圍堰以上的庫區(qū)內(nèi)，表層以下的可塑狀和硬塑狀淤泥采用挖掘機和裝載機結(jié)合自卸汽車裝運至棄渣場堆放。

清挖處理能徹底消除淤泥對擴(kuò)建壩體的不利影響，但考慮到淤積面積較大，淤積厚度較厚，實際施工難度較大。在表面的軟塑狀清除之后，對其余部分湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁加固處理。淤泥振沖處理后可以作為大壩基礎(chǔ)，其物理力學(xué)指標(biāo)可滿足設(shè)計要求。根據(jù)選用的振沖設(shè)備結(jié)合本工程地質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)，振沖碎石樁的設(shè)計平均直徑為1.0m，樁距為1.5m，排距為1.3m，采用梅花型布置。

綜上所述，老壩上游壩腳附近的湖積層和沖洪積層采用清挖和振沖加固處理都是可行的，方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析主要從兩方案的工程量增減引起的投資變化、施工難易程度及對大壩施工進(jìn)度的影響等幾個方面進(jìn)行比較分析。兩種方案的投資估算成果分別見表。

淤泥處理方案投資比較表

編號項目單位單價（元）工程量投資（萬元）

一振沖方案 1045.70

振沖碎石樁m237.17440911045.70

二清淤方案 982.43

1淤泥清挖m317.235420393.39

2土方開挖m319.413458167.12

3石方開挖m342.3651871219.73

4風(fēng)化壩殼料填筑m356.0699551558.08

5石渣回填m38.625116344.10

合計振沖方案投資-清淤方案投資63.27

經(jīng)過對兩個處理方案的經(jīng)濟(jì)分析比較，振沖加固方案較清淤方案投資多63.27萬元?？紤]到清淤方案施工難度大，根據(jù)壩址區(qū)的實際地質(zhì)情況，壩址附近沒有淤泥晾曬的場地，從而導(dǎo)致淤泥運輸困難，盡管振沖加固方案投資稍多于清淤方案，但可以減少土石方開挖8.65萬m3，淤泥清挖5.4萬m3，壩殼料填筑10.0萬m3，由于本工程施工度汛的施工強度較大，減少上述工程量對緩解工程施工度汛壓力較為有利，減少棄渣也符合國家的環(huán)保政策要求。因此，本工程選定振沖加固方案作為上游壩腳淤泥的最佳處理方案。

為了提高老壩上游壩腳的湖積層和沖洪積層承載力及內(nèi)摩擦角，保證壩基的穩(wěn)定，對壩基范圍內(nèi)的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁處理。在清除軟狀湖積層（位于1848.2m高程以上）后，對1848.2m高程以下的湖積層和沖洪積層作振沖碎石樁加固處理。振沖處理的復(fù)合地基后可以作為大壩基礎(chǔ)，其物理力學(xué)指標(biāo)可滿足設(shè)計要求。

四、振沖碎石樁設(shè)計

結(jié)合本工程的實際情況，選用的振沖器不小于75kW，加密電流150A以內(nèi)。本工程采用等邊三角形梅花型布樁，根據(jù)選定的施工設(shè)備及地基力學(xué)指標(biāo)確定碎石樁的平均直徑為1.0m，碎石樁間距1.50m，排距為1.3m。

1、地基加固范圍及深度

（1）加固處理的長度為153.0m～226.5m，寬度為52.0m（41排樁），總計處理地基面積為10003.5m3。振沖樁長度46094.76 m。

（2）設(shè)計樁長為1.2m～12.6m。

2、振沖碎石樁處理中設(shè)計總體要求

（1）單位填料量大于1.1m3/m。

（2）填料石料粒徑為2～10cm，d<5mm含量不大于5%，超徑顆粒含量不大于3%，遜徑顆粒含量不大于5%，壓碎指標(biāo)不大于10%，堅固性不大于5%，含泥量不大于5%。

（3）樁身密實度要求重（Ⅱ）觸探檢驗不小于7～10擊，平均擊數(shù)不小于10.0擊，最小擊數(shù)應(yīng)大于7.0擊。

（4）加固后的復(fù)合地基置換率的確定，施工階段根據(jù)實驗情況確定振沖置換率必須達(dá)到40%以上。

（5）湖積層C≥16kPa，φ≥10°；沖洪積層C≥10kPa，φ≥12°；加固后的復(fù)合地基指標(biāo)：C≥3kPa，φ≥24°。

（6）復(fù)合地基承載力≥300kPa，干密度≥16.0kN/m3，樁間土承載力≥150kPa，復(fù)合地基變形模量 ≥20MPa。

3、碎石樁試驗

壩基振沖加固的效果直接關(guān)系大壩的合理設(shè)計和經(jīng)濟(jì)安全問題，因此振沖碎石樁試驗研究非常必要。

（1）試驗?zāi)康?/p>

a、主要檢驗振沖法處理地層的處理效果，取得合理的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值及壓縮模量。

b、選定施工機械（振沖器功率及其相匹配的輔助機具）、施工工藝。確定施工參數(shù)（空載電流、密實電流、留振時間、水沖壓力、填料量、填料粒徑級配，為工程施工和施工檢驗創(chuàng)造條件以及地基處理的效果創(chuàng)造條件。

c、選定經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計參數(shù)，樁間距、樁排距及樁長度的布置形式，置換率等，選取切實可行的施工工藝方法和技術(shù)參數(shù)。

