水庫大壩加固施工中強夯技術(shù)的應(yīng)用研究

閆先歌

【摘要】水庫大壩加固施工階段，強夯技術(shù)屬于非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)加固技術(shù)之一，施工技術(shù)水平也對水庫大壩加固施工質(zhì)量產(chǎn)生十分重要的影響和作用。通過對強夯技術(shù)的科學(xué)有效應(yīng)用，確保加固施工操作安全高效的同時，可以使加固施工質(zhì)量和效率得到全面提高。所以，水庫大壩加固施工期間，需基于工程建設(shè)的具體標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)應(yīng)用強夯技術(shù)，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為確保加固施工可以安全順利開展，務(wù)必重視對強夯技術(shù)應(yīng)用原理做出充分了解掌握，強化施工質(zhì)量控制，使水庫大壩加固施工的整體效率可以得到有效提高，以此推動水利工程事業(yè)的穩(wěn)定良好發(fā)展。本文對強夯技術(shù)在水庫大壩加固施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為相關(guān)的研究提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】水利工程;水庫大壩;強夯技術(shù);加固施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

隨著科學(xué)技術(shù)水平的穩(wěn)步提升，為水庫工程建設(shè)發(fā)展提供非常關(guān)鍵的技術(shù)支撐。特別是水庫大壩加固施工期間，通過對強夯技術(shù)的科學(xué)有效應(yīng)用，使水庫大壩加固施工效率和質(zhì)量得到全面有效提升，對水庫大壩使用年限具有非常重要的影響和意義。所以，水庫大壩加固施工期間，為確保加固施工可以安全順利開展，務(wù)必重視對強夯技術(shù)應(yīng)用原理做出充分了解掌握，強化施工質(zhì)量控制，使水庫大壩加固施工的整體效率可以得到有效提高，以此推動水利工程事業(yè)的穩(wěn)定良好發(fā)展。

一、工程基本情況

1.工程概況

某水庫屬于中型規(guī)模水庫工程，水庫樞紐位于某山谷出口位置，并匯入支流水系。樞紐通過電站、大壩與引水隧道以及溢洪道共同工程，水庫集雨面積可以達(dá)到約79km2，正常庫容約為4500萬m3，總庫容則可以達(dá)到約5035萬立方米，灌溉農(nóng)田面積約為3427hm2，電站裝機容量可以達(dá)到2×1000kW。

大壩主體屬于黏土心墻土石壩，屬于三等三級建筑物，按100年一遇設(shè)計，設(shè)計洪水位控制在198.75m;1000年一遇校核，校核水位控制在199.36m。壩頂位置高程達(dá)到199.35m，心墻頂部位置高程達(dá)到198.80m，壩底心墻位置河床高程達(dá)到144m，上游壩址位置河床高程則達(dá)到145m。壩頂位置設(shè)計高度為1m的防浪墻，最大拔高則達(dá)到55.35m[1]。內(nèi)坡共劃分成四級，由上至下坡比依次達(dá)到1∶3.5、1∶3.5、1∶3.25、1∶2.75;外坡同樣劃分成四級由上至下坡比依次達(dá)到1∶2.0、1∶2.5、1∶2.5、1∶2.0，最下一級設(shè)計為堆石棱體，外坡比則達(dá)到1∶2.0，內(nèi)坡比則達(dá)到1∶1.5，高度達(dá)到6m，戧道寬度達(dá)到2.0m。壩頂位置區(qū)域，軸線長度達(dá)到140m，寬度則達(dá)到6m，上游壩殼底部位置寬度達(dá)到166.25m，下游壩殼底部位置寬度達(dá)到118.20m，心墻底部位置寬度則達(dá)到29.40m。上游壩殼所選用的材料主要以庫區(qū)內(nèi)部自然存在的風(fēng)化土石料，設(shè)計干容量控制在1.75g/cm3;下游壩殼所選用材料的材料主要以下游河床存在的礦渣廢棄料為主，設(shè)計干容重控制在2.0g/cm3。

