黃仁水庫(kù)震動(dòng)液化評(píng)價(jià)與抗震加固設(shè)計(jì)

何 洋，尹 剛

（山東天源水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 菏澤 274000）

黃仁水庫(kù)位于山東省蒙陰縣垛莊鎮(zhèn)西山角村南，系淮河流域沂河水系蒙河支流黃仁河上的一座中型水庫(kù)。水庫(kù)始建于20世紀(jì)70年代，受當(dāng)時(shí)工程技術(shù)條件的限制，水庫(kù)自建成后經(jīng)歷了多次維修，但并沒有從根本上解決危及水庫(kù)安全的隱患。目前，水庫(kù)仍然存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差等問題，嚴(yán)重制約著工程效益的發(fā)揮，并威脅下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，亟待進(jìn)行整治。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，壩址區(qū)相應(yīng)地震設(shè)防烈度為7度，并且在地震設(shè)防烈度7度情況下，上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)低于規(guī)范值；上游砂殼和壩基砂層相對(duì)密度分別為0.46和0.35，存在液化可能。

1 震動(dòng)液化評(píng)價(jià)

對(duì)壩殼砂、壩基砂土震動(dòng)液化進(jìn)行評(píng)價(jià)：

1.1 地震液化的初判

1）水庫(kù)在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，壩體上游的砂殼、壩基砂層處于飽和狀態(tài)，其黏粒含量約在1.4%～8.5%范圍內(nèi)，小于液化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)16%，因此初判為可能液化土。

2）由于壩體下游砂殼處于非飽和狀態(tài)，不具備發(fā)生液化的基本條件，可直接判為不液化。

1.2 地震液化的復(fù)判

上游砂殼的成份主要為碎石土，但內(nèi)部組合并不均勻，砂殼上部以塊石居多，因此對(duì)局部風(fēng)化造成的礫質(zhì)粗砂進(jìn)行地震液化判定只采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法。砂殼下部以礫質(zhì)粗砂為主，壩基砂層地震液化判別采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法和相對(duì)密度法相結(jié)合的方法。

1）壩前砂殼地震液化復(fù)判。標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法判別公式為：

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)貫入點(diǎn)深度和地下水位在試驗(yàn)地面以下的深度，不同于工程正常運(yùn)用時(shí)，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)應(yīng)按下式進(jìn)行校正，并應(yīng)以校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N63.5作為復(fù)判依據(jù)。

其中：N′63.5為實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；Ncr，N0分別為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值和基準(zhǔn)值；ds為工程正常運(yùn)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m；dw為工程正常運(yùn)用時(shí)，地下水位在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m；當(dāng)?shù)孛嫜蜎]于水面時(shí)，dw取 0；d′s和 d′w為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí)各對(duì)應(yīng)的深度值；ρc為土的黏粒含量重量百分率，當(dāng)小于3%或?yàn)樯巴習(xí)r,應(yīng)采用3%。

對(duì)水庫(kù)進(jìn)行勘察時(shí)庫(kù)水位為164.52 m，接近興利水位164.93 m，因此取 N63.5=N′63.5；土工試驗(yàn)得出壩前砂殼、壩基砂層的黏粒含量均不超過(guò)3%，故ρc取值為3%，運(yùn)用上述公式計(jì)算得到壩前砂殼液化判別成果，如表1所示。分析表1可知，上游砂殼的礫質(zhì)粗砂存在液化的可能。

表1 壩前砂殼液化判別成果表

2）壩基砂層地震液化復(fù)判。采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法判別壩基砂層地震液化與否結(jié)果如表2所示，由表2知，壩基的礫質(zhì)粗砂存在液化的可能。

表2 壩基砂層液化判別成果表

相對(duì)密度法評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為：在地震動(dòng)峰值加速度0.10 g條件下，如果飽和無(wú)黏性土的相對(duì)密度不超過(guò)0.70，則可判為可能液化土。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，壩前礫質(zhì)粗砂相對(duì)密度平均值為0.46，判為可能液化土；現(xiàn)狀河床壩基砂層相對(duì)密度平均值為0.35，仍小于液化臨界相對(duì)密度值0.70，壩基砂層判為可能液化土。綜合分析，認(rèn)為在地震動(dòng)峰值加速度0.10 g（相應(yīng)地震基本烈度7度）條件下，壩基砂、上游砂殼砂存在液化的可能，建議采取相應(yīng)的工程處理措施，進(jìn)行抗震加固。

