韓基冠

(寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 銀川 750004)重慶石柱 409100;3.宜昌瑞派爾特種工程技術(shù)有限責(zé)任公司 湖北宜昌 443000)

1 前言

濕陷性黃土及黃土狀土占據(jù)了全國西部及中部的較大區(qū)域范圍,在此范圍內(nèi)的河谷、溝谷當(dāng)中修建了大量的土壩,其中包括許多中型及小型水庫。壩高從幾米至幾十米,由于在河谷中普遍發(fā)育有數(shù)量不等的階地,階地的寬度也相差很多,階地類型從上疊、內(nèi)疊至基座各有不同,其上部的濕陷性土層的厚度也很不一致。

由于水庫壩基的以上差別,壩基處理方式也各有不同,濕陷性土層較薄的很容易處理,直接挖出即可,但濕陷土厚度較大的壩基,又同時(shí)具有一定的壩高,壩底寬度就會(huì)很大,一般全部挖除的費(fèi)用較大,通常的處理方式是采用預(yù)浸水、灰土 (素土)擠密、強(qiáng)夯等方法處理。壩基通過以上處理后,土壩的壩體部分直接在處理后的壩基上填筑。

因此,壩基濕陷性的評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。

國標(biāo) 《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008附錄T中對(duì)于濕陷的評(píng)價(jià)方法應(yīng)與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025的評(píng)價(jià)方式有所區(qū)別,但大部分內(nèi)容還是基本一致的。一般濕陷性土的評(píng)價(jià)已不是什么新內(nèi)容,對(duì)此國標(biāo) 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004當(dāng)中已有詳細(xì)的規(guī)定,即1)基底下10m以內(nèi)的土層應(yīng)用200kPa,10m以下至非濕陷性黃土層頂面,應(yīng)用其上覆土的飽和自重壓力 (當(dāng)大于300kpa壓力時(shí)仍應(yīng)用300kPa);2)當(dāng)基底壓力大于300kPa時(shí),宜用實(shí)際壓力;3)對(duì)壓縮性較高的新近堆積黃土,基底下5m以內(nèi)的土層宜用100-150kPa壓力,5-10m和10m以下至非濕陷性黃土層頂面,應(yīng)分別用200kPa和上覆土的飽和自重壓力。從上述建筑規(guī)范的評(píng)價(jià)中可以看出,其第1)和第3)條并不適用壩基的濕陷性評(píng)價(jià),主要原因在于隨著壩體的增高,壩基附加應(yīng)力及總應(yīng)力也增大了許多,一般10m以上壩高,其附加應(yīng)力就已超過200kPa,這與一般建筑物的基底壓力有較大區(qū)別。另一個(gè)與一般建筑物具有較大區(qū)別的是由于不同壩段填筑高度不一致,造成壩基附加應(yīng)力不同的難點(diǎn),即不同壩段應(yīng)根據(jù)總應(yīng)力的不同采用不同的試驗(yàn)壓力進(jìn)行濕陷性評(píng)價(jià),這樣就使得試驗(yàn)評(píng)價(jià)工作很復(fù)雜。也使得壩基處理變得復(fù)雜起來。因此評(píng)價(jià)中的第2)條 (當(dāng)基底壓力大于300kPa時(shí),宜用實(shí)際壓力)的規(guī)定,在實(shí)際操作過程中也顯得比較復(fù)雜。實(shí)際操作簡(jiǎn)單的方法還是采用固定應(yīng)力或壓力的評(píng)價(jià)方法,那么對(duì)于壩基來講,采用什么應(yīng)力來評(píng)價(jià)是問題的關(guān)鍵。土石壩工程壩基下的豎向總應(yīng)力由其自重和壩體荷載引起的附加應(yīng)力疊加組成。在淺層范圍內(nèi)壩基應(yīng)力,并不隨著深度的增加而減小,而是隨著深度增加而加大,因此濕陷性土層壩基的濕陷性評(píng)價(jià)壓力應(yīng)根據(jù)該土層所在的深度及應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià),而不是按照通 常所謂的“基底下10m以內(nèi)的土層應(yīng)用200kPa,10m以下至非濕陷性黃土層頂面,應(yīng)用其上覆土的飽和自重壓力(當(dāng)大于300kPa壓力時(shí)仍應(yīng)用300kPa”進(jìn)行評(píng)價(jià)。