大壩填筑工程施工時間約兩年，并在后期完成圍堰修筑，因為上游圍堰修筑位于導(dǎo)流隧洞出渣料堆積處，存在明顯的滲漏問題，位于下游20m位置，基于壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)，對第二圍堰進(jìn)行修筑。因為大壩軸線出現(xiàn)上移的情況，圍堰進(jìn)入壩體內(nèi)，引起壩軸線上游側(cè)130m之外，總共3000㎡壩基無法進(jìn)行清淤處理，因此，對上游壩殼料采取強夯施工。關(guān)于強夯法，即通過重錘的使用，位于高處以自由落體的形式，對地基形成振動以及沖擊力，可以使地基強度得到明顯的提高，使壓縮性得到有效減小，同樣可以對抵抗液化能力做出明顯改善，使?jié)裣菪缘玫接行，F(xiàn)階段，位于建筑、路橋、機場跑道和倉庫等領(lǐng)域，強夯法有著較為廣泛的應(yīng)用[2]。

2.工程地質(zhì)條件

（1）壩址地質(zhì)條件

大壩樞紐處屬于典型侵蝕-剝蝕地貌，河谷位置的橫向剖面，呈現(xiàn)出“V”型，河床底部位置寬度介于35-40m，兩岸谷坡出現(xiàn)出下陡上緩的趨勢。大壩同樣存在著冷家溪群變質(zhì)巖系，第四系現(xiàn)代堆積物，同時，壩址下游位置同樣存在著巖漿巖。壩址下部位置，冷家溪千枚巖石已經(jīng)出現(xiàn)明顯較為強烈的風(fēng)化現(xiàn)象，并形成較深的深度，強風(fēng)化帶在岸坡深度介于6-8.8m，河床底部寬度僅得到1-2m;中等風(fēng)化帶岸坡深度則介于4-7m，最大厚度達(dá)到8.2m，河床大部分厚度可介于3-4m;河床淤泥質(zhì)粉土，其厚度可以達(dá)到2-2.5m，顏色為褐灰色，內(nèi)部存在較多粉細(xì)砂，并夾雜部分卵石，顏色多為淺灰或是乳白色。位于上游強夯區(qū)位置，淤泥中則夾雜部分石渣和粉細(xì)砂混合物[3]。

（2）壩體填筑材料條件

上游強夯區(qū)位置，土層結(jié)構(gòu)主要劃分成三部分，第一部分主要為河床淤泥，第二部分主要為石渣料，第三部分則主要為千枚巖風(fēng)化土料。其中，石渣料、風(fēng)化料所具有的基本性質(zhì)，詳見表1。

二、強夯技術(shù)應(yīng)用原理

強夯技術(shù)，同樣被稱之為動力固結(jié)法，水庫大壩加固施工期間，科學(xué)應(yīng)用強夯技術(shù)，可以使地基承載力以及壓縮模量得到有效提高，對地基密實度以及均勻性做出明顯改善，并對地基土孔隙分布做出有效優(yōu)化，在碎石土、濕陷性黃土和砂土等土壤條件下的應(yīng)用較為廣泛，施工效果顯著，工期時間較短，有利于工程造價的管理管理控制。強夯技術(shù)的具體應(yīng)用，是利用沖擊力，對原有土體結(jié)構(gòu)做出合理改善，對相鄰區(qū)域土質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)實擠壓，并形成夯坑，具體加固原理主要包括：

（1）動力置換。動力置換具體包括樁式置換、整式置換。樁式置換，即借助于強大夯擊力，將碎石填筑到軟土，以此形成碎石樁，確保良好的穩(wěn)定性。整式置換，即借助于強大夯擊力，將碎石填筑到淤泥，以此形成加固效果穩(wěn)定可靠的碎石墊層。

（2）動力固結(jié)。借助于沖擊力作用效果，形成沖擊波，對土體原有結(jié)構(gòu)做出改變，位于土體內(nèi)部某一區(qū)域則會形成少數(shù)縫隙，縫隙則起到排水的效果，對縫隙中軟土地基孔隙內(nèi)部所含多余水分有效排出，從而確保軟土體可以形成固結(jié)。

