郝曉敏

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 太原 030024）

1 工程概況

張峰水庫(kù)是以城市生活和工業(yè)供水、農(nóng)村人畜飲水為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的水利樞紐工程，水庫(kù)總庫(kù)容3.94億m3，由樞紐工程與輸水工程兩部分組成。

輸水工程由總干、一干、二干組成，為城市生活、工業(yè)、農(nóng)村人畜飲水和蔬菜、桑園灌溉輸水。總干設(shè)計(jì)流量6.45～2.44 m3/s，前24.7km(20號(hào)隧洞之前)為明渠輸水，過(guò)20號(hào)洞后，通過(guò)管道及隧洞輸水到唐莊附近入總干末端調(diào)蓄水池。

2 工程地質(zhì)條件

末端調(diào)蓄水池是輸水總干的最后一個(gè)建筑物，位于高平市西南一喇叭型沖溝內(nèi)，橫斷面呈“U”字型，場(chǎng)地溝底寬度約200 m，兩岸岸坡較緩，多呈梯田狀分布，地表均為耕地。溝上層為低液限黏土，厚約40～50 m，下伏基巖為石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）砂巖及泥（頁(yè)）巖?？偢烧{(diào)蓄水池容積為48萬(wàn)m3，最大壩高13 m，采用半挖半填的方式。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，Q2pl低液限黏土天然含水率范圍值14.0%~28.8%，平均值20.4%，天然密度范圍值1.46~2.02 g/cm3，平均值1.78 g/cm3，干密度范圍值1.22~1.69 g/cm3,平均值1.48 g/cm3，天然狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2范圍值0.08~1.12 MPa-1，平均值0.36 MPa-1，大值平均值0.58 MPa-1，具高壓縮性，飽和狀態(tài)壓縮系數(shù)av1-2范圍值0.12~1.18MPa-1，平均值0.60 MPa-1，大值平均值0.887 MPa-1，具高壓縮性，飽和快剪c值范圍值5.1~44.6 kPa，平均值 19.0 kPa，小值平均值 11.2 kPa，Φ 值范圍值 17.5~25°,平均值 22.8°，小值平均值 20.7°。

總體看場(chǎng)地內(nèi)Q2pl低液限黏土層多具有濕陷性，但濕陷土層的分布在平面上和深度上都規(guī)律性不高，濕陷性土層和非濕陷性土層相互穿插，在200 kPa壓力下濕陷厚度一般8～10 m。完成開(kāi)挖后，為非自重一自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)Ⅰ（輕微）～Ⅱ（中等）級(jí)。建議消除部分或全部地基濕陷量，可采用預(yù)浸水、強(qiáng)夯等處理方法，并采取嚴(yán)格的防滲措施。

3 壩基強(qiáng)夯加固處理設(shè)計(jì)

3.1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)指標(biāo)

強(qiáng)夯法是指反復(fù)將夯錘提高到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)的地基處理方法。為了消除場(chǎng)地地基濕陷量，確保壩體安全，對(duì)壩體基礎(chǔ)及壩體高填筑段附近的池底采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。

根據(jù)總干末端蓄水池建筑物及壩基低液限黏土層的特點(diǎn)，結(jié)合部位不同，分為三個(gè)區(qū)域，其中Ⅰ、Ⅱ區(qū)單擊夯能采用4 000 kN·m、Ⅲ區(qū)單擊夯能采用6 000 kN·m進(jìn)行地基處理，確定強(qiáng)夯后壩基土體設(shè)計(jì)指標(biāo)：最高夯擊能時(shí)地基有效加固深度6~8 m；有效加固深度內(nèi)土體濕陷系數(shù)δzs＜0.015；有效加固深度內(nèi)土體干密度不小于1.50~1.61 g/cm3；處理后地基承載力不小于200 kPa。

3.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

3.2.1 強(qiáng)夯試驗(yàn)方案

強(qiáng)夯法使用于碎石土到濕陷性黃土等地基的處理，類(lèi)似工程地基處理經(jīng)驗(yàn)已比較成熟，但針對(duì)不同地域、不同地質(zhì)條件及高能級(jí)別強(qiáng)夯法加固處理壩基，也為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，結(jié)合本次強(qiáng)夯加固區(qū)域情況，分別選定Ⅲ區(qū)和Ⅱ區(qū)進(jìn)行6 000kN·m、4 000kN·m進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。兩試驗(yàn)區(qū)域面積為24 m×24 m，試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，強(qiáng)夯施工試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 強(qiáng)夯試驗(yàn)夯點(diǎn)布置圖（單位：mm）

