戴紅梅 王妮娜 李世虎

(寧夏固原市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 756000)

1 引言

寧夏南部山區(qū)的水庫(kù)大多建于20世紀(jì)六七十年代的多泥沙河流上，受當(dāng)時(shí)特定經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件限制，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，功能不全。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，水庫(kù)泥沙淤積非常嚴(yán)重，建筑物不同程度地?fù)p壞，存在各種各樣的安全隱患，多數(shù)已成為險(xiǎn)庫(kù)。2000年以來(lái)，國(guó)家對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固改造，受條件限制，其中相當(dāng)數(shù)量的水庫(kù)需要加高大壩，增加庫(kù)容，才達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)分析，水庫(kù)壩前淤積物為多年沉積的近似飽和的淤泥質(zhì)土，這種飽和軟土具有含水量大、壓縮性高、靈敏度高、流變性高、承載力低和滲透系數(shù)低的特性，以軟土作為地基進(jìn)行大壩加高，施工過(guò)程中存在孔隙水壓力過(guò)高、變形過(guò)大、承載強(qiáng)度低、容易產(chǎn)生滑坡等問(wèn)題。常用的處理方法有擠密法、砂井碎石墊層法、堆載預(yù)壓法等。前兩種方法是在淤泥面鋪設(shè)碎石、砂礫墊層，然后按設(shè)計(jì)要求的孔徑、孔距成孔并清孔、洗孔和泥漿護(hù)壁，孔內(nèi)注入水泥土或砂礫、碎石進(jìn)行擠密，一則可以提高現(xiàn)狀淤泥面的承載能力，二則能夠加速淤泥固結(jié)排水，增加抗滑能力，其缺點(diǎn)是施工難度大，投資高。采用堆載預(yù)壓法，利用堆載物自身重量對(duì)地基施壓，在不超過(guò)地基允許承載力的情況下，逐級(jí)加載，確保地基的穩(wěn)定性。此法具有施工簡(jiǎn)單、投資省的優(yōu)點(diǎn)。

2 工程概況

彭陽(yáng)縣雅石溝水庫(kù)位于涇河一級(jí)支流安家川河上游雅石溝上，是一座集防洪、攔泥、為下游提供灌溉水源的綜合性水庫(kù)，2008年列入寧夏小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固計(jì)劃。工程建于1978年，流域面積44.0km2，大壩為碾壓式黃土均質(zhì)壩，最大壩高43.1m，總庫(kù)容832.6萬(wàn)m3，淤積深度38.5m，屬小(1)型水利樞紐工程。本次除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容為:?壩體在淤泥面加高7.5m，總庫(kù)容達(dá)到1339.6萬(wàn)m3，加壩增容507萬(wàn)m3;?新建泄洪和輸水建筑物。

寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院完成的《彭陽(yáng)縣雅石溝水庫(kù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告》表明:庫(kù)區(qū)淤積土()主要成分為壤土，含少量砂巖、泥巖碎塊或者礫石，土黃—黃紅色，軟塑—硬塑狀態(tài)，其物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 庫(kù)區(qū)淤積土物理力學(xué)指標(biāo)

3 堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)

3.1 加固原理

堆載預(yù)壓法是指在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建基礎(chǔ)上施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓處理，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增大土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性;同時(shí)可減小土體的壓縮性，消除沉降量，以便在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。在壩前淤泥面上加固加高大壩，是利用土壩自身重量對(duì)地基施壓，使淤泥地基最終達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。

3.2 加載設(shè)計(jì)

a.荷載計(jì)算。預(yù)壓荷載根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，一般采用等載預(yù)壓，即預(yù)壓荷載采用基底壓力，壓實(shí)度按0.98控制，則碾壓后的濕密度為2.01g/cm3，淤泥面以上加壩高度為12.1m，經(jīng)計(jì)算建基面的基底壓力為243.2kPa。

b.加載速率控制。按下式進(jìn)行:

式中 qi——第i級(jí)荷載加載速率，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取4～8kPa/天;

Δpi——第 i級(jí)荷載加載增量，kPa;

