擠密法在西吉縣長(zhǎng)易河水庫(kù)濕陷性黃土壩基處理中的應(yīng)用

【摘 要】通過對(duì)水庫(kù)壩基濕陷性黃土分析，提出切實(shí)可行的基礎(chǔ)處理方案。

【關(guān)鍵詞】擠密法；濕陷性黃土；處理；寧夏西吉

Squeeze the secret law in the the Xiji magistrate Yi River Reservoir collapsible loess dam foundation Processing

Kang Kai-jian，Hu Qiang，Li Shi-hu

(The Guyuan Water Survey and Design Institute Guyuan Ningxia 756000)

【Abstract】Collapsible loess reservoir dam wet analysis， the practical basis of treatment options.

【Key words】Compaction method;Collapsible loess;Processing;Xiji

濕陷性黃土廣泛分布于我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)，寧夏回族自治區(qū)主要分布在南部山區(qū)的固原市，并以馬蘭黃土為主。長(zhǎng)期以來，由于受資金短缺、施工技術(shù)所限，加之認(rèn)識(shí)不夠，寧南山區(qū)大批水庫(kù)修建在未經(jīng)處理的濕陷性黃土基礎(chǔ)之上，經(jīng)過多年的運(yùn)行，出現(xiàn)了各種各樣的安全隱患，如壩體裂縫多、建筑物損壞等，已嚴(yán)重影響到工程正常運(yùn)行和效益的發(fā)揮，管理單位每年消耗大量的人力、物力進(jìn)行維護(hù)修善，但效果不理想。近年來才逐漸認(rèn)識(shí)到濕陷性黃土壩基處理的重要性，并開始探索有效的處理方法。濕陷性黃土常用的方法有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、預(yù)浸水法，這些方法在工業(yè)及民用建筑中普遍使用。擠密法是濕陷性黃土壩基處理中常用的方法之一，適宜于濕陷性黃土厚度 5～15 m，自重濕陷量△zs在 70～350mm之間，自重濕陷系數(shù)在0.03≤δs≤0.07之間的Ⅱ級(jí)（中等）濕陷性黃土基礎(chǔ)。2009年在寧夏固原市西吉縣長(zhǎng)易河水庫(kù)工程建設(shè)中首次采用擠密法對(duì)壩肩一級(jí)階地濕陷性黃土壩基進(jìn)行處理，取得了良好的效果。

1. 工程概況

長(zhǎng)易河水庫(kù)工程位于西吉縣興隆鎮(zhèn)團(tuán)莊村，屬葫蘆河一級(jí)支流，是黃河流域水土流失嚴(yán)重的地區(qū)之一，也是該縣自然條件最差、經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢的貧困帶片。該水庫(kù)工程為碾壓式黃土均質(zhì)壩，控制流域面積103Km2，設(shè)計(jì)最大壩高29.0m，壩頂寬6.0m，壩頂長(zhǎng)390m，總庫(kù)容993萬m3，其中淤積庫(kù)容600.4萬m3，興利庫(kù)容50.5萬m3，調(diào)洪庫(kù)容393.5萬m3，屬小（一）型水庫(kù)，工程樞紐由土壩、輸水建筑物及泄水建筑物組成，2009年開工建設(shè)。

壩址區(qū)地層主要巖性有第四系全新統(tǒng)沖洪積壤土，含礫粗砂、角礫 (Q4laL+pL)，第三系中新統(tǒng)含礫的砂質(zhì)泥巖(N1h)。河床分布有第四系全新統(tǒng)沖洪積角礫 (Q42apL)，其厚度在1～1.5m，滲透系數(shù)6.0×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層；兩岸的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地為第四系全新統(tǒng)沖積壤土(Q41aL)，最大厚度大于15m，左岸濕陷厚度在 10～15m之間，右岸濕陷厚度在 12～15m之間，均屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性場(chǎng)地；壤土下部為第四系全新統(tǒng)沖洪積含礫粗砂層(Q41apL)，厚約3m，為強(qiáng)透水層，K=6×10-2cm/s，埋深于溝底以下6m；第四系沖洪積層下部為第三系中新統(tǒng)紅柳溝組(N1h)含礫的砂質(zhì)泥巖，其強(qiáng)風(fēng)化厚度2m，中等風(fēng)化厚度3m。濕陷性壤土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

2. 壩基處理

2.1 濕陷性黃土面積確定。

根據(jù)長(zhǎng)易河水庫(kù)實(shí)測(cè)的1/500地形圖，結(jié)合工程地質(zhì)勘探成果報(bào)告，經(jīng)量算，水庫(kù)壩址區(qū)域濕陷性黃土面積為：左岸長(zhǎng)×寬＝60.0m×21.0m＝1260 m2，左岸長(zhǎng)×寬＝60m×5.0m＝300 m2，合計(jì)1560 m2。

