堆載預壓法在彭陽縣雅石溝水庫淤泥面加壩中的應用

戴紅梅 王妮娜 李世虎

(寧夏固原市水利勘測設計院 756000)

1 引言

寧夏南部山區的水庫大多建于20世紀六七十年代的多泥沙河流上，受當時特定經濟、技術條件限制，工程設計標準低，功能不全。經過幾十年的運行，水庫泥沙淤積非常嚴重，建筑物不同程度地損壞，存在各種各樣的安全隱患，多數已成為險庫。2000年以來，國家對病險水庫進行除險加固改造，受條件限制，其中相當數量的水庫需要加高大壩，增加庫容，才達到防洪標準要求。

經分析，水庫壩前淤積物為多年沉積的近似飽和的淤泥質土，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低的特性，以軟土作為地基進行大壩加高，施工過程中存在孔隙水壓力過高、變形過大、承載強度低、容易產生滑坡等問題。常用的處理方法有擠密法、砂井碎石墊層法、堆載預壓法等。前兩種方法是在淤泥面鋪設碎石、砂礫墊層，然后按設計要求的孔徑、孔距成孔并清孔、洗孔和泥漿護壁，孔內注入水泥土或砂礫、碎石進行擠密，一則可以提高現狀淤泥面的承載能力，二則能夠加速淤泥固結排水，增加抗滑能力，其缺點是施工難度大，投資高。采用堆載預壓法，利用堆載物自身重量對地基施壓，在不超過地基允許承載力的情況下，逐級加載，確保地基的穩定性。此法具有施工簡單、投資省的優點。

2 工程概況

彭陽縣雅石溝水庫位于涇河一級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，2008年列入寧夏小型病險水庫除險加固計劃。工程建于1978年，流域面積44.0km2，大壩為碾壓式黃土均質壩，最大壩高43.1m，總庫容832.6萬m3，淤積深度38.5m，屬小(1)型水利樞紐工程。本次除險加固的主要內容為:?壩體在淤泥面加高7.5m，總庫容達到1339.6萬m3，加壩增容507萬m3;?新建泄洪和輸水建筑物。

寧夏水利水電勘測設計研究院完成的《彭陽縣雅石溝水庫工程地質勘察報告》表明:庫區淤積土()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，其物理力學指標見表1。

表1 庫區淤積土物理力學指標

3 堆載預壓法設計

3.1 加固原理

堆載預壓法是指在建筑物或構筑物建造前，先在擬建基礎上施加或分級施加與其相當的荷載，對地基土進行預壓處理，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度，提高地基承載力和穩定性;同時可減小土體的壓縮性，消除沉降量，以便在使用期間不致產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地基施壓，使淤泥地基最終達到設計承載力要求。

3.2 加載設計

a.荷載計算。預壓荷載根據設計要求確定，一般采用等載預壓，即預壓荷載采用基底壓力，壓實度按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，經計算建基面的基底壓力為243.2kPa。

b.加載速率控制。按下式進行:

式中 qi——第i級荷載加載速率，初步設計時可取4～8kPa/天;

Δpi——第 i級荷載加載增量，kPa;

ΔTi——第 i級荷載歷時，天。

c.加載分級。估計容許施加的荷載pi，一般可按斯開普敦極限承載力半經驗公式確定，對飽和軟黏土可近似按下式計算:

式中 τfi——天然地基抗剪強度，kPa;

K——安全系數，建議取 K=1.3～1.5，這里取K=1.3。

如果第一級荷載p1尚未達到預壓荷載pn，可重復計算第二級、第三級……，只有當天然地基土的強度滿足預壓荷載下地基的穩定性要求時，才可一次性加載(見表2)。

表2 加載設計計算成果

3.3 施工組織設計

a.放空庫容，晾曬淤泥面。泄完庫區蓄水，淤泥面涼曬至少30天，使孔隙水蒸發消散、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。

b.為縮短工期，在淤泥面鋪設水平排水砂墊層。厚度為0.5m，鋪設范圍為建基面的淤泥面，墊層鋪好后，采用100kPa的機械進行碾壓，在碾壓過程中進行觀測，防止出現翻漿或形成橡皮土現象。經碾壓后，取試樣實驗，天然地基抗剪強度可提高3倍，即達到32kPa。第一級容許施加荷載可提高2倍。

c.加高壩體。經計算共分四級加載，為防止第一級加載過高導致地基失穩，依據工程經驗加載速率按10kPa/天進行控制，加載歷時 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天后開始第二級加載，加載速率按10kPa/天控制，加載歷時8天，加荷荷載為180kPa，8天的加壩高度為3.92m;60天后開始第三級加載，加荷荷載為220kPa，加載歷時4天，4天的加壩高度為1.96m;90天后開始第四級加載，加荷荷載為243.2kPa，3天的加壩高度為1.32m。總加壩高度為12.1m，歷時93天。

4 結語

a.采用堆載預壓法在淤泥面軟土層上加壩，荷載大，地基強度不能滿足快速加載的要求，施工時必須嚴格控制加載速率，逐級加載，分期施工，使地基土的強度不斷提高，結構趨于穩定，從而滿足設計承載力要求。

b.在壩前淤泥面上加壩成敗的關鍵是建基面，一般情況下，在水平鋪筑厚度不小于0.5m的排水墊層后，采用輕型機械慢速反復碾壓進行觀測，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，節省了投資;另一方面新加壩體與壩前淤泥面結合良好，形成了完整的防滲鋪蓋，同時也加固了原壩體，有效防止了下游壩坡滲漏問題。

d.采用此法處理軟基在彭陽縣雅石溝水庫除險加固取得了較好的效果。該工程已竣工驗收并投入使用，壩體未出現裂縫，可為類似工程設計及施工提供參考。

彭陽縣雅石溝水庫除險加固工程于2008年4月開工建設，2010年5月通過竣工驗收，目前工程運行正常。■

1 JGJ79—2002.建筑地基處理技術規范［S］.

2 GB5007—2002.建筑地基基礎設計規范［S］.