ΔTi——第 i級(jí)荷載歷時(shí)，天。

c.加載分級(jí)。估計(jì)容許施加的荷載pi，一般可按斯開(kāi)普敦極限承載力半經(jīng)驗(yàn)公式確定，對(duì)飽和軟黏土可近似按下式計(jì)算:

式中 τfi——天然地基抗剪強(qiáng)度，kPa;

K——安全系數(shù)，建議取 K=1.3～1.5，這里取K=1.3。

如果第一級(jí)荷載p1尚未達(dá)到預(yù)壓荷載pn，可重復(fù)計(jì)算第二級(jí)、第三級(jí)……，只有當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，才可一次性加載(見(jiàn)表2)。

表2 加載設(shè)計(jì)計(jì)算成果

3.3 施工組織設(shè)計(jì)

a.放空庫(kù)容，晾曬淤泥面。泄完庫(kù)區(qū)蓄水，淤泥面涼曬至少30天，使孔隙水蒸發(fā)消散、泥面表層形成硬殼后，可將原壩坡干砌塊石及沙礫料推入淤泥面，輕壓擠密，使其排水固結(jié)。

b.為縮短工期，在淤泥面鋪設(shè)水平排水砂墊層。厚度為0.5m，鋪設(shè)范圍為建基面的淤泥面，墊層鋪好后，采用100kPa的機(jī)械進(jìn)行碾壓，在碾壓過(guò)程中進(jìn)行觀測(cè)，防止出現(xiàn)翻漿或形成橡皮土現(xiàn)象。經(jīng)碾壓后，取試樣實(shí)驗(yàn)，天然地基抗剪強(qiáng)度可提高3倍，即達(dá)到32kPa。第一級(jí)容許施加荷載可提高2倍。

c.加高壩體。經(jīng)計(jì)算共分四級(jí)加載，為防止第一級(jí)加載過(guò)高導(dǎo)致地基失穩(wěn)，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)加載速率按10kPa/天進(jìn)行控制，加載歷時(shí) 10天，荷載增量按100kPa控制，加壩速率為0.49m/天，10天的加壩高度為4.9m;30天后開(kāi)始第二級(jí)加載，加載速率按10kPa/天控制，加載歷時(shí)8天，加荷荷載為180kPa，8天的加壩高度為3.92m;60天后開(kāi)始第三級(jí)加載，加荷荷載為220kPa，加載歷時(shí)4天，4天的加壩高度為1.96m;90天后開(kāi)始第四級(jí)加載，加荷荷載為243.2kPa，3天的加壩高度為1.32m?？偧訅胃叨葹?2.1m，歷時(shí)93天。

4 結(jié)語(yǔ)

a.采用堆載預(yù)壓法在淤泥面軟土層上加壩，荷載大，地基強(qiáng)度不能滿足快速加載的要求，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制加載速率，逐級(jí)加載，分期施工，使地基土的強(qiáng)度不斷提高，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，從而滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

b.在壩前淤泥面上加壩成敗的關(guān)鍵是建基面，一般情況下，在水平鋪筑厚度不小于0.5m的排水墊層后，采用輕型機(jī)械慢速反復(fù)碾壓進(jìn)行觀測(cè)，形成滿足要求的建基面。

c.與壩后加高壩體相比，采用壩前淤泥面上加高壩體，一方面減少了工程量，節(jié)省了投資;另一方面新加壩體與壩前淤泥面結(jié)合良好，形成了完整的防滲鋪蓋，同時(shí)也加固了原壩體，有效防止了下游壩坡滲漏問(wèn)題。

d.采用此法處理軟基在彭陽(yáng)縣雅石溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固取得了較好的效果。該工程已竣工驗(yàn)收并投入使用，壩體未出現(xiàn)裂縫，可為類似工程設(shè)計(jì)及施工提供參考。

彭陽(yáng)縣雅石溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2008年4月開(kāi)工建設(shè)，2010年5月通過(guò)竣工驗(yàn)收，目前工程運(yùn)行正常。■

1 JGJ79—2002.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

2 GB5007—2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.