彭陽縣雅石溝水庫除險加固技術淺析

【摘要】本文主要介紹采用軟基排水溝和坡腳塊石壓重法及堆載預壓法相結合在水庫除險加固工程中的應用，通過軟基排水設置及加載速率及荷載分級控制，分期施工，使淤泥地基最終達到設計承載力要求。由于采用此法處理軟基效果較好，為類似工程施工提供了經驗，以供借鑒。

【關鍵詞】軟基排水溝；堆載預壓法；寧夏彭陽縣

Pengyang Ya reservoir reinforcement technology of gully

Yang Zhi

（Ningxia PengYang WaterPengyangNingxia756500）

【Abstract】This paper describes the use of soft foundation stone gutters and toe weights method and Preloading in Combination reservoir reinforcement engineering applications， settings， and loading rate and load hierarchical control through soft ground drainage， stage construction， so silt foundation ultimately bearing capacity requirements. As a result of this method is better treatment of soft foundation for similar projects provide experience for reference.

【Key words】Soft foundation drains；Preloading law；Ningxia PengYang

1. 工程概況

（1）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。該水庫建于1978年，流域面積44.0 km2，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（一）型水利樞紐工程。本次除險加固的主要內容有：（1）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；（2）新建泄洪和輸水建筑物。

（2）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》告表明：庫區淤積土（Q42al）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。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地質特性，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。

2. 除險加固技術淺析

2.1軟基排水溝及坡腳塊石壓重法。

軟基排水溝布置為縱向和橫向，縱向排水溝平行于壩軸線布設，共三道，平均間距7.4mm。一、二道排水溝斷面尺寸：寬度1.5m，深度1.5m，排水溝填料由砂、卵礫石和塊石組成，并且滿足反濾要求：砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度0.7m，粒徑大于300mm；第三道排水溝即坡腳塊石壓重區，斷面尺寸：平均寬度2.0m，高度2.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度1.2m，粒徑大于300mm；橫向排水溝垂直于壩軸線，共設八道，平均間距50米，其坡度不宜超過1%，排水溝斷面尺寸：寬度1.0m，深度1.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.3m， 粒徑5～20mm；塊石層平均厚度0.4m，粒徑大于300mm。格網帶形成后，內填0.3m厚的碎石。

2.2堆載預壓法。

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，以增長土體的抗剪強度，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。

（1）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（加載計算成果表見表1）。

2.3加壩速率控制法。

考慮由于施工速度過快，在淤泥質土中產生了過大的孔隙壓力，導致下墊砂層排水來不暢、固結慢，易出現裂縫和滑坡現象，設計要求控制加壩速率，即將壩體加高填筑分為幾個階段，以便使壩基上產生的孔隙壓力隨時間的推移有一個消散過程。根據已建成類似工程的實踐經驗，該水庫土壩加高填筑共分為四期施工，每期填筑高度大約為總高差的1/6即3.0m為宜。第一期第一層填筑土料含水量控制在10%左右，鋪土厚度40～50cm，以便吸濕淤泥面水分，并避免重型機械碾壓；每期填筑完成后，埋設固定沉降觀測樁，每天觀測1次，10～15天后，當每天沉降量小于1cm時，可以進行下一期的壩體填筑。

3. 施工注意事項

（1）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，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。

（2）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32 KPa。第一級容許施加荷載可提高2倍。

（3）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級失穩，依據工程經驗加載速率按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。

4. 結束語

（1）采用軟基排水溝和坡腳塊石壓重法和堆載預壓法相結合在淤泥面軟土層上加壩，荷載大，地基的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。

（2）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。

（3）采用壩前淤泥面上加高壩體與壩后加高壩體相比，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良好的結合，形成了完整的防滲鋪蓋，同時也加固了原壩體，有效防止下游壩坡滲漏問題。

（4）由于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，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2008年4月開工建設，2010年5月完工，2012年通過竣工驗收，目前工程運行正常。

參考文獻

[1]《建筑地基處理技術規范》，中國建筑工業出版社，2002年.

[2]《建筑地基基礎設計規范》，中國建筑工業出版社，2002年.

[3]《彭陽縣雅石溝水庫工程地質勘察報告》，寧夏水利水電勘測設計研究院，2007年.

[作者簡介] 楊智（1977.8-），職稱：水利工程師，工作單位：寧夏固原市彭陽縣水務局，男，2005年6月畢業寧夏大學。