朱紅興 , 張國林

(云南建工集團有限公司, 云南 昆明, 650041)

青山嘴水庫一期基礎工程強夯效果分析

朱紅興 , 張國林

(云南建工集團有限公司, 云南 昆明, 650041)

以青山嘴水庫一期基礎工程為具體實例, 研究了強夯處理在增加重型動力貫入10 cm最小擊數(shù)、提高地基承載力、增加干密度以及降低含水率等方面的效果. 通過對試驗測定的相關數(shù)據(jù)分析表明： 強夯能使重型動力觸探貫入10 cm最小錘擊數(shù)增加417.46%～600%, 地基承載力提高119.44%～163.98%, 土體干密度增加7.18%～8.23%, 土體含水率下降4.93%～45.14%, 說明強夯效果非常顯著.

強夯; 重型動力觸探; 地基承載力; 干密度; 含水率

1 工程概況

本工程為青山嘴水庫一期基礎強夯, 里程樁號K0+170—K0+441.5m, 基礎強夯面積總計45 432 m2,其中上游基礎強夯24 172 m2, 下游基礎強夯21 260 m2. 青山嘴水庫位于楚雄市鹿城鎮(zhèn)境內(nèi)的龍川江上, 主要服務于防洪、灌溉以及城市用水等. 青山嘴水庫由攔河主壩、副壩、輸水隧洞、溢洪道、導流泄洪隧洞組成. 主壩為粘土心墻石碴壩, 壩高41.5 m, 壩頂長449.22 m；設計總庫容1.08 × 108m3, 為大(二)型水庫.

壩基地形及地質(zhì)： 主壩河段為“Z”型, 河谷兩岸成“U”型, 右岸部分地段地勢陡峭, 左岸地勢較平緩, 表層為砂性黏土夾雜碎石, 厚度為0～5 m. 灘地面積較大, 上部為粉質(zhì)土或細砂, 為第四系沖洪積層, 強度低、壓縮性很強. 下部為礫石、漂石層, 并夾有孤石等, 分布不均勻, 中—高壓縮性. 河床洪積層存在動荷載作用下的液化及壓縮變形問題. 心墻壩基F2-1、F2-2斷層帶構造擠壓強烈, 斷層面不連續(xù), 構造節(jié)理密集, 斷層帶內(nèi)巖石破碎、糜棱巖、碎裂巖, 巖體中等—強透水, 存在滲漏問題.

2 設計與施工情況

設計要求采用正方形布置強夯點, 強夯遍數(shù)點夯三遍, 滿夯一遍. 第一遍夯點間距離6 m, 采用逐漸加密法施工. 點夯采用夯錘重200 kN, 落距20 m, 單擊夯擊能4 000 kN·m, 點夯3遍, 每遍 12擊. 滿夯采用夯錘重200 kN, 落距5 m, 單擊夯擊能1 000 kN·m, 滿夯一遍, 每遍10擊. 強夯后進行重型動力觸探試驗測定貫入10 cm最小錘擊數(shù)和地基承載力及土工試驗測定土體干密度和含水率. 基礎強夯結果須滿足重型動力觸探檢測10 cm錘擊數(shù)≥15擊(粉細砂層≥14擊), 且最后2擊平均沉降量≤50 mm; 相對密度Dr≥0.75.

施工前先進行測放強夯邊線, 然后在強夯區(qū)域內(nèi)按設計要求600 cm × 600 cm測放出夯擊點. 一期基礎段為砂卵礫石層, 層厚 2.5～11.2 m, 清基開挖到強夯作業(yè)面后不再進行下挖. 為確保強夯施工質(zhì)量, 在強夯區(qū)邊線外 10 m開挖了截水溝, 以截斷四周來水, 同時開挖了集水井, 對壩基先進行強制排水, 然后進行基礎強夯, 強夯完成后進行圍堰防滲墻擺噴施工[1-2].

3 強夯加固效果分析

3.1 強夯前后重型動力觸探貫入10 cm最小錘擊數(shù)比較分析

通過對上、下游強夯面隨機選點進行重型觸探貫入10 cm最小錘擊數(shù)檢測, 并與強夯之前各點進行比較, 得到如圖1(上游)與圖2(下游)所示的數(shù)據(jù).

圖1 上游重型動力觸探擊數(shù)比較

圖2 下游重型動力觸探擊數(shù)比較

從圖1可以看出： 強夯前, 上游各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均小于10擊, 而強夯后各測點的重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均大于或等于15擊, 各測點均達到了設計要求的最小錘擊數(shù)≥15擊的要求, 且強夯后, 上游各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均明顯大于強夯前各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù), 強夯前, 上游重型動力觸探貫入10 cm平均最小錘擊數(shù)為4.5擊, 而強夯后達到了14擊, 增長了417.46%. 這充分說明壩基經(jīng)過強夯后, 土體得到緊密壓實, 使得每一次重型動力觸探所貫入的深度減小, 從而使得各測點重型動力觸探貫入 10 cm的最小總錘擊數(shù)增大.