2.2 擠密孔布置，孔心距計(jì)算。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004規(guī)定，擠密孔的孔位按正三角形布置，孔心距按下式計(jì)算：

S=0.95cρdmaxD2-ρd0d2cρdmax-ρd0

式中：S——孔心距（m）；

D——擠密填料孔徑（m）

ρd0 ——地基擠密前壓縮層范圍內(nèi)各層平均干密度（g/cm3），取樣檢測(cè)值為1.374（g/cm3）；

ρdmax——擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度（g/cm3）， ρdmax=1.75g/cm3；

c——擠密填孔（達(dá)到Ｄ）后，3個(gè)孔之間土的平均擠密系數(shù)不宜小于0.93。

當(dāng)擠密處理深度大于12m，但小于15m時(shí)，可預(yù)鉆孔，其直徑（d）為0.25～0.30m；擠密填料孔直徑（D）宜為0.50～0.60m。

將相關(guān)數(shù)據(jù)確定后，計(jì)算孔心距為：

當(dāng)d取0.3m，D取0.6m時(shí)：

S=0.95 0.93×1.75×0.62-1.374×0.320.93×1.75-1.374

＝1.28m 取S=1.3m

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，壩基共布置擠密孔924個(gè)，平均深12m，總進(jìn)尺11439 m，其中左岸746 個(gè)，進(jìn)尺 8947m，右岸178個(gè)，進(jìn)尺2492m。

2.3 擠密法注意事項(xiàng)。

（1）孔底在填料前必須夯實(shí)。

（2）成孔擠密，應(yīng)間隔分批進(jìn)行，成孔后及時(shí)夯實(shí)，當(dāng)為局部處理時(shí)，應(yīng)由外向里施工。

（3）機(jī)械擠密，在基底下宜設(shè)置0.50m的灰土墊層。

（4）擠密填料為3:7灰土，宜分層回填夯實(shí)。擊實(shí)實(shí)驗(yàn)表明：3:7灰土最優(yōu)含水率為17.5%，最大密度1.57g/cm3，壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.97，填料干密度控制在1.523g/cm3以上。填料層厚度和夯實(shí)質(zhì)量，可以通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定。

（5）擠密填孔后，3個(gè)孔之間土的最小擠密系數(shù)不宜小于0.88（乙類建筑物），可按下式計(jì)算。

ηdmax=ρd0ρdmax

式中：ρd0 ——擠密填孔后，3個(gè)孔之間形心點(diǎn)部位土的干密度（g/cm3）。

（6）擠密前，濕陷性黃土的飽和度Sr≤65%，否則需進(jìn)行脫水處理，以免影響擠密效果。

（7）擠密完成后，待地質(zhì)部門取樣檢測(cè)合格，方可進(jìn)行下道序的施工。

（8）檢測(cè)點(diǎn)的位置在距孔心2/3孔半徑處。

3. 擠密效果分析

2011年6月，西吉縣水利工程責(zé)任有限公司完成了長(zhǎng)易河水庫(kù)濕陷性黃土壩基全部擠密處理工作，同年8月委托寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司地勘分公司對(duì)該水庫(kù)濕陷性黃土擠密后的壩基進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘探和檢測(cè)。成果表明，壩基濕陷性黃土擠密后，上部2～4m原Ⅱ級(jí)（中等）自重濕陷性黃土場(chǎng)地變?yōu)棰窦?jí)非自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷系數(shù)下降為0.013；下部土層原Ⅱ級(jí)（中等）自重濕陷性黃土場(chǎng)地變?yōu)榉菨裣菪渣S土，自重濕陷量△zs=29.6mm≤70mm。按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004規(guī)定判斷分析，壩基黃土濕陷性得以消除，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)顯示擠密法處理取得良好的效果。

4. 結(jié)束語

西吉縣長(zhǎng)易河水庫(kù)工程濕陷性黃土壩基采用擠密法處理的運(yùn)用，開創(chuàng)了寧夏南部山區(qū)新建水庫(kù)、病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程濕陷性黃土壩基處理的先例。該方法處理濕陷性黃土壩基具有施工簡(jiǎn)單、投資低、效果好的優(yōu)點(diǎn)，為其它類似工程提供了詳實(shí)可供參考的資料，具有一定的指導(dǎo)作用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］ 顧淦臣、陳明致等，《土壩設(shè)計(jì)》，水利電力出版社，1978.

［2］ 朱建業(yè)、邵維中等，《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.

［3］ 《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，》GB50025-2004，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.