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        強(qiáng)夯法在濕陷性黃土壩基處理中的應(yīng)用

        2011-04-19 07:35:00王子朝
        地下水 2011年4期
        關(guān)鍵詞:陷性壓縮性壩基

        王子朝

        (陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710001)

        中石油蘭州石化公司陰洼溝固體廢物填埋場(chǎng)工程位于甘肅省蘭州市皋蘭縣中心鄉(xiāng)陰洼溝,項(xiàng)目區(qū)距蘭州市15 km,設(shè)計(jì)服務(wù)年限26.7年,總庫(kù)容290萬 m3。工程主要由1#及2#均質(zhì)土壩、庫(kù)區(qū)防滲工程、滲濾液收集系統(tǒng)、溢洪道、泵站及場(chǎng)區(qū)附屬工程等部分組成。其中1#壩壩址位于陰洼溝溝口,設(shè)計(jì)壩高26.0 m,壩長(zhǎng)230 m;2#壩位于1#壩上游250 m溝道左側(cè)缺口,設(shè)計(jì)壩高26 m,壩長(zhǎng)115 m。土壩頂寬均為5 m,內(nèi)外邊坡1:2.25,壩型為均質(zhì)土低壩。

        根據(jù)地質(zhì)勘察資料,1#壩及2#壩壩基均為黃土,其中1#壩覆蓋層厚度為12 m,2#壩為8 m,均屬自重濕陷性黃土地基,濕陷等級(jí)II~I(xiàn)II級(jí),程度為中等~嚴(yán)重。根據(jù)規(guī)范要求,濕陷性黃土可用于均質(zhì)土低壩壩基,但需采用挖除、翻壓或強(qiáng)夯等方法進(jìn)行處理,經(jīng)過論證也可采用預(yù)先浸水的方法處理??紤]到壩基覆蓋層較厚,挖除或翻壓土方量達(dá)24.15萬m3,工程量巨大,而浸水法施工周期又太長(zhǎng),本工程擬采用強(qiáng)夯法對(duì)壩基進(jìn)行處理,消除地基濕陷性。

        1 地質(zhì)概況

        1.1 區(qū)域地質(zhì)

        蘭州市區(qū)地處祁呂賀山字型構(gòu)造體系前弧西翼與河西系武威—蘭州構(gòu)造帶的復(fù)合部位,不同構(gòu)造體系的相互干擾或改造,使本區(qū)構(gòu)造形跡十分復(fù)雜,兩大構(gòu)造體系近平行排列的斷裂帶,將蘭州市區(qū)分割成多個(gè)隆起和斷陷盆地。

        項(xiàng)目區(qū)出露地層主要有元古界震旦系(AnZ),古生界前寒武系(An∈)、奧陶系(O2—3),中生界三迭系(T3 y),侏羅系(J)、白堊系(K1),新生界第三系(R)和第四系(Q)。與工程關(guān)系密切的地層為第四系(Q)和第三系(R)。

        第四系(Q)沖積、洪積物,巖性主要為黃土狀粉土、粘性土及砂礫卵石,厚度幾米至數(shù)百米。下伏第三系(R),巖性為淺桔紅色及銹黃色泥巖、砂礫巖互層,底部為灰綠色砂質(zhì)礫巖或砂巖,厚度大于100 m。

        1.2 壩基地層及巖性

        根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,1#壩及2#壩基地層有第四系素填土、黃土狀粉土及第三系泥巖、砂巖,分述如下:

        1)素填土:分布于溝底,層厚一般為0.20~0.50 m,主要成份為沖填粉土、粘性土,混雜少量植物根及砂土。

        2)黃土狀粉土:坡洪積成因,分布于溝谷底部。該層厚度由溝腦至溝口逐漸變厚,1#壩址處厚12 m,2#壩址8 m,其成份主要為溝谷兩側(cè)山體黃土及出露的第三系泥巖、砂巖殘積土經(jīng)水流作用堆積而成。該層呈黃褐色—紅褐色,土質(zhì)較均勻,孔隙較發(fā)育,可塑—硬塑,稍密—中密。

        3)泥巖、砂巖:屬第三系地層,分布于整個(gè)場(chǎng)地,為場(chǎng)地地層的基底。1#壩址處埋深為12 m,2#壩址為8 m。該層為泥巖夾砂巖或泥巖、砂巖互層,磚紅—褐紅色,泥質(zhì)或砂狀結(jié)構(gòu),層狀或塊狀構(gòu)造,泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié),局部夾礫巖。強(qiáng)—中風(fēng)化。

        2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

        依據(jù)壩基覆蓋層厚度,對(duì)兩座壩采用不同的強(qiáng)夯處理方案,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,施工前分別選取壩基溝底中心區(qū)進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。

        2.1 試驗(yàn)參數(shù)