（2）試驗方案

振沖試驗碎石樁孔距為1.5m，排距為1.3m。形成2個區(qū)域，每個區(qū)域114孔，共計228孔。碎石振沖試驗經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理批準(zhǔn)同意，現(xiàn)場施工平臺開挖形成，滿足施工條件，組織3套施工試驗設(shè)備。試驗人員由建設(shè)、施工、設(shè)計、監(jiān)理、質(zhì)檢等組成。

對每個試驗區(qū)內(nèi)委托方選定的實驗點分別進(jìn)行以下試驗：

a、樁體：進(jìn)行重型動力觸探試驗。

b、樁間土：對樁間土進(jìn)行鉆孔取樣，測試試驗樁深度范圍內(nèi)樁間各土層加固前后的物理力學(xué)指標(biāo)；對樁間土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。

（3）基礎(chǔ)振沖加固效果檢測要求

a、振沖孔完成后進(jìn)行了靜荷載試驗，在2個試區(qū)內(nèi)共進(jìn)行單樁6個點（每一區(qū)3點），樁間土6個點（每一區(qū)3點），單樁復(fù)合地基載荷試驗6點（每一區(qū)3點），2個試區(qū)內(nèi)共進(jìn)行2組多樁復(fù)合地基載荷試驗（每一區(qū)各抽取一組測試2個相鄰的2樁），要求復(fù)合地基承載力≥設(shè)計值300kPa。

b、復(fù)合地基變形模量≥ 20MPa。

c、單樁地基承載力≥設(shè)計值550kPa，樁間土地基承載力≥設(shè)計值150kPa。

d、單樁復(fù)合地基承載力≥設(shè)計值400kPa。

（4）振沖碎石樁載荷試驗提交成果

為保證振沖碎石樁的施工質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，振沖施工結(jié)束90天后進(jìn)行成樁檢驗，采用自檢方式對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。

1）試驗內(nèi)容

a、碎石：進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)檢測。

b、碎石樁：采用動力觸探試驗對照相關(guān)規(guī)范確定單樁的密實度。

c、樁間土：采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗對照相關(guān)規(guī)范確定樁間土的密實度，鉆芯取樣做抗剪強度確定樁間土的黏聚力和內(nèi)摩擦角。

2）試驗方法

本次采用鉆探和原位測試，并結(jié)合野外工程地質(zhì)土樣試驗分析及地面踏勘調(diào)研等手段，對場地工程中的碎石樁和樁間土質(zhì)量進(jìn)行綜合分析評價。

a、鉆探工程：XY—1A型油壓給進(jìn)回旋巖芯取樣鉆機，孔徑130—91mm，施工過程中采用非連續(xù)取芯鉆進(jìn)，土層中采用無泵鉆進(jìn)。嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺。鉆探記錄真實及時，并按鉆進(jìn)回次逐段填寫。

b、樁間土土樣（原狀）：為提供地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，采用薄壁敞口取土器用壓入法或錘擊法從鉆孔中采取原狀土樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗。樣品及時封存送檢，質(zhì)量等級達(dá)到Ⅱ級試樣的要求。

c、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：為綜合判定壩基土的力學(xué)性質(zhì)和壩基土的均勻性，按《冶金工業(yè)巖土勘察原位測試規(guī)范》（GB/T50480—2008）中第6章規(guī)定進(jìn)行試驗。

d、重（Ⅱ）動力觸探試驗：采用錘重63.5±0.5kg，落距76±2cm，圓錐探頭，錐角60°，錐底直徑7.4cm，面積43cm2貫入指標(biāo)：貫入10cm的錘擊數(shù)N63.5，觸探深度自地表向下分段貫入，按《冶金工業(yè)巖土勘察原位測試規(guī)范》（GB/T50480—2008）中第7章規(guī)定進(jìn)行試驗。

e、土工試驗：為提供地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，從鉆孔中采取原狀土樣進(jìn)行物理、力學(xué)性質(zhì)試驗，按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（SL237—1999）規(guī)定執(zhí)行。

3）試驗成果

碎石樁和樁間土恢復(fù)齡期均超過90天，經(jīng)大壩基礎(chǔ)開挖后，振沖區(qū)域內(nèi)排水，存在固結(jié)效果，土體物理力學(xué)指標(biāo)得到改善，提升了自身的剪切強度，從而達(dá)到強度要求。

a、對振沖碎石取樣4組，其各項檢測指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計要求，質(zhì)量合格。

b、對碎石樁進(jìn)行動力觸探密實度的檢測，共抽檢41根樁，全部為密實樁，統(tǒng)計分析評價為碎石樁的振沖密實度滿足設(shè)計要求，質(zhì)量合格。

c、對樁間土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入密實度的檢測，共抽檢11根樁，統(tǒng)計分析評價為樁間土的密實度滿足設(shè)計要求，質(zhì)量合格。抽檢原狀樣19組，其抗剪強度指標(biāo)統(tǒng)計分析滿足設(shè)計要求，質(zhì)量合格。

綜上所述，該工程地基處理達(dá)到了設(shè)計要求，符合大壩填筑所需的地基條件。

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