任雁彬
(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院,山西 太原 030024)
強夯法處理地基是20世紀60年代末由法國Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)用的。該方法是將很重的錘從高處自由落下給地基以沖擊力和振動,從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。具有效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點,目前適用于加固黏性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。在國內(nèi)外得到普遍采用。通過強夯法加固處理后,可大幅提高地基土的承載力和抗液化能力,在消除地基土的濕陷性等方面效果顯著。目前強夯法尚未建立起一套成熟的理論和設(shè)計計算方法,強夯加固深度無法精確計算,設(shè)計上大多以工程經(jīng)驗來確定。為確保地基加固達到工程設(shè)計要求,應(yīng)通過試夯來確定合適的施工工藝參數(shù)以指導施工。以千年水庫右壩肩黃土臺地的強夯處理試驗為基礎(chǔ),對消除濕陷性黃土的濕陷性進行了研究和分析,并用試夯后的試驗數(shù)據(jù)對其加固效果進行了檢驗。
千年水庫位于呂梁市離石區(qū)境內(nèi)的三川河支流小東川河中上游,距離石區(qū)約30 km,是一座以工業(yè)及城市生活供水為主,兼顧防洪、旅游等任務(wù)的小(一)型水庫,水庫壩址以上流域面積58.7 km2。大壩壩型為碾壓式均質(zhì)土壩,最大壩高38.0m,壩頂高程1466.0 m,壩頂寬6.0 m,壩頂長344.2 m,正常蓄水位1 462.4 m,死水位1448.0 m,總庫容608萬m3,年供水量310萬m3。水庫樞紐由攔河大壩、導流泄洪洞、供水工程取水口等組成。
右壩肩由低液限黏土層Q3eol和Q2pl土層組成,屬天然壩體。據(jù)豎井及鉆探資料,Q3eol低液限黏(粉)土層厚2~12 m,Q2pl低液限黏(粉)土層厚 0~25 m。
經(jīng)土工分析試驗,在天然狀態(tài)下,Q3eol低液限黏(粉)土含水率為9.3%~17.4%,平均值12.9%;干密度為1.26~1.52 g/cm3,平均值1.35 g/cm3;塑性指數(shù)為8.5~10.7,平均值 9.6;天然壓縮系數(shù) 0.19~0.66 MPa-1,平均值0.34 MPa-1,多為中等壓縮性土;飽和壓縮系數(shù)0.20~1.25 MPa-1,平均值 0.82 MPa-1,多為高壓縮性土;濕陷系數(shù)為0.016~0.088,土層具濕陷性;滲透系數(shù)垂直方向為 2.93×10-5~2.33×10-4cm/s,水平方向為 1.74×10-5~5.15×10-4cm/s;飽和快剪小值平均值:c=2.7 kPa,φ=20.7°;三軸固結(jié)不排水剪最小值:c=19.6 kPa,φ=12.6°,c′=35.4 kPa,φ′=16.6°。Q2pl低液限黏(粉)土含水率為9.2%~22.4%,平均值為14.1%;干密度1.40~1.60g/cm3,平均值 1.47g/cm3;塑性指數(shù) 8.9~12.2,平均值10.3;天然壓縮系數(shù) 0.08~0.29 MPa-1,平均值 0.18 MPa-1,多為中等壓縮性土;飽和壓縮系數(shù)0.07~0.61 MPa-1,平均值0.40 MPa-1,多為中等壓縮性土。濕陷系數(shù)0.002~0.022,土層大多無濕陷性(僅有1組樣品有濕陷性);滲透系數(shù)垂直方向為 2.84×10-6~2.93×10-4cm/s,水平方向為 5.85×10-6~1.33×10-4cm/s;飽和快剪小值平均值:c=5.1 kPa,φ=22.5°;三軸固結(jié)不排水剪小值平均值:c=3.9 kPa,φ=14.6°,c′=21.7 kPa,φ′=21.1°。