        試夯地點(diǎn)均選擇在壩址溝谷中心片區(qū),其中1#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為6 000KN·m,拍平夯能級(jí)3000 KN·m,強(qiáng)夯設(shè)備選用50t雙支撐強(qiáng)夯機(jī),夯鍾底面為圓形,直徑2.5 m,鍾重29t,夯鍾落距21 m。拍平夯能級(jí)采用3000 KN KN·m,鍾重20 t,夯鍾落距15 m,1/4鍾印搭接,每點(diǎn)2擊。2#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為4 000 KN·m,強(qiáng)夯設(shè)備選用25 t雙支撐強(qiáng)夯機(jī),夯鍾底面為圓形,直徑2.5 m,鍾重為25 t,夯鍾落距16 m。拍平夯能級(jí)2 000 KN·m,鍾重20 t,夯鍾落距10 m,1/4鍾印搭接,每點(diǎn)2擊。

        強(qiáng)夯主夯點(diǎn)均按等腰三角形布置,夯心距5×4.5 m,要求主夯平均夯沉量最后2擊小于10 cm。壩基強(qiáng)夯處理要求:①有效處理深度1#壩基大于12 m,2#壩基大于8 m;②有效處理深度范圍內(nèi)濕陷性消除。

        2.2 檢測(cè)內(nèi)容及方法

        采用探井取土樣,對(duì)強(qiáng)夯處理后夯心及兩夯、三夯間壩基土進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)檢測(cè)。試驗(yàn)區(qū)各開挖探井4處,即原狀土1處,夯心1處,兩夯間1處,三夯間1處。1#壩區(qū)探井深12 m,2#壩區(qū)深8 m,自終夯面下每隔1 m取土樣各1組。

        對(duì)土樣進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn),評(píng)價(jià)處理后壩基處理效果。主要進(jìn)行壩基土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn),為地基處理后的效果對(duì)比提供依據(jù)。

        試夯位置及探坑點(diǎn)位詳見圖1。

        圖1 試夯平面布置圖

        2.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)

        對(duì)1#壩及2#壩壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)土工試驗(yàn)見表1。

        2.4 檢測(cè)結(jié)果

        根據(jù)天然土、夯心、兩夯間及三夯間探井土樣土工試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)強(qiáng)夯前后處理深度范圍內(nèi)地基土的孔隙比、壓縮性及濕陷性等主要參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        1)孔隙比 e0:自然含水量狀態(tài)下,原狀土孔隙比為0.71~0.94,呈中密 -密實(shí),以中密為主;夯心處孔隙比為0.48~0.79,呈中密 -密實(shí),以密實(shí)為主;兩夯間孔隙比為0.60 ~0.88,呈中密;三夯間孔隙比為 0.60 ~0.84,呈中密-密實(shí)。強(qiáng)夯處理后,壩基土孔隙比減小,密實(shí)度增加。

        2)壓縮系數(shù) a0.1-0.2:原狀土壓縮系數(shù)一般為 0.18 ~0.55MPa-1,呈中—高壓縮性;夯心處壓縮系數(shù)為 0.03 ~0.20 MPa-1,呈低—中壓縮性,以中壓縮性為主;兩夯間地基壓縮系數(shù)為 0.06~0.18 MPa-1,以中壓縮性為主;三夯間地基壓縮系數(shù)為0.06~0.20 MPa-1,呈低 ~ 中壓縮性。強(qiáng)夯處理后,壩基土壓縮性減小。

        3)濕陷性:在200 KPa壓力下,原狀土濕陷系數(shù)為0.032 ~0.117,大于 0.015,屬自重濕陷性黃土地基,濕陷等級(jí)II~I(xiàn)II級(jí),程度為中等~嚴(yán)重;強(qiáng)夯處理后,夯心處濕陷系數(shù)為 0.000 ~0.014,兩夯間處為 0.008 ~0.015,三夯間為0.003 ~0.015,壩基黃土濕陷性消除。

        表1 1#壩及2#壩壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)土工試驗(yàn)報(bào)告

        3 結(jié)論與建議

        根據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn),1#壩壩基強(qiáng)夯能級(jí)選擇為6 000 KN·m,拍平夯能級(jí)3000 KN·m;2#壩強(qiáng)夯能級(jí)選擇為4 000 KN·m,拍平夯能級(jí)2 000 KN·m,主夯夯心距5×4.5 m,每夯點(diǎn)≥9擊,最后夯沉量≤10 cm,拍平夯每點(diǎn)2擊,1/4鍾印搭接。通過對(duì)1#及2#壩壩基進(jìn)行強(qiáng)夯處理,有效深度范圍內(nèi)濕陷性消除,可達(dá)到處理要求。

        [1](SL274-2001)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.中華人民共和國(guó)水利部.

        [2]龔曉南.地基處理手冊(cè).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.

        [3]裴章勤,劉衛(wèi)東.濕陷性黃土地基處理.北京:中國(guó)鐵道出版社,1992.

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