將強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)整平后，選定一遍強(qiáng)夯點(diǎn)測(cè)量定位，錘重33 t，錘底面積為5.0 m2。根據(jù)夯能大小的不同，6 000 kN·m時(shí)夯錘的起落高度為18.2m，4 000 kN·m時(shí)夯錘的起落高度為12.2 m。夯能6 000 kN·m試驗(yàn)區(qū)主夯施工采用正方形布點(diǎn)6.0 m×6.0 m，先進(jìn)行第一遍夯點(diǎn)施工，每點(diǎn)夯擊到最后兩擊夯沉量平均值在10 cm以?xún)?nèi)停止夯擊，進(jìn)行下一點(diǎn)施工至試驗(yàn)區(qū)所有第一遍夯點(diǎn)施工完成，將夯坑推平后進(jìn)行第二遍夯點(diǎn)施工，第二遍夯點(diǎn)施工完成后，將夯坑推平進(jìn)行滿(mǎn)夯，滿(mǎn)夯采用能級(jí)為2 000 kN·m進(jìn)行，每點(diǎn)擊數(shù)4擊，夯擊點(diǎn)與點(diǎn)之間搭接1/4錘徑。4 000 kN·m試驗(yàn)區(qū)同6000 kN·m試驗(yàn)區(qū)要求。

3.2.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯結(jié)束7 d后，經(jīng)過(guò)對(duì)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地8 m深度范圍內(nèi)土層取樣分析，濕陷性系數(shù)均小于0.015，濕陷性全部消除。地基承載力檢測(cè)加荷至250 kPa時(shí)s/b小于0.01，且P-S曲線(xiàn)呈緩變形，其地基承載力均達(dá)到200 kPa，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)、夯間土層在8 m范圍內(nèi)土干密度最大值1.71 g/cm3，最小值1.51 g/cm3，平均值1.61 g/cm3。

由以上檢測(cè)數(shù)據(jù)知，強(qiáng)夯處理后夯點(diǎn)下的土層得到豎向加密，夯點(diǎn)間土也得到相應(yīng)擠密，從而使整個(gè)場(chǎng)地上的均勻性得到了改善。強(qiáng)夯后壓縮系數(shù)av1-2=0.09~0.28，普遍低于0.10，為密實(shí)的低壓縮性土。因此可以認(rèn)為總干末端調(diào)蓄水池壩基采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理是可行有效的。

3.3 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

總干末端調(diào)蓄水池壩基強(qiáng)夯處理設(shè)計(jì)根據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)成果進(jìn)行，對(duì)壩體基礎(chǔ)及壩體高填筑段附近的池底采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，根據(jù)部位不同分為三個(gè)區(qū)域，其中Ⅰ、Ⅱ區(qū)單擊夯能采用4 000 kN·m、Ⅲ區(qū)單擊夯能采用6000 kN·m進(jìn)行地基處理，處理后地基承載力不小于200 kPa，濕陷系數(shù)δzs小于0.015。對(duì)壩體基礎(chǔ)及壩體高填筑段附近的池底，強(qiáng)夯單擊夯能6000 kN·m，有效加固深度不小于8 m，要求0～4 m干密度不小于1.61 g/cm3，4～8 m干密度不小于1.50 g/cm3；對(duì)其他壩段即巖基高程較高的壩段，強(qiáng)夯單擊夯能4 000 kN·m，有效加固深度不小于6 m，0～3 m干密度不小于1.61g/cm3，3～6 m 干密度不小于 1.50 g/cm3。

進(jìn)行地基處理時(shí)先將表層1 m厚耕植土清除后進(jìn)行強(qiáng)夯。強(qiáng)夯采用正方形夯點(diǎn)布置，夯點(diǎn)間距6 m，其中Ⅰ、Ⅱ區(qū)單擊夯能采用4 000 kN·m，Ⅲ區(qū)單擊夯能采用6 000 kN·m，兩遍夯擊，第一遍單點(diǎn)夯擊擊數(shù)11擊，第二遍單點(diǎn)夯擊擊數(shù)8擊，最后進(jìn)行低能級(jí)滿(mǎn)夯，夯擊能采用2 000 kN·m，每點(diǎn)擊數(shù)4擊，夯擊點(diǎn)與點(diǎn)之間搭接1/4錘徑。

4 結(jié)語(yǔ)

總干末端調(diào)蓄水池是總干渠輸水末端蓄水建筑物，為高平市城市生活、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉供水及二干取水水源。蓄水池工程的質(zhì)量關(guān)系到周邊人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和取水保證率，通過(guò)地基強(qiáng)夯處理，經(jīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，最高夯擊能時(shí)地基有效加固深度6~8 m；有效加固深度內(nèi)土體濕陷性全部消除，土層密實(shí)度得到加密，確保了大壩壩基的穩(wěn)定安全。