寧夏南部山區(qū)水庫(kù)工程壩基處理經(jīng)驗(yàn)淺析

【摘 要】本文主要介紹幾種水庫(kù)工程壩基處理的方法，通過(guò)對(duì)新建和除險(xiǎn)加固水庫(kù)工程壩基地質(zhì)成因分析，運(yùn)用比較成熟、先進(jìn)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)，提出切合可行的技術(shù)方案。為壩基處理提供成功范例，供同類工程借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù)；壩基處理；經(jīng)驗(yàn)；寧夏固原

【Abstract】This article describes several methods dam reservoir engineering process， engineering geological genesis of the new dam and reservoir reinforcement analysis， the use of more mature， advanced design， construction technology， in line with a viable technical solution proposed. For the foundation treatment provided a successful example for similar projects and references.

【Key words】Foundation Treatment；Reservoir of experience；Guyuan

固原市位于寧夏回族自治區(qū)南部，全市轄四縣一區(qū)，共62個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個(gè)街道辦事處、30個(gè)居委會(huì)、870個(gè)村委會(huì)，土地面積10583Km2，約占寧夏總面積的15.93%。全市現(xiàn)有水庫(kù)187座，總庫(kù)容8.78億m3，其中大（二）型1座、中型21座、?。ㄒ唬┬?1座、?。ǘ┬退畮?kù)74座。

1. 新建水庫(kù)工程

1.1 預(yù)浸水法在Ⅲ-Ⅳ級(jí)濕陷性黃土壩基處理中的應(yīng)用。

1.1.1 工程概況。

撒臺(tái)水庫(kù)位于屬清水河一級(jí)支流莧麻河流域，水庫(kù)控制面積239Km2，設(shè)計(jì)壩高55.8m，總庫(kù)容1040萬(wàn)m3。地質(zhì)勘探資料顯示，水庫(kù)兩岸Ⅱ級(jí)階地分布有第四系全新統(tǒng)沖積壤土，層厚48～50m，濕陷深度13～18m， 自重濕陷系數(shù)為0.037，總濕陷量1767.5mm，屬Ⅳ自重濕陷性場(chǎng)地。

1.1.2 浸水坑及砂井布置。

水庫(kù)壩基兩岸均做浸水處理，總面積5000m2左右，設(shè)計(jì)浸水坑深0.5m，按25×20m控制，共需浸水坑11個(gè)。砂井設(shè)計(jì)孔徑為150mm，井距3m，呈梅花狀布置，井深為10～15m，成井后，充填碎石，然后注水浸泡，坑內(nèi)水深保持在0.3m以上。

1.1.3 浸水時(shí)間。

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》規(guī)定，設(shè)計(jì)采用兩次浸泡處理，第一次浸泡難以徹底消除黃土濕陷性且時(shí)間長(zhǎng)，第二次浸泡的作用是增加和加固處理濕陷效果，浸水時(shí)間在70～100天，可以消除濕陷量的90%以上。

1.1.4 濕陷觀測(cè)。

濕陷觀測(cè)包括地層濕陷觀測(cè)、地表變形觀測(cè)和耗水量變化觀測(cè)等內(nèi)容。在預(yù)浸水前對(duì)各個(gè)浸水坑先觀測(cè)一次，然后開(kāi)始注水，浸水初期，每日定時(shí)觀測(cè)一次，后期如濕陷量變小，可改為3天觀測(cè)一次。判斷濕陷變形穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》規(guī)定，即最后5天的平均濕陷量小于5mm，可認(rèn)為濕陷觀測(cè)完成。

1.1.5 濕陷評(píng)價(jià)與分析。

經(jīng)過(guò)浸水預(yù)沉處理，地質(zhì)復(fù)勘表明：原Ⅳ級(jí)自重濕陷性已完成消除，上部變?yōu)棰窦?jí)非自重濕陷，經(jīng)過(guò)夯實(shí)處理后可進(jìn)行土壩施工。該水庫(kù)通過(guò)了寧夏自治區(qū)水利廳、發(fā)改委組織的竣工驗(yàn)收。

