安寶軍，楊 浩，黃 璐

（1.陜西省西咸新區(qū)灃東新城斗門水庫建設(shè)管理中心，陜西 西安 710000；2.西安昆明池投資開發(fā)有限公司，陜西 西安710000）

陜西省斗門水庫試驗(yàn)段工程位于西咸新區(qū)灃東新城斗門境內(nèi)，魚斗路以南、韋斗路以東，是斗門水庫工程建設(shè)的一部分，由試驗(yàn)段庫區(qū)、圍壩、引退水建筑物等組成，庫區(qū)面積0.53 km2，水面面積0.47 km2，蓄水深度3.67 m，蓄水量155萬m3；庫區(qū)圍壩岸線總長3.5 km，設(shè)計(jì)壩頂高程402.5 m，頂寬20 m；引水管線工程長4.2 km，設(shè)計(jì)引水流量1.5 m3/s；退水管線工程長3.95 km，設(shè)計(jì)退水流量1.5 m3/s。本文結(jié)合工程實(shí)際情況，對該試驗(yàn)段壩基處理方案及圍堰碾壓方案進(jìn)行探析。

1 壩基處理方案

1.1 壩基土層工程性能

斗門水庫位于渭河一級支流灃河右岸一級階地上。根據(jù)勘察試驗(yàn)資料分析：試驗(yàn)段壩基土層由上向下分為三層，①壤土、②淤泥質(zhì)土、③粉質(zhì)壤土。壩基地下水位埋深8.0～9.0 m，水位高程 388.00～389.00 m。壤土①層厚 0.9～1.5 m，干密度 ρd=1.43～1.50 g/cm3.含水量 ω=19.6%～20.9%，塑限 ωp=18.1%～18.5%，濕陷系數(shù) δs=0.030～0.054，濕陷起始壓力 Psh=88～161 kPa；淤泥質(zhì)土②層厚2.5 m左右，干密度ρd=1.38～1.52 g/cm3，含水量ω=21.9%～25.3%，塑限ωp=21.41%～25.8%，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.045，濕陷起始壓力Psh=100～200 kPa；粉質(zhì)壤土③層厚8.0～9.0 m，干密度 ρd=1.50～1.55 g/cm3，含水量 ω=23.4%～25.3%，塑限 ωp=18.7%～19.7%，濕陷系數(shù) δs=0.016～0.080，濕陷起始壓力Psh=58～188 kPa。根據(jù)勘察試驗(yàn)資料計(jì)算分析，水庫試驗(yàn)段壩基以下0～4.0 m的土層具有濕陷性，壩基土層濕陷量計(jì)算值Δs=4.5～16.7 mm，壩基的濕陷等級為Ⅰ級。設(shè)計(jì)要求對壩基面以下0～4.0 m深度內(nèi)的土層進(jìn)行工程處理，處理后壩基土層的濕陷系數(shù)[1]δs＜0.015，承載力特征值 fak≥180 kPa。

1.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)方案

根據(jù)地區(qū)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)段壩基處理設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯，強(qiáng)夯適用處理碎石土、砂土、低飽和度粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土地基等，強(qiáng)夯處理壩基土層的有效加固深度（H）與巖性和單擊夯擊能（E）有關(guān)，根據(jù)陜西關(guān)中地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)壩基土層的含水量（ω）小于塑限（ωp）含水量時(shí)，強(qiáng)夯處理粉質(zhì)粘土和濕陷性黃土地基的有效加固深度（H）與單擊夯擊能（E）關(guān)系如表1，斗門水庫試驗(yàn)段壩基粉質(zhì)壤土③土層含水量（ω）≥塑限含水量（ωp），因此進(jìn)行壩基土層強(qiáng)夯加固有效深度試驗(yàn)研究是必要的。

表1 土層強(qiáng)夯有效加固深度（H）與單擊夯能（E）關(guān)系

根據(jù)壩基土層結(jié)構(gòu)，強(qiáng)夯試驗(yàn)方案選擇了三種，一是單擊夯擊能E=1500 kN·m；二是單擊夯擊能E=2000 kN·m；三是單擊夯擊能E=2500 kN·m，強(qiáng)夯試驗(yàn)設(shè)備選用圓形錘,夯錘重量21.7 t，底面直徑2.5 m，起重機(jī)選用 YTQU型 55 t履帶式起重機(jī)，自動脫鉤裝置.強(qiáng)夯試驗(yàn)方案選用的技術(shù)參數(shù)如表2。

表2 強(qiáng)夯試驗(yàn)方案和夯點(diǎn)累計(jì)沉降量統(tǒng)計(jì)表

1.3 強(qiáng)夯夯點(diǎn)的布設(shè)