濕陷評(píng)價(jià)壓力不僅針對(duì)天然壩基,而且針對(duì)通過預(yù)浸水、強(qiáng)夯、擠密等方式處理的壩基,也就是說處理后的壩基在設(shè)計(jì)荷載作用下是否濕陷,是評(píng)價(jià)的最終原則。這與壩基處理的深度和強(qiáng)度都產(chǎn)生了很大關(guān)系,如何正確把握好此類壩基的處理原則,是對(duì)于一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員的考驗(yàn)。

另外與評(píng)價(jià)應(yīng)力直接相關(guān)的內(nèi)容就是濕陷量計(jì)算了,應(yīng)該說此時(shí)壩基的濕陷量即為設(shè)計(jì)荷載下的濕陷量,但該濕陷量的計(jì)算目前還沒有規(guī)范列出詳細(xì)可操作的計(jì)算方法,只有《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)手冊(cè)》能源部、水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院(一九九八)中,有一個(gè)黃土地基沉降計(jì)算,其關(guān)鍵參數(shù)是δsi——濕陷變形系數(shù),但該濕陷變形系數(shù)是預(yù)浸水試驗(yàn)條件下的變形系數(shù),也就是說進(jìn)行壩基處理時(shí),要首先進(jìn)行預(yù)浸水試驗(yàn),這樣操作起來很麻煩,不是所有場(chǎng)地都有條件進(jìn)行,且從目前國內(nèi)的預(yù)浸水試驗(yàn)結(jié)果看,預(yù)浸水的試坑大小與濕陷變形量有很大關(guān)系。用小面積的試坑進(jìn)行的預(yù)浸水試驗(yàn)得出的結(jié)論,用于大面積的濕陷土壩基的計(jì)算,其結(jié)果還有很多不確定因素。如果使用室內(nèi)試驗(yàn)的濕陷系數(shù)或濕陷變形系數(shù)進(jìn)行濕陷量的計(jì)算,一個(gè)不易確定的參數(shù)是β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)和β-考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)。

根據(jù)我區(qū)的幾個(gè)大型濕陷性黃土預(yù)浸水基坑的處理結(jié)果,β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)確實(shí)對(duì)濕陷量有較大的影響,計(jì)算自重濕陷量與預(yù)浸水的實(shí)際自重濕陷量差異很大,同屬于濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)隴東-陜北-晉西地區(qū)的不同場(chǎng)地,其β0也有較大差異,也就是說β0對(duì)濕陷變形量是會(huì)產(chǎn)生影響的。按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025計(jì)算濕陷變形量同樣會(huì)受土質(zhì)等不易確定的條件的影響。

從以上的分析及一些場(chǎng)地的實(shí)際濕陷變形量看來,在目前條件下,通過計(jì)算濕陷變形量來控制壩體的最終沉降量,從理論和實(shí)際都還缺少充分的條件,對(duì)于濕陷性黃土壩基,最好不要?dú)埩魸裣萃?濕陷土日后處理很困難,這已被最近幾年的水庫出險(xiǎn)加固工程所證實(shí),而且處理不容易徹底。

鑒于濕陷性黃土壩基處理的復(fù)雜性,筆者根據(jù)我區(qū)已建成的幾座水庫壩基的處理經(jīng)驗(yàn),提出以下處理建議。

(1)天然地基的濕陷性應(yīng)根據(jù)壩基實(shí)際荷載進(jìn)行評(píng)價(jià)。不能簡(jiǎn)單采用建筑規(guī)范的評(píng)價(jià)原則進(jìn)行。

(2)由于壩基荷載隨著壩高的增加而增大,評(píng)價(jià)應(yīng)力應(yīng)采用壩基下的豎向總應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)比較符合壩基變形的設(shè)計(jì)原則,即天然壩基和處理后的壩基評(píng)價(jià)應(yīng)力應(yīng)與壩基沉降計(jì)算應(yīng)力一致。

(3)在濕陷性壩基處理中和處理后的壩基沉降變形,必須與各不同壩段的沉降計(jì)算結(jié)合起來一并考慮,以達(dá)到最終控制變形不產(chǎn)生裂縫,水庫可以在設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)行的目的。

(4)鑒于目前濕陷變形量的計(jì)算還不成熟,壩基最終的濕陷量計(jì)算受多種條件限制,計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性較差,濕陷性黃土壩基最好不要?dú)埩魸裣萘?。以免給工程的正常運(yùn)行帶來不利影響。

1 《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》.GB50487-2008

2 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》.SL274-2001.