寧夏南部山區水庫工程壩基處理經驗淺析

【摘 要】本文主要介紹幾種水庫工程壩基處理的方法，通過對新建和除險加固水庫工程壩基地質成因分析，運用比較成熟、先進的設計、施工技術，提出切合可行的技術方案。為壩基處理提供成功范例，供同類工程借鑒和參考。

【關鍵詞】水庫；壩基處理；經驗；寧夏固原

【Abstract】This article describes several methods dam reservoir engineering process， engineering geological genesis of the new dam and reservoir reinforcement analysis， the use of more mature， advanced design， construction technology， in line with a viable technical solution proposed. For the foundation treatment provided a successful example for similar projects and references.

【Key words】Foundation Treatment；Reservoir of experience；Guyuan

固原市位于寧夏回族自治區南部，全市轄四縣一區，共62個鄉鎮、3個街道辦事處、30個居委會、870個村委會，土地面積10583Km2，約占寧夏總面積的15.93%。全市現有水庫187座，總庫容8.78億m3，其中大（二）型1座、中型21座、小（一）型91座、小（二）型水庫74座。

1. 新建水庫工程

1.1 預浸水法在Ⅲ-Ⅳ級濕陷性黃土壩基處理中的應用。

1.1.1 工程概況。

撒臺水庫位于屬清水河一級支流莧麻河流域，水庫控制面積239Km2，設計壩高55.8m，總庫容1040萬m3。地質勘探資料顯示，水庫兩岸Ⅱ級階地分布有第四系全新統沖積壤土，層厚48～50m，濕陷深度13～18m， 自重濕陷系數為0.037，總濕陷量1767.5mm，屬Ⅳ自重濕陷性場地。

1.1.2 浸水坑及砂井布置。

水庫壩基兩岸均做浸水處理，總面積5000m2左右，設計浸水坑深0.5m，按25×20m控制，共需浸水坑11個。砂井設計孔徑為150mm，井距3m，呈梅花狀布置，井深為10～15m，成井后，充填碎石，然后注水浸泡，坑內水深保持在0.3m以上。

1.1.3 浸水時間。

依據《濕陷性黃土地區建筑規范》規定，設計采用兩次浸泡處理，第一次浸泡難以徹底消除黃土濕陷性且時間長，第二次浸泡的作用是增加和加固處理濕陷效果，浸水時間在70～100天，可以消除濕陷量的90%以上。

1.1.4 濕陷觀測。

濕陷觀測包括地層濕陷觀測、地表變形觀測和耗水量變化觀測等內容。在預浸水前對各個浸水坑先觀測一次，然后開始注水，浸水初期，每日定時觀測一次，后期如濕陷量變小，可改為3天觀測一次。判斷濕陷變形穩定的標準應符合《濕陷性黃土地區建筑規范》規定，即最后5天的平均濕陷量小于5mm，可認為濕陷觀測完成。

1.1.5 濕陷評價與分析。

經過浸水預沉處理，地質復勘表明：原Ⅳ級自重濕陷性已完成消除，上部變為Ⅰ級非自重濕陷，經過夯實處理后可進行土壩施工。該水庫通過了寧夏自治區水利廳、發改委組織的竣工驗收。

1.2 擠密法在Ⅰ-Ⅱ級濕陷性黃土壩基處理中的應用。

1.2.1 工程概況。

長易河水庫工程屬葫蘆河一級支流，控制流域面積103Km2，設計壩高29.0m，庫容993萬m3，屬小（一）型水庫；工程樞紐由土壩、輸水建筑物及泄水建筑物組成。地質資料表明：壩址區地層主要巖性有第四系全新統沖洪積壤土，含礫粗砂、角礫 ，第三系中新統含礫的砂質泥巖，兩岸的Ⅰ、Ⅱ級階地為第四系全新統沖積壤土，最大厚度大于15m，濕陷厚度在 10～15m之間，均屬Ⅱ級自重濕陷性場地。

1.2.2 擠密孔布置，孔心距計算。

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004規定，擠密孔的孔位按正三角形布置，孔心距按下式計算：