為防止強(qiáng)夯過程中對夯點(diǎn)周圍土體造成剪切破壞導(dǎo)致夯坑周圍地面過大隆起，壩基強(qiáng)夯過程分三序次進(jìn)行，其中第一序次、第二序次為主夯、第三序次為滿堂夯，第一序次和第二序次夯點(diǎn)布設(shè)如圖1，第三序次夯點(diǎn)布設(shè)如圖2。

圖1 跳檔施工示意圖

圖2 滿堂夯搭接布置示意圖

第一遍采用夯點(diǎn)中距為6 m，夯點(diǎn)采用正三角形布置，跳檔施工；第二遍夯點(diǎn)在第一遍夯點(diǎn)之間布置，呈梅花樁式布置；第三遍為滿堂夯，每相鄰夯點(diǎn)搭接1/4錘印。

1.4 強(qiáng)夯試驗(yàn)的有效加固深度

壩基強(qiáng)夯試驗(yàn)的有效加固深度和壩基土層濕陷性檢測采用探坑取樣室內(nèi)土工試驗(yàn)法，檢測取樣在設(shè)計(jì)樁號SW0+300～SW0+900m段共挖探井2個，井深5.0m，取樣10組。壩基單擊夯能E=2000kN·m設(shè)計(jì)方案的有效加固深度試驗(yàn)包絡(luò)曲線如圖3。

圖3 地基強(qiáng)夯有效加固深度包絡(luò)曲線（單擊夯擊能2000 kN·m）

從壩基強(qiáng)夯處理后土層的檢測資料來看，單擊夯擊能E=2000 kN·m時(shí)，壩基土層的有效加固深度4.5 m左右，有效加固深度內(nèi)土層的平均干密度從1.55 g/cm3增大到1.60 g/cm3，土層濕陷性基本消除，但強(qiáng)夯的有效加固深度小于地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值。根據(jù)勘察試驗(yàn)資料分析，壩基強(qiáng)夯處理有效加固減小的原因與壩基地下水位埋深淺，粉質(zhì)壤土③層含水量ω大于塑限ωp有關(guān)，即地基土層的含水量大于塑限含水量，孔隙水壓力高對強(qiáng)夯地基的有效加固深度影響明顯。同時(shí)根據(jù)檢測資料分析，單擊夯擊能E=1500 kN·m的施工方案，存在壩基土層的有效加固深度≤4.0 m的可能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求處理深度≥4.0 m的可靠性和保證率較低；單擊夯擊能E=2500 kN·m強(qiáng)夯的施工方案對壩基土層的有效加固深度≥4.5 m，但存在夯錘落距大，施工危險(xiǎn)系數(shù)高的缺點(diǎn)。

壩基強(qiáng)夯處理后，壩基土層承載力特征值檢測采用靜載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)點(diǎn)布設(shè)在設(shè)計(jì)樁號SW0+370 m、SW0+440 m、SW0+560 m處，從靜載試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)成果表（表3）來看,壩基土層強(qiáng)夯處理后承載力特征值fak≥180 kPa,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表3 載荷試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)匯總

綜合分析，壩基強(qiáng)夯處理采用單擊夯擊能為2000 kN·m的施工方案，達(dá)到設(shè)計(jì)要求對壩基土層處理效果的可靠性和保證率高，比較合理。

2 碾壓實(shí)驗(yàn)方案

2.1 碾壓實(shí)驗(yàn)方案及土料特性

筑壩土料碾壓試驗(yàn)場地選擇在庫岸線設(shè)計(jì)樁號SW1+277～SW1+367 段，場地長 90 m，寬 20 m，面積 1800 m2，為了確保試驗(yàn)場地的平整和堅(jiān)實(shí)，在規(guī)劃場地范圍內(nèi)對原地表清表50 cm后，用自行式震動平碾碾壓6遍，檢測其在壓實(shí)度符合壩基要求后找平場地，開始進(jìn)行土料碾壓試驗(yàn)，土料碾壓試驗(yàn)過程如圖4。

圖4 土料碾壓試驗(yàn)過程示意圖

碾壓試驗(yàn)土料采用庫區(qū)挖方土中的壤土，淤泥質(zhì)土的混合土料，土料標(biāo)準(zhǔn)擊室試驗(yàn)的最大干密度ρd max=1.76 g/cm3，最優(yōu)含水量為19.5%。壤土層和淤泥質(zhì)土層的自然含水量分別為21%和27.6%，混合土料的含水率為25.3%，大于標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的最優(yōu)含水量，當(dāng)翻曬土料的含水率達(dá)到17.4%～22.4%后上壩鋪填，碾壓試驗(yàn)土層按30 cm，40 cm，50 cm三種厚度分區(qū)鋪填。

土料碾壓試驗(yàn)選用的設(shè)備有20 t平碾和20 t凸塊碾，碾壓過程分為平靜碾壓和振動碾壓兩種，碾壓遍數(shù)分8,10,12遍三種，土料碾壓試驗(yàn)方案分為三類八種（如表4）。碾壓過程碾跡搭接寬度不小于30 cm，碾壓過程車速按最低車速行駛，震動碾壓震動頻率為30 Hz。

