黃仁水庫震動液化評價與抗震加固設計

何 洋，尹 剛

（山東天源水務集團有限公司，山東 菏澤 274000）

黃仁水庫位于山東省蒙陰縣垛莊鎮(zhèn)西山角村南，系淮河流域沂河水系蒙河支流黃仁河上的一座中型水庫。水庫始建于20世紀70年代，受當時工程技術條件的限制，水庫自建成后經歷了多次維修，但并沒有從根本上解決危及水庫安全的隱患。目前，水庫仍然存在防洪標準低、工程質量差等問題，嚴重制約著工程效益的發(fā)揮，并威脅下游人民群眾的生命財產安全，亟待進行整治。經調查發(fā)現(xiàn)，壩址區(qū)相應地震設防烈度為7度，并且在地震設防烈度7度情況下，上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)低于規(guī)范值；上游砂殼和壩基砂層相對密度分別為0.46和0.35，存在液化可能。

1 震動液化評價

對壩殼砂、壩基砂土震動液化進行評價：

1.1 地震液化的初判

1）水庫在正常運行狀態(tài)時，壩體上游的砂殼、壩基砂層處于飽和狀態(tài)，其黏粒含量約在1.4%～8.5%范圍內，小于液化評價標準16%，因此初判為可能液化土。

2）由于壩體下游砂殼處于非飽和狀態(tài)，不具備發(fā)生液化的基本條件，可直接判為不液化。

1.2 地震液化的復判

上游砂殼的成份主要為碎石土，但內部組合并不均勻，砂殼上部以塊石居多，因此對局部風化造成的礫質粗砂進行地震液化判定只采用標準貫入錘擊法。砂殼下部以礫質粗砂為主，壩基砂層地震液化判別采用標準貫入錘擊法和相對密度法相結合的方法。

1）壩前砂殼地震液化復判。標準貫入錘擊法判別公式為：

當標準貫入試驗貫入點深度和地下水位在試驗地面以下的深度，不同于工程正常運用時，實測標準貫入錘擊數(shù)應按下式進行校正，并應以校正后的標準貫入錘擊數(shù)N63.5作為復判依據(jù)。

其中：N′63.5為實測標準貫入錘擊數(shù)；Ncr，N0分別為液化判別標準貫入擊數(shù)臨界值和基準值；ds為工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度，m；dw為工程正常運用時，地下水位在當時地面以下的深度，m；當?shù)孛嫜蜎]于水面時，dw取 0；d′s和 d′w為標準貫入試驗時各對應的深度值；ρc為土的黏粒含量重量百分率，當小于3%或為砂土時,應采用3%。

對水庫進行勘察時庫水位為164.52 m，接近興利水位164.93 m，因此取 N63.5=N′63.5；土工試驗得出壩前砂殼、壩基砂層的黏粒含量均不超過3%，故ρc取值為3%，運用上述公式計算得到壩前砂殼液化判別成果，如表1所示。分析表1可知，上游砂殼的礫質粗砂存在液化的可能。

表1 壩前砂殼液化判別成果表

2）壩基砂層地震液化復判。采用標準貫入錘擊法判別壩基砂層地震液化與否結果如表2所示，由表2知，壩基的礫質粗砂存在液化的可能。

表2 壩基砂層液化判別成果表

相對密度法評判標準為：在地震動峰值加速度0.10 g條件下，如果飽和無黏性土的相對密度不超過0.70，則可判為可能液化土。經現(xiàn)場取樣試驗，壩前礫質粗砂相對密度平均值為0.46，判為可能液化土；現(xiàn)狀河床壩基砂層相對密度平均值為0.35，仍小于液化臨界相對密度值0.70，壩基砂層判為可能液化土。綜合分析，認為在地震動峰值加速度0.10 g（相應地震基本烈度7度）條件下，壩基砂、上游砂殼砂存在液化的可能，建議采取相應的工程處理措施，進行抗震加固。

2 壩前坡抗震加固設計

2.1 大壩抗震加固范圍確定

上游砂殼在較大深度范圍內處于飽和狀態(tài)，屬于液化料，在地震情況下存在液化可能。參考相關資料、動力反應分析計算成果以及大壩測量斷面分析，確定本工程上游砂殼加固范圍在大壩樁號0+050～0+470段，壩前高程157.5 m以上部分砂殼采用機械翻壓；對0+245+0+460段壩前拋石壓重，增加液化砂料的上覆壓力,高程157.5 m以下進行抗震加固處理。

2.2 大壩抗震加固方案

為保證工程質量與加固效果，大壩抗震加固方案采用上部翻壓與下部振沖相結合方案。

1）上部翻壓方案。對高程157.5 m以上砂殼翻壓、補土，壩坡補土、翻壓采用履帶拖平機結合振動碾壓實，翻壓厚度垂直壩坡面在高程157.5 m處為5 m，壩頂處為2.5 m，開挖坡比 1∶2；鋪筑施工中，每層土的厚度不超過0.6 m，碾壓遍數(shù)控制在3～5遍，具體施工參數(shù)應在開工前通過現(xiàn)場試驗得到，保證壓實后砂殼相對密度大于0.75。

原上游護坡石、防浪墻、下游排水體及大壩裹頭處砌石拆除后，全部運至大壩上游0+245～0+460段水下拋石壓重，上游壩腳拋石壓重平臺頂高程為158.5 m，平臺頂寬21.0 m，外邊坡1∶1.5，拋石壓重平臺施工前應對壩坡及壩腳壓重平臺范圍內淤泥用淤泥泵進行清除，使壓重體直接座落在壩坡及原始河床上。

2）下部振沖方案。振沖加固地基具有操作方便、施工快的特點，并且容易對壩基加固質量進行控制。通過振沖可以實現(xiàn)對原有砂殼顆粒的重新排列，減少顆粒之間的孔隙，達到提高砂殼相對密實度、抗剪強度和抗液化能力的目的。工程設計振沖方案為在拋石壓重時人工砌堆石壩（內坡比控制在 1∶1，頂寬為 2～9 m），砌石壩與壩坡間回填其他工程施工中所開挖的砂石料，回填至157.50 m高程；在填筑碎石料區(qū)與翻壓區(qū)高程157.50 m以上形成寬15～26 m的振沖施工區(qū)，振沖加固范圍0+245～0+460。高程157.50 m以下為振沖施工區(qū)域，利用振沖器從外圍樁逐步向內施工；在振沖施工區(qū)開鉆孔，并向孔內分批填入碎石等堅硬材料，制成孔形樁體，提高壩坡、壩基的抗液化能力。

3 結語

受建庫時經濟或技術的限制，許多水庫在后期運行中不斷出現(xiàn)壩體滲漏、地震液化等安全隱患，因此需要有針對性地對水庫部位進行除險加固施工，黃仁水庫壩殼砂、壩基砂土經震動液化評價為可能液化，工程依據(jù)震動液化評價結果對大壩的抗震加固施工方案進行指導，效果良好。