從圖2可以看出： 強夯前, 下游各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均小于10擊, 而強夯后各測點的重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均大于或等于14擊, 其中1號與6號測點基礎以下為粉砂夾層, 強夯后最小錘擊數(shù)為 14擊, 滿足設計要求的粉細砂層≥14擊, 其余各測點均達到了設計要求的最小錘擊數(shù)≥15擊的要求, 且強夯后, 下游各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù)均明顯大于強夯前各測點重型動力觸探貫入10 cm的最小錘擊數(shù), 強夯前, 下游重型動力觸探貫入10 cm平均最小錘擊數(shù)為3.14擊, 而強夯后達到了22擊, 增長了600%. 這充分說明壩基經(jīng)過強夯后, 土體得到緊密壓實, 使得每一次重型動力觸探所貫入的深度減小, 從而使得各測點重型動力觸探貫入 10 cm的最小總錘擊數(shù)增大[3-5].

比較圖1與圖2我們可以看出, 通過強夯, 上、下游各測點重型動力觸探貫入10 cm最小錘擊數(shù)均有明顯增加, 說明強夯對增加基礎重型動力觸探貫入 10 cm 最小錘擊數(shù)效果顯著; 但是, 從兩圖中可以看出, 下游各測點強夯前的重型動力觸探貫入 10 cm 平均最小錘擊數(shù)小于上游的平均最小錘擊數(shù),而強夯后的結果卻相反, 這說明下游的強夯效果在重型動力觸探貫入方面比上游的強夯效果要更好.

3.2 強夯前后地基承載力比較分析

通過對上、下游強夯面隨機選點進行地基承載力檢測, 并與強夯之前各點進行比較, 得到如圖3(上游)與圖4(下游)所示的數(shù)據(jù).

圖3 上游地基承載力比較

圖4 下游地基承載力比較

從圖 3可以看出： 上游各測點強夯后的地基承載力均明顯高于強夯前各測點的地基承載力. 強夯前, 地基承載力最低值為90 kPa, 最高值為947 kPa, 測點平均地基承載力為363.08 kPa; 強夯后, 地基承載力最低值為480 kPa, 最高值為1 355 kPa, 測點平均地基承載力為958.46 kPa, 強夯后上游平均地基承載力較強夯前提高了163.98%. 這說明上游壩基經(jīng)過強夯后, 土體內(nèi)氣體被擠出, 土體得到緊密壓實, 從而提高了地基的承載力.

從圖 4可以看出： 下游各測點強夯后的地基承載力也均明顯高于強夯前各測點的地基承載力. 強夯前, 地基承載力最低值為180 kPa, 最高值為840 kPa, 測點平均地基承載力為435.71 kPa; 強夯后,地基承載力最低值為760 kPa, 最高值為995 kPa, 測點平均地基承載力為956.14 kPa, 強夯后上游平均地基承載力較強夯前提高了119.14%. 這說明下游壩基經(jīng)過強夯后, 土體內(nèi)氣體被擠出, 土體得到緊密壓實, 從而提高了地基的承載力.

比較圖3與圖4可以看出, 通過強夯, 上、下游各測點地基承載力均得到明顯提高, 這說明強夯能夠很大程度上提升基礎的承載能力; 但是另一方面, 強夯前上游的平均地基承載力比下游的低, 而強夯后卻比下游的要高, 這說明強夯在提高地基承載力方面上游的效果要比下游的效果更加顯著.

3.3 強夯前后土體干密度比較分析

通過對上、下游強夯面隨機選點進行土體干密度檢測, 并與強夯之前各點進行比較, 得到如圖5(上游)與圖6(下游)所示的數(shù)據(jù).

從圖 5可以看出： 上游各測點強夯后的土體干密度均大于強夯前各測點的土體干密度. 強夯前,上游測點土體干密度最小值為1.94 g/cm3, 最大值為2.18 g/cm3, 測點平均土體干密度為1.97 g/cm3; 強夯后測點土體干密度最小值為2.01 g/cm3, 最大值為2.32 g/cm3, 測點平均土體干密度為2.12 g/cm3, 強夯后上游土體平均干密度較強夯前提高了7.18%. 這說明上游基礎經(jīng)過強夯, 土體內(nèi)間隙減小, 孔隙率降低, 土體得到壓實, 體積減小, 從而使得干密度增加.

從圖 6可以看出： 下游各測點強夯后的土體干密度均大于強夯前各測點的土體干密度. 強夯前,下游測點土體干密度最小值為1.95 g/cm3, 最大值為1.98 g/cm3, 測點平均土體干密度為1.96 g/cm3; 強夯后測點土體干密度最小值為2.01 g/cm3, 最大值為2.30 g/cm3, 測點平均土體干密度為2.12 g/cm3, 強夯后上游土體平均干密度較強夯前提高了8.23%. 這說明下游基礎經(jīng)過強夯, 土體內(nèi)間隙減小, 孔隙率降低, 土體得到壓實, 體積減小, 從而使得干密度增加.

比較圖5與圖6可以看出, 通過強夯, 上、下游各測點土體干密度均有所增加, 這說明強夯在某種程度上能較好地增加土體的干密度; 但是, 強夯前, 上游的土體平均干密度比下游的低, 而強夯后上、下游測點土體平均干密度水平相當, 這說明強夯在增加土體干密度方面上游效果優(yōu)于下游效果.