1.2 擠密法在Ⅰ-Ⅱ級(jí)濕陷性黃土壩基處理中的應(yīng)用。

1.2.1 工程概況。

長(zhǎng)易河水庫(kù)工程屬葫蘆河一級(jí)支流，控制流域面積103Km2，設(shè)計(jì)壩高29.0m，庫(kù)容993萬(wàn)m3，屬?。ㄒ唬┬退畮?kù)；工程樞紐由土壩、輸水建筑物及泄水建筑物組成。地質(zhì)資料表明：壩址區(qū)地層主要巖性有第四系全新統(tǒng)沖洪積壤土，含礫粗砂、角礫 ，第三系中新統(tǒng)含礫的砂質(zhì)泥巖，兩岸的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地為第四系全新統(tǒng)沖積壤土，最大厚度大于15m，濕陷厚度在 10～15m之間，均屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性場(chǎng)地。

1.2.2 擠密孔布置，孔心距計(jì)算。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004規(guī)定，擠密孔的孔位按正三角形布置，孔心距按下式計(jì)算：

壩基兩岸共布置擠密孔924個(gè)，直徑30cm，平均孔深12m，總進(jìn)尺11439 m。

1.2.3 擠密法注意事項(xiàng)。

（1）孔底在填料前必須夯實(shí)。

（2）機(jī)械擠密，在基底下宜設(shè)置0.50m的灰土墊層。

（3）擠密填料為3：7灰土，宜分層回填夯實(shí)。擊實(shí)實(shí)驗(yàn)表明：3：7灰土最優(yōu)含水率為17.5%，最大密度1.57g/cm3，壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.97，填料干密度控制在1.523g/cm3以上。

1.2.4 擠密效果分析。

2011年8月，地勘部門(mén)對(duì)水庫(kù)濕陷性黃土擠密后的壩基進(jìn)行地質(zhì)勘探和檢測(cè)。成果表明：原Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地變?yōu)棰窦?jí)非濕陷性黃土，按《規(guī)范》判斷分析，壩基黃土濕陷性得以消除，擠密法處理取得良好的效果，滿足水庫(kù)建設(shè)需要。該水庫(kù)于2012年6月竣工，并通過(guò)了寧夏自治區(qū)水利廳、發(fā)改委組織的竣工驗(yàn)收。

2. 病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程

2.1 堆載預(yù)壓法在水庫(kù)淤泥面加壩中的應(yīng)用。

2.1.1 工程概況。

雅石溝水庫(kù)位于涇河一級(jí)支流安家川河上游雅石溝上，流域面積44.0 Km2，最大壩高43.1m，總庫(kù)容832.6萬(wàn)m3，淤積深度38.5m，屬?。ㄒ唬┬退畮?kù)。除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容有：（1）壩體在淤泥面加高7.5m，（2）新建泄洪和輸水建筑物。

2.1.2 加固原理。

堆載預(yù)壓法是先在擬建基礎(chǔ)上施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓處理，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長(zhǎng)土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性，在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差，使淤泥地基最終達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。

2.1.3 加載設(shè)計(jì)。

（1）荷載計(jì)算：預(yù)壓荷載根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，采用等載預(yù)壓，即預(yù)壓荷載采用基底壓力，壓實(shí)度按0.98控制，則碾壓后的濕密度為2.01g/cm3，淤泥面以上加壩高度為12.1m，經(jīng)計(jì)算建基面的基底壓力243.2kPa。

（2）加載速率控制：qi=Δpi/ΔTi

式中：qi——第i級(jí)荷載加載速率，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取4～8 KPa/d；