壩基兩岸共布置擠密孔924個，直徑30cm，平均孔深12m，總進尺11439 m。

1.2.3 擠密法注意事項。

（1）孔底在填料前必須夯實。

（2）機械擠密，在基底下宜設置0.50m的灰土墊層。

（3）擠密填料為3：7灰土，宜分層回填夯實。擊實實驗表明：3：7灰土最優含水率為17.5%，最大密度1.57g/cm3，壓實系數不宜小于0.97，填料干密度控制在1.523g/cm3以上。

1.2.4 擠密效果分析。

2011年8月，地勘部門對水庫濕陷性黃土擠密后的壩基進行地質勘探和檢測。成果表明：原Ⅱ級自重濕陷性黃土場地變為Ⅰ級非濕陷性黃土，按《規范》判斷分析，壩基黃土濕陷性得以消除，擠密法處理取得良好的效果，滿足水庫建設需要。該水庫于2012年6月竣工，并通過了寧夏自治區水利廳、發改委組織的竣工驗收。

2. 病險水庫除險加固工程

2.1 堆載預壓法在水庫淤泥面加壩中的應用。

2.1.1 工程概況。

雅石溝水庫位于涇河一級支流安家川河上游雅石溝上，流域面積44.0 Km2，最大壩高43.1m，總庫容832.6萬m3，淤積深度38.5m，屬小（一）型水庫。除險加固的主要內容有：（1）壩體在淤泥面加高7.5m，（2）新建泄洪和輸水建筑物。

2.1.2 加固原理。

堆載預壓法是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，以增長土體的抗剪強度，提高地基承載力和穩定性，在使用期間不致產生有害的沉降和沉降差，使淤泥地基最終達到設計承載力要求。

2.1.3 加載設計。

（1）荷載計算：預壓荷載根據設計要求確定，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243.2kPa。

（2）加載速率控制：qi=Δpi/ΔTi

式中：qi——第i級荷載加載速率，初步設計時可取4～8 KPa/d；

Δpi——第i級荷載加載增量（kPa）；

ΔTi——第i級荷載歷時（d）。

（3）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：

pi≈5.52τfi/K

式中：τfi─為天然地基抗剪強度（kPa）；

K─為安全系數，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、三……，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，可一次性加載。

2.1.4 堆載預壓法效果分析。

（1）設計加載速率按10KPa/d進行控制，加載歷時10d，荷載增量按100KPa控制，加壩速率為0.49m/d，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/d控制，加載歷時8d，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4d，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93d。

（2）由于采用此法處理軟基在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。

2.2 砂井排水法在水庫淤泥面加壩中的應用。

2.2.1 工程概況。

石峽口水庫地處清水河一級支流-西河流域出口處，流域面積為1910Km2，最大壩高75.9米，總庫容24944萬立方米，為中型水庫。除險加固的主要內容有：（1）壩體在淤泥面加高6.0m；（2）改造泄洪和輸水建筑物。

2.2.2 主要技術措施。

（1）在加壩淤泥面上布設孔徑為0.3m、孔距5.0m砂井，內填粒徑為3～5cm碎石，孔底距離原壩坡0.5m，不穿透原壩坡，孔深布置在2～12m之間。在沙井頂部鋪筑0.5m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連同，在碎石墊層上進行加壩，覆重后，砂井可起到加速淤泥固結排水的作用，水通過砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫內。

（2）壩體設計控制指標：由于加壩后土壩為高壩，壓實度控制在98%以上，土壤含水率控制在最優含水率13.8%的-2%～+3%之間。

2.2.3 砂井排水法效果分析。

土壩加高完成后，經過一年的試運行，壩體沒有出現裂縫和滑坡跡象。該水庫于2010年6月竣工，并通過了寧夏自治區水利廳、發改委組織的竣工驗收。

3. 結語

寧夏固原市新建、病險水庫加固水庫工程壩基處理技術運用，為寧夏南部山區水庫建設提供了詳實可供參考的資料，這些方法處理水庫壩基具有施工簡單、投資低、效果好的優點，具有一定的指導作用和推廣價值。

參考文獻

[1] 顧淦臣、陳明致等.土壩設計[M].水利電力出版社.1978年.

[2] 白永年、吳士寧等. 土石壩加固[M].北京：水利水電出版社.1991年.

[文章編號]1619-2737（2015）06-20-648

[作者簡介] 潘春玲（1978.11-），女，學歷：農學學士，職稱：高級工程師，2001年6月畢業寧夏大學，長期從事水利工程設計。