圖5 上游土體干密度比較

圖6 下游土體干密度比較

3.4 強夯前后土體含水率比較分析

通過對上、下游強夯面隨機選點進行土體含水率檢測, 并與強夯之前各點進行比較, 得到如圖7(上游)與圖8(下游)所示的數(shù)據(jù).

圖7 上游土體含水率比較

圖8 下游土體含水率比較

從圖 7可以看出： 上游各測點強夯后的土體含水率均低于強夯前各測點的土體含水率. 強夯前,測點土體的最低含水率為 6.2%, 最高含水率為 14.8%, 平均含水率為 12.18%; 強夯后, 測點土體的最低含水率為5.7%, 最高含水率為9.3%, 平均含水率為6.68%, 上游土體平均含水率強夯后較強夯前降低了45.14%. 這說明上游基礎經(jīng)過強夯, 土體間隙內(nèi)水分被排出, 含水率得以降低.

從圖 8可以看出： 下游各測點強夯后的土體含水率均低于強夯前各測點的土體含水率. 強夯前,測點土體的最低含水率為 8.2%, 最高含水率為 9.5%, 平均含水率為 8.69%; 強夯后, 測點土體的最低含水率為7.8%, 最高含水率為8.9%, 平均含水率為8.26%, 下游土體平均含水率強夯后較強夯前降低了4.93%. 這說明下游基礎經(jīng)過強夯, 土體間隙內(nèi)水分被排出, 含水率得以降低.

比較圖7與圖8可以看出, 通過強夯, 上、下游各測點土體含水率均有所降低, 說明強夯對降低土體含水率效果較明顯; 但是另一方面, 強夯前上游基礎的平均含水率高于下游, 而強夯后卻低于下游基礎平均含水率, 這說明強夯在降低土體含水率方面, 上游強夯效果優(yōu)于下游強夯效果.

4 總結

1) 強夯能夠增加重型動力貫入10 cm最小錘擊數(shù). 上游重型動力觸探貫入10 cm平均最小錘擊數(shù)從4.5擊增加到23.28擊, 增加了417.46%; 下游重型動力觸探貫入10 cm平均最小錘擊數(shù)從3.14擊增加到22擊, 增加了600%;

2) 強夯能夠提高地基承載力. 上游平均地基承載力從 363.08 kPa提高到 958.46 kPa, 提高了163.98%; 下游平均地基承載力從435.71 kPa提高到956.14 kPa, 提高了119.44%;

3) 強夯能夠增加土體干密度. 上游土體平均干密度從1.97 g/cm3增加到2.12 g/cm3, 增加了7.18%;下游土體平均干密度從1.96 g/cm3增加到2.12 g/cm3, 增加了8.23%;

4) 強夯能夠降低土體含水率. 上游土體平均含水率從12.18%降低到6.68%, 降低了45.14%; 下游土體平均含水率從8.69%降低到8.26%, 降低了4.93%.

強夯法處理地基具有設備簡單、施工便捷、適用范圍廣、節(jié)省材料、工期短等優(yōu)點, 在今后的工程施工中必將得到進一步的應用.

[1] 李保華, 安明. 強夯法加固地基的夯點間距與布置形式的探討[J]. 施工技術, 2007, 36(9)： 55-56.

[2] 蔣洋, 孫文彬, 柴賀軍. 填方路基強夯加固效果及影響因素研究[J]. 工程勘察, 2007, (12)： 6-8.

[3] 李健. 強夯加固填土的試驗研究與加固機理淺析[J]. 山西建筑, 2008, 34(16)： 106-107.

[4] 吳道祥, 劉剛, 王國強. 強夯與強夯置換碎石樁復合地基承載力的試驗研究[J]. 合肥工業(yè)大學學報： 自然科學版, 2008, 31(4)： 622-624.

[5] 潘玉龍. 壩基強夯的應用與效果判別[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟, 2010, 20(1)： 171-172.

(責任編校： 江 河)

Effect of dynamic compaction on the first phase foundation engineering of Qingshanzui Reservoir

ZHU Hong-xing, ZHANG Guo-lin
（Yunnan Construction and Hydropower Engineering Co.Ltd., Kunming 650041, China）

As the first phase foundation engineering of Qingshanzui reservoir for the concrete example, this composition discussed the effect of dynamic compaction on adding the minimum number of heavy power penetration in 10 cm, improving the foundation bearing capacity, increasing the dry density and reducing the moisture content of soil etc. The results showed that the effects are very obvious for dynamic compaction which could add the minimum number of heavy power penetration in 10 cm 417.46%～600%, and improve the foundation bearing capacity 119.44%～163.98%, and increase the dry density 7.18%～8.23%, also, reduce the moisture content of soil 4.93%～45.14%.

dynamic compaction; heavy dynamic sounding; bearing capacity of foundation; dry density; moisture content

TU 472

1672-6146(2012)02-0068-05

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.02.017

2012-5-30

朱紅興(1972-), 男, 高級工程師, 主要從事水利工程研究. E-mail： 2865872941@qq.com