Δpi——第i級(jí)荷載加載增量（kPa）；

ΔTi——第i級(jí)荷載歷時(shí)（d）。

（3）加載分級(jí)：估計(jì)容許施加的荷載pi，一般可按斯開(kāi)普敦極限承載力半經(jīng)驗(yàn)公式確定，對(duì)飽和軟黏土可近似按下式計(jì)算：

pi≈5.52τfi/K

式中：τfi─為天然地基抗剪強(qiáng)度（kPa）；

K─為安全系數(shù)，建議取K =1.3-1.5，這里取K =1.3。

如果第一級(jí)荷載p1尚未達(dá)到預(yù)壓荷載pn，可重復(fù)計(jì)算第二、三……，只有當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載。

2.1.4 堆載預(yù)壓法效果分析。

（1）設(shè)計(jì)加載速率按10KPa/d進(jìn)行控制，加載歷時(shí)10d，荷載增量按100KPa控制，加壩速率為0.49m/d，10天的加壩高度為4.9m；30天后開(kāi)始第二級(jí)加載，加載速率按10KPa/d控制，加載歷時(shí)8d，加荷荷載為180KPa，8天的加壩高度為3.92m；60天后開(kāi)始第三級(jí)加載，加荷荷載為220KPa，加載歷時(shí)4d，4天的加壩高度為1.96m。90天后開(kāi)始第四級(jí)加載，加荷荷載為243.2KPa， 3天的加壩高度為1.32m?？偧訅胃叨葹?2.1m，歷時(shí)93d。

（2）由于采用此法處理軟基在雅石溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固取得了較好的效果，該工程已竣工驗(yàn)收并投入使用，壩體未出現(xiàn)裂縫。

2.2 砂井排水法在水庫(kù)淤泥面加壩中的應(yīng)用。

2.2.1 工程概況。

石峽口水庫(kù)地處清水河一級(jí)支流-西河流域出口處，流域面積為1910Km2，最大壩高75.9米，總庫(kù)容24944萬(wàn)立方米，為中型水庫(kù)。除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容有：（1）壩體在淤泥面加高6.0m；（2）改造泄洪和輸水建筑物。

2.2.2 主要技術(shù)措施。

（1）在加壩淤泥面上布設(shè)孔徑為0.3m、孔距5.0m砂井，內(nèi)填粒徑為3～5cm碎石，孔底距離原壩坡0.5m，不穿透原壩坡，孔深布置在2～12m之間。在沙井頂部鋪筑0.5m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連同，在碎石墊層上進(jìn)行加壩，覆重后，砂井可起到加速淤泥固結(jié)排水的作用，水通過(guò)砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫(kù)內(nèi)。

（2）壩體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：由于加壩后土壩為高壩，壓實(shí)度控制在98%以上，土壤含水率控制在最優(yōu)含水率13.8%的-2%～+3%之間。

2.2.3 砂井排水法效果分析。

土壩加高完成后，經(jīng)過(guò)一年的試運(yùn)行，壩體沒(méi)有出現(xiàn)裂縫和滑坡跡象。該水庫(kù)于2010年6月竣工，并通過(guò)了寧夏自治區(qū)水利廳、發(fā)改委組織的竣工驗(yàn)收。

3. 結(jié)語(yǔ)

寧夏固原市新建、病險(xiǎn)水庫(kù)加固水庫(kù)工程壩基處理技術(shù)運(yùn)用，為寧夏南部山區(qū)水庫(kù)建設(shè)提供了詳實(shí)可供參考的資料，這些方法處理水庫(kù)壩基具有施工簡(jiǎn)單、投資低、效果好的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的指導(dǎo)作用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧淦臣、陳明致等.土壩設(shè)計(jì)[M].水利電力出版社.1978年.

[2] 白永年、吳士寧等. 土石壩加固[M].北京：水利水電出版社.1991年.

[文章編號(hào)]1619-2737（2015）06-20-648

[作者簡(jiǎn)介] 潘春玲（1978.11-），女，學(xué)歷：農(nóng)學(xué)學(xué)士，職稱：高級(jí)工程師，2001年6月畢業(yè)寧夏大學(xué)，長(zhǎng)期從事水利工程設(shè)計(jì)。