本工程擬對天然壩體部分的Q3eol土層清除作為筑壩土料,對下部的Q2pl土層進行強夯處理。
根據(jù)右壩肩工程地質(zhì)情況,結(jié)合新筑壩體要求及類似工程的施工經(jīng)驗,確定強夯設(shè)計指標如下:最高夯擊能時強夯有效加固深度8~10 m;有效加固深度內(nèi)土體的濕陷系數(shù)小于0.015;有效加固深度內(nèi)土體的干密度不小于1.58~1.62 g/cm3。
4.2.1 試夯區(qū)選取
試夯區(qū)選擇在水庫區(qū)新改道的米五線與壩軸線交匯處附近。選址原則為:能代表該工程全部或大部分區(qū)域土質(zhì)特征,能為工程強夯施工提供相對準確、可靠的技術(shù)參數(shù)。在所選取的試夯區(qū)域內(nèi)選一塊642.82 m2面積區(qū)域作為試夯施工區(qū),共布置試夯點18個,其中第一遍夯點12個,第二遍夯點6個,見圖1。
圖1 強夯試驗夯點平面布置圖
4.2.2 試夯參數(shù)
設(shè)計初步采用夯擊能為6 000 kN·m,夯擊數(shù)原則上不少于10擊,且以控制最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm為主控指標,采用正三角形布點,夯點間距為6 m。分兩遍夯完主夯點后進行2 000 kN·m滿夯,滿夯縱橫搭接1/4夯印,每點5擊。
4.2.3 試夯設(shè)備
試夯施工選用一臺南京產(chǎn)35 t履帶吊,型號QUH35,配套24 m門架,自動脫鉤裝置一套,38.2 t夯錘一個。
4.2.4 試夯施工
試夯按下列步驟進行:第一,在整平的試夯區(qū)上標出夯點位置,并記錄試夯區(qū)高程;第二,夯機就位并打第一遍夯點;第三,推土機填坑平場并測量第一遍主夯后場地夯沉量及第二遍夯點測放;第四,夯機就位打第二遍主夯;第五,推土機填坑平場并測量第二遍主夯后場地夯沉量;第六,夯機就位滿夯;第七,推平場地并測量滿夯后場地夯沉量;第八,整理強夯資料驗收場地。
通過上述試夯施工情況來看場地比較穩(wěn)定,最后夯沉量控制較好,夯擊數(shù)12擊與設(shè)計基本吻合,各夯點間沒有側(cè)擠現(xiàn)象,夯點布置相對合理。場地總體夯沉量分別為:第一遍26.4 cm;第二遍13.5 cm;滿夯14 cm;三遍夯完后場地總下沉量累計為53.9 cm。
檢測方法采用人工探井和標準貫入試驗。試夯區(qū)共布設(shè)取土探井3個,試夯區(qū)外天然地基布設(shè)1個,試夯區(qū)布設(shè)2個;布設(shè)標準貫入試驗孔2個。
4.3.1 干密度及有效加固深度
根據(jù)檢測結(jié)果可知,強夯后兩個探井自終夯面起至其下6.0 m深度范圍內(nèi)夯,間土干密度介于1.58~1.77 g/cm3之間,平均1.67 g/cm3;從6.0 m開始至其下約10.0 m深度范圍內(nèi),各夯間土干密度介于1.38~1.49 g/cm3之間,平均1.43 g/cm3。綜合分析認為,試夯區(qū)地基經(jīng)強夯處理后有效加固深度為6.0 m。
4.3.2 濕陷性消除情況
根據(jù)檢測結(jié)果可知,強夯后探井的各夯間土濕陷性系數(shù)、自重濕陷系數(shù)均小于0.015,試夯區(qū)的濕陷性已全部消除。
4.3.3 標準貫入試驗情況
根據(jù)檢測結(jié)果可知,強夯后地基土基本均勻,終夯面起至其下6.0 m深度范圍內(nèi),夯間土標準貫入試驗擊數(shù)較夯前有大幅度提高,6.0~10.0 m深度范圍內(nèi)土體的標準貫入試驗擊數(shù)和處理前基本一致。
根據(jù)現(xiàn)場強夯檢測的成果,對千年水庫右壩肩黃土臺地強夯設(shè)計參數(shù)進行了修改,確定強夯能級6 000 kN·m的有效加固深度由原設(shè)計的8~10 m調(diào)整為6.5~9 m,其余指標保持不變。
千年水庫右壩肩黃土臺地的強夯加固已施工結(jié)束,黃土臺地土體的濕陷性全部消除,各項指標均滿足要求,說明采用強夯法在處理具有濕陷性土體的工程措施中具有可行性,其經(jīng)驗值得推廣。