（3）動力密實。即借助于強大沖擊荷載，對土體內(nèi)部孔隙采取嚴(yán)密壓實，使軟土地基強度可以獲得明顯提升[4]。

三、強夯技術(shù)在水庫大壩加固施工中應(yīng)用的準(zhǔn)備工作

1.強夯設(shè)備選擇

強夯設(shè)備是通過脫鉤裝置、夯錘和起重機共同構(gòu)成。關(guān)于夯錘的選擇，可基于起重設(shè)備、加固深度以及地基土質(zhì)等情況做出合理選擇。關(guān)于夯錘底面積的選擇，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地基土具體種類，如砂性土土質(zhì)，底面積則應(yīng)保證不宜過大，粘性土土質(zhì)，底面積則需適當(dāng)增大。關(guān)于脫鉤裝置與起重設(shè)備，一般而言，起重機主要以輪胎式和履帶式為主，若地基存在相應(yīng)的加固標(biāo)準(zhǔn)，則需選擇大型夯錘，同時制作專門使用的起吊三腳架，搭配2臺起重機共同完成夯錘臺吊。借助滑輪組，對夯錘起吊至相應(yīng)的高度，使用脫鉤裝置完成自動脫鉤，實現(xiàn)夯錘的自由下落。

2.夯擊參數(shù)選擇

水庫大壩加固施工階段，強夯技術(shù)的有效應(yīng)用，需對錘重與落距做出精準(zhǔn)掌控，一般而言，夯錘重量介于8-25t，落距距離則介于8-20m，強夯效果可得到充分保證。水庫大壩加固施工，有關(guān)人員需對施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做出充分熟悉了解，并基于此對夯錘做出合理選擇，對錘重和落距的關(guān)系做出準(zhǔn)確掌控，確保強夯質(zhì)量可以得到加固施工的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3.夯擊能確定

水庫大壩加固施工正式開始之前，需重視試驗段的科學(xué)試驗，獲取完整準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)，為后期加固施工的有序開展提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。基于有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)分析，同加固工程設(shè)計規(guī)范和施工標(biāo)準(zhǔn)加以充分結(jié)合，對最佳夯擊能做出科學(xué)確定，以此對加固施工做出科學(xué)嚴(yán)格的質(zhì)量控制。砂性土土質(zhì)，孔隙水壓力不斷變化，粘性土土質(zhì)，孔隙水壓力則并非如此，所以，加固施工期間，可基于孔隙水壓力疊加值，以此當(dāng)作主要參考依據(jù)，對于粘性土土質(zhì)，對孔隙水壓力同土體自重壓力標(biāo)準(zhǔn)范圍的符合程度做出科學(xué)判斷，以此對最佳夯擊能做出科學(xué)確定。砂性土土質(zhì)，則基于孔隙水壓力變化同夯擊次數(shù)關(guān)系，對最佳夯擊能做出科學(xué)確定。

四、強夯法設(shè)計參數(shù)確定及原則

1.單點夯擊能

基于加固影響深度公式，對單點夯擊能做出確定。

，H代表加固影響深度，w代表錘重，α代表落距， 代表系數(shù)，取值介于0.5-1.0之間。基于這一公式，某水庫大壩強夯所選擇的錘重設(shè)計100kN，落距設(shè)計10m，加固影響深度則介于5-10m，不過，強夯區(qū)具體深度并未超過6m。

2.最佳夯擊能確定

基于相關(guān)資料，關(guān)于粘性土土質(zhì)，以孔隙水壓力疊加值，對最佳夯擊能做出科學(xué)確定。關(guān)于粘性土土質(zhì)，通過對最大孔隙水壓力增量同夯擊次數(shù)兩者的關(guān)系曲線，對最佳夯擊能做出科學(xué)確定[6]。某水庫最佳夯擊能，以最終兩擊所產(chǎn)生的沉降量，平均小于3cm的情況做出確定，最終，擊數(shù)確定共10擊，最佳夯擊能力則是10000kN·m。

3.夯擊遍數(shù)確定

基于相關(guān)資料。大部分工程多介于2-3遍，最終采取低能量“搭夯”。關(guān)于“搭夯”，即重錘自由落體所形成的“錘印”彼此搭接。某水庫上游區(qū)域，壩角位置點夯遍數(shù)以2遍為主，便結(jié)合“搭夯”1遍。

4.加固范圍

加固范圍確定，以強夯區(qū)范圍同強夯區(qū)加固深度之和為主。某水庫強夯區(qū)以壩體強夯為主，所以，靠岸坡兩側(cè)位置和兩岸山坡控制，位于上下游兩側(cè)位置，基于影響深度5m增加。