2.2 碾壓試驗(yàn)方案的效果分析

土料碾壓試驗(yàn)壓實(shí)土層壓實(shí)度的檢測采用現(xiàn)場環(huán)刀取樣、室內(nèi)測試法，壓實(shí)土層滲透系數(shù)試驗(yàn)采用試坑單環(huán)滲水和室內(nèi)試驗(yàn)兩種方法。土料碾壓試驗(yàn)，每種施工方案現(xiàn)場取樣室內(nèi)試驗(yàn)12組。8種碾壓試驗(yàn)方案共取樣試驗(yàn)96組，碾壓土層檢測試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)成果如表4。土層碾壓試驗(yàn)鋪層厚度、遍數(shù)與平均壓實(shí)系數(shù)的關(guān)系如圖5。

表4 碾壓試驗(yàn)方案與檢測資料統(tǒng)計(jì)成果比較表

從土料碾壓試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)成果（表4，圖5）來看，土料鋪層厚度30 cm、40 cm，碾壓10遍，和土料鋪層厚度40 cm碾壓12遍，碾壓土層檢測樣本的干密度ρd=1.70～1.75 g/cm3，壓實(shí)系數(shù)0.97～0.99，檢測樣本壓實(shí)度合格率為100%，土料碾壓試驗(yàn)的壓實(shí)效果最好。土料鋪層厚度30 cm、40 cm碾壓8遍，和土料鋪層厚度50 cm，碾壓10遍，碾壓土層檢測樣本的干密度ρd=1.67～1.72 g/cm3，壓實(shí)系數(shù)為 0.95～0.98，檢測樣本壓實(shí)度合格率為91.7%。土料鋪層厚度50 cm，碾壓8遍和碾壓12遍，碾壓土層檢測樣本的干密度ρd=1.67～1.72 g/cm3，壓實(shí)系數(shù)為0.95～0.98，檢測樣本壓實(shí)度合格率為58%～83%，土料碾壓試驗(yàn)的壓實(shí)效果較差。土料鋪層厚度40 cm，碾壓10遍和碾壓12遍的壓實(shí)效果沒有明顯差異。

圖5 土料碾壓試驗(yàn)鋪土層厚與平均壓實(shí)系數(shù)關(guān)系曲線

土料鋪層厚度40 cm，碾壓10遍土層的現(xiàn)場試坑滲水試驗(yàn)和室內(nèi)滲透試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)成果如表5，碾壓土層的滲透系數(shù)K＜1×10-4cm/s，弱透水。

根據(jù)對土料碾壓試驗(yàn)資料整理分析，土料鋪層厚度40 cm，碾壓10遍試驗(yàn)方案的壓實(shí)效果較好。碾壓土層干密度和滲透系數(shù)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方案的優(yōu)點(diǎn)是填筑土層壓實(shí)質(zhì)量的信度高，可靠經(jīng)濟(jì)。

表5 圍壩填筑土層滲透試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)成果表

3 結(jié)語

（1）強(qiáng)夯處理壩基的有效加固深度，不僅與施工采用的機(jī)械設(shè)備、強(qiáng)夯遍數(shù)和壩基土層工程性能有關(guān)，而且與壩基土層的含水量有關(guān)，壩基土層含水量大于塑限，孔隙水壓力高，影響強(qiáng)夯壩基土層的有效加固深度。

（2）強(qiáng)夯處理壩基土層有效加固深度的檢測，采用試坑取樣，室內(nèi)試驗(yàn)，土樣質(zhì)量Ⅰ級是保證檢測資料真實(shí)可信的根本。

（3）斗門水庫試驗(yàn)段壩基土層以淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)壤土為主，土層含水量高。強(qiáng)夯試驗(yàn)單機(jī)夯擊能2000 kN·m，夯擊10遍施工方案，對壩基土層的有效加固深度為4.5 m，有效加固深度內(nèi)土層濕陷性基本消除，承載特征值fak≥180 kPa，滲透系數(shù)K＜1×10-4cm/s，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

（4）筑壩土料碾壓試驗(yàn)方案分三類八種，根據(jù)對碾壓試驗(yàn)土層檢測資料分析，土料鋪層厚度30 cm和40 cm，碾壓10遍，和土料鋪層厚度40 cm碾壓12遍，三種碾壓方案碾壓土層質(zhì)量檢測樣本合格率均為100%，碾壓土層的滲透系數(shù)K＜1×10-5cm/s，弱透水。壩體填筑采用土料鋪層厚度40 cm，碾壓10遍的施工方案可靠經(jīng)濟(jì)。

[1]陜西省計(jì)劃委員會.GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.