2 壩前坡抗震加固設(shè)計(jì)

2.1 大壩抗震加固范圍確定

上游砂殼在較大深度范圍內(nèi)處于飽和狀態(tài)，屬于液化料，在地震情況下存在液化可能。參考相關(guān)資料、動(dòng)力反應(yīng)分析計(jì)算成果以及大壩測(cè)量斷面分析，確定本工程上游砂殼加固范圍在大壩樁號(hào)0+050～0+470段，壩前高程157.5 m以上部分砂殼采用機(jī)械翻壓；對(duì)0+245+0+460段壩前拋石壓重，增加液化砂料的上覆壓力,高程157.5 m以下進(jìn)行抗震加固處理。

2.2 大壩抗震加固方案

為保證工程質(zhì)量與加固效果，大壩抗震加固方案采用上部翻壓與下部振沖相結(jié)合方案。

1）上部翻壓方案。對(duì)高程157.5 m以上砂殼翻壓、補(bǔ)土，壩坡補(bǔ)土、翻壓采用履帶拖平機(jī)結(jié)合振動(dòng)碾壓實(shí)，翻壓厚度垂直壩坡面在高程157.5 m處為5 m，壩頂處為2.5 m，開挖坡比 1∶2；鋪筑施工中，每層土的厚度不超過(guò)0.6 m，碾壓遍數(shù)控制在3～5遍，具體施工參數(shù)應(yīng)在開工前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到，保證壓實(shí)后砂殼相對(duì)密度大于0.75。

原上游護(hù)坡石、防浪墻、下游排水體及大壩裹頭處砌石拆除后，全部運(yùn)至大壩上游0+245～0+460段水下拋石壓重，上游壩腳拋石壓重平臺(tái)頂高程為158.5 m，平臺(tái)頂寬21.0 m，外邊坡1∶1.5，拋石壓重平臺(tái)施工前應(yīng)對(duì)壩坡及壩腳壓重平臺(tái)范圍內(nèi)淤泥用淤泥泵進(jìn)行清除，使壓重體直接座落在壩坡及原始河床上。

2）下部振沖方案。振沖加固地基具有操作方便、施工快的特點(diǎn)，并且容易對(duì)壩基加固質(zhì)量進(jìn)行控制。通過(guò)振沖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有砂殼顆粒的重新排列，減少顆粒之間的孔隙，達(dá)到提高砂殼相對(duì)密實(shí)度、抗剪強(qiáng)度和抗液化能力的目的。工程設(shè)計(jì)振沖方案為在拋石壓重時(shí)人工砌堆石壩（內(nèi)坡比控制在 1∶1，頂寬為 2～9 m），砌石壩與壩坡間回填其他工程施工中所開挖的砂石料，回填至157.50 m高程；在填筑碎石料區(qū)與翻壓區(qū)高程157.50 m以上形成寬15～26 m的振沖施工區(qū)，振沖加固范圍0+245～0+460。高程157.50 m以下為振沖施工區(qū)域，利用振沖器從外圍樁逐步向內(nèi)施工；在振沖施工區(qū)開鉆孔，并向孔內(nèi)分批填入碎石等堅(jiān)硬材料，制成孔形樁體，提高壩坡、壩基的抗液化能力。

3 結(jié)語(yǔ)

受建庫(kù)時(shí)經(jīng)濟(jì)或技術(shù)的限制，許多水庫(kù)在后期運(yùn)行中不斷出現(xiàn)壩體滲漏、地震液化等安全隱患，因此需要有針對(duì)性地對(duì)水庫(kù)部位進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工，黃仁水庫(kù)壩殼砂、壩基砂土經(jīng)震動(dòng)液化評(píng)價(jià)為可能液化，工程依據(jù)震動(dòng)液化評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)大壩的抗震加固施工方案進(jìn)行指導(dǎo)，效果良好。