5.夯點布置

基于強夯區(qū)范圍，某水庫強夯區(qū)所設(shè)置的夯點，具體間距以3.5×3.5（m）為主，黑白點依次代表第一遍、第二遍夯擊點。

五、施工工藝及施工要點

1.施工工藝流程

為避免地基設(shè)計過于簡單化、理想化，確保場地的穩(wěn)定性與均勻性，對工藝流程做出科學(xué)系統(tǒng)設(shè)置，并在施工期間做出及時合理調(diào)整。

2.夯錘選擇

夯錘選擇至關(guān)重要，基于加固影響深度、施工條件，并結(jié)合公式對實際大小做出科學(xué)確定，材質(zhì)多以鑄鋼為主，條件有限的情況下，可選擇鋼板殼內(nèi)部填充混凝土。夯錘底面積則同土質(zhì)類型息息相關(guān)[7]。砂性土以及碎石填土，底面積介于2-4㎡，第四紀(jì)黏土，則介于3-4㎡。某水庫選擇鋼板殼內(nèi)部填充混凝土形式的夯錘，底面積與重量依次是3.5㎡、100kN。

3.起重和平倉設(shè)備

強夯法所運用的設(shè)備包括平倉設(shè)備、水準(zhǔn)儀和起重設(shè)備。起重設(shè)備，選擇15t履帶吊機，符合單擊夯擊能標(biāo)準(zhǔn)。平倉設(shè)備，選擇T85大型推土機，第一遍夯實，采取平倉，第二遍夯實。水準(zhǔn)儀是對夯擊效果以及沉降量做出科學(xué)精準(zhǔn)測量。

4.施工要點及質(zhì)量控制措施

（1）技術(shù)交底，組織全體人員開展技術(shù)交底，對質(zhì)量采取嚴(yán)格管控。

（2）夯點放線定位，定位放線布點需嚴(yán)格基于圖紙，布點間距偏差需控制不超過5cm，對落距采取精準(zhǔn)控制，保證強夯能級。

（3）平整場地，夯前需對場地標(biāo)高做出準(zhǔn)確測量，對強夯深度做出精準(zhǔn)控制，夯后則需對沉降量做出準(zhǔn)確測量，并進(jìn)行準(zhǔn)確完成記錄，進(jìn)行嚴(yán)格自檢。

（4）強夯施工，強夯期間，落錘需保證平穩(wěn)，夯位則需確保精準(zhǔn)，正負(fù)偏差需控制不超過15cm，夯錘傾斜角度過大，需做出有效調(diào)整。夯擊期間，若發(fā)生回彈或是隆土等情況，需暫停作業(yè)，待一段時間之后，繼續(xù)夯擊。夯坑深度較深，需基于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以分層填筑的方式填平，并繼續(xù)夯擊，夯深深度需控制小于1m。作業(yè)期間，需沿相同方向逐步推進(jìn)，同時，確保兩邊夯擊需存在時間差，以此消散孔隙水，確保夯實。夯序和吊機位移需同地表水系和地下水排泄方向保持相同[8]。

（5）現(xiàn)場記錄，施工期間，需對各夯實點所對應(yīng)的夯擊能量、次數(shù)與每次沉降量等，進(jìn)行準(zhǔn)確完整記錄，以此控制保持不超過設(shè)計擊數(shù)范圍，并符合標(biāo)準(zhǔn)沉降量。

（6）安全措施，為保證施工安全，現(xiàn)場人員需佩戴安全帽，夯擊作業(yè)期間，人員需位于安全線之外。

結(jié)論：

綜上所述，水庫大壩加固施工中，強夯技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用發(fā)揮著非常關(guān)鍵的影響和作用。所以，水庫大壩加固施工階段，需基于工程建設(shè)的具體標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)應(yīng)用強夯技術(shù)，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并施工采取嚴(yán)格管控，使水庫大壩加固質(zhì)量可以得到充分保障，有效節(jié)約資源和成本，使加固工程社會、經(jīng)濟(jì)效益可以得到全面提升，推動水利事業(yè)的穩(wěn)定良好發(fā)展。

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