务坪水库软基筑坝基础处理技术_工程管理

1、务坪水库软基筑坝基础处理技术饱和软土具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数的工程特性，因此在软基上施工面临着孔压过高、变形过大、抗力过小的难题。在堤坝施工期间，假如上坝速度过快，软基内的水无法准时排出，会使地基孔隙水压力上升，有效应力降低，进而导致坝体产生开裂、滑坡或者地基失稳等事故。技术人员始终在查找有效的工程措施，通过对软基进行处理来保证大坝的平安，主要方法有设置砂井加快排水、掌握上坝速度、分期施工提高软土的固结度和振冲碎石桩处理地基等方法。过去一般认为振冲碎石桩不相宜加固脆弱黏土，被加固的软土需要具有20kPa以上的自然不排水抗剪强度。刘复明等通过试验和讨论发觉，假如加大置

2、换率，加速桩间土的排水固结，碎石桩仍可在淤泥地基中使用，可提高地基承 载力0.22.5倍。近年来，利用高置换率振冲碎石桩处理脆弱黏土地基的工程实例渐渐增多，但是在大坝坝基处理中却仍旧少有应用。云南务坪水库采纳振冲碎石桩处理其厚达33.0m的湖积软土地基，大坝填筑完成已有3年，运行和沉降观测都表明效果很好。本文主要介绍务坪水库软基加固处理方案及其验证，以及振冲碎石桩的检测结果。1、工程概况务坪水库位于云南省西北部的华坪县境内，为中型三等工程，水库总库容4990万m3，主要用于农业浇灌。拦河坝为黏土心墙碾压堆石坝，设计坝高52.00m，坝轴线长210.00m，坝体最大横断面282.00m，坝体典型

3、剖面见图1。 <CENTER</CENTER图1务坪水库大坝剖面务坪水库坝址区的地质条件非常简单，分布着滑坡群和深厚湖积软土层。坝轴线上游左岸分布有体积达10万m3的3号滑坡、9号滑坡，右岸分布有5号滑坡及可能滑坡体积达23万m3的不稳定山体。右坝肩存在2号和4号滑坡，右坝肩下游侧为滑动面宽42m、体积123万m3的1号滑坡。坝轴线上游分布着面积超过0.4km2湖积层软土，其最大埋深33.0m，一般埋深达20.0m，而且这种软土远远没有达到自重固结，孔隙比在1.52.0之间，自然含水量一般为60%80%，呈流塑状，不排水抗剪强度cu不到20kPa。在软土地基上修建最大坝高52m的大

4、坝，国内外还没有先例，已建成的加拿大Lornex尾矿坝坝高43m、我国浙江绍兴汤浦水库坝高37.2m，均小于务坪大坝的高度。国内外软基筑坝工程实例见表1。表1国内外软基筑坝工程实例工程名称最大坝高地基状况处理方法资料来源云南务坪水库52.0m33.0m厚的湖积软土与滑坡积累体振冲碎石桩，预压固结，分期施工本文浙江慈溪杜湖水库17.5m16m厚软黏土，含水量45%，塑性指数16%，有效内摩擦角28°正三角形分布砂井，直径42cm,间距3.0m文献浙江绍兴汤浦水库37.2m3.05.0m厚的淤泥质黏土振冲碎石桩文献阿尔伯特Mildred Lake1143m一系列坝1m多厚的泥炭土，长12

5、0m(湖的西边)和220m(湖的东边)。14m厚很软的有机粉土挖除部分泥炭土，分期施工文献Lornex尾矿坝43m夹杂透水砂层的黏土，不排水强度为590kPa，最上面4m的工程性质较差，下面两层相对较好坡度31，分期施工，砂井排水系统文献阿尔伯特Forty Mile Coulee东西两座坝均为28m湖积软土，东部坝下60m厚，西部35m厚。塑限18%25%，有效内摩擦角19.5°分期施工，18的坡度，下游砂井排水文献Saskatchewan Rafferty20m高，700m长2024m厚高塑性软土袋装砂井文献由于没有其它可以比选的坝址，坝体不得不座落在相对较强的滑坡积累体土层和脆弱

6、的湖积软土层这两种强度和变形特性相差很大的不匀称地基上。如何处理极为脆弱的淤泥质黏土地基，提高地基承载力和抗剪强度，解决两种不同地基土层的差异沉降是务坪工程中最大的难题。湖积层软土分布于坝轴线上游的务坪盆地，沉积于老河床的砂卵砾石之上。为查明湖积层软土的组成、性质、分布范 围以及物理力学性质，从20世纪70年月开头，先后在20多年的时间里对坝轴线上游的湖积层软土区进行了68孔共1593m的钻孔勘探工作。依据勘探结果，由岸坡至河床软土层厚度渐渐变大，最大厚度33m，一般820m。典型地质剖面如图1所示。从地表至老河床冲积层共分3个大层，即：粉土层，厚10m，夹黏土、树叶及砂砾层;粉质黏土层，厚7

7、12m，夹透镜状粉砂、树叶层;粉砂层，厚57m，夹树叶层。湖积层软土的主要物理力学指标见表2。从表2可以发觉，湖积层软土孔隙比、含水量、压缩性和有机质含量都很高，抗剪强度很低。因此，对湖积层软土必需进行谨慎有效的地基处理，才能满意工程平安的需要。2、基础加固处理设计湖积层软基处理的好坏直接关系到大坝的平安，要改善软土的物理力学性质，必需实行行之有效的工程措施。在综合考虑各方面的因素和多个方案的对比论证之后，确定采纳振冲碎石桩和预压固结相结合同时掌握加载速率的处理方案。在1.51万m2的软基上布置75kW和30kW两种振冲功率的碎石桩，碎石桩呈三角形分布。由于整个振冲区湖积层软基埋深及受力有肯定

8、的差别，因此将振冲区划分为主要应力区和次要应力区。主要应力区设计振冲置换率为40%，起爱护作用的次要应力区，设计置换率为32%。详细的设计</CENTER图3 软基中部孔压随时间变化曲线在大量的物理力学特性试验成果和固结计算的基础上，采纳中国水利水电科学讨论院陈祖煜开发的边坡稳定程序STAB95，进行不同条件下坝体的稳定性分析。除进行常规的确定性分析外，还引入概率论和风险分析的概念，应用Rosenblueth法对大坝稳定的牢靠度和风险进行讨论。采纳有效应力法计算发觉，按设计施工进度，软基振冲处理和反压平台施工结束半年后开头坝体填筑，1年后大坝封顶，水库不蓄水，此时上游坝坡施工期稳定平安系

9、数达1.82(见图4)，牢靠度指标为4.81(见图5)，均超过了相应的规范要求。因而，从确定性模型和风险分析两个方面论证了坝坡的稳定性。 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER图4设计施工进度下上游坝坡的稳定计算结果图5设计施工进度下上游坝坡的稳定牢靠度计算结果3.1.3振冲处理的生产性试验在振冲区域内选择代表性较好的场地(面积340m2)分别进行了30kW及75kW两种不同功率的生产性振冲试验，共布置30kW桩49根、75kW桩34根，试桩深度820m。振冲制桩结束4周后，对施工质量及效果进行检验，在试验区内进行了双桥式静力触探、十字板剪切试验

10、、重(2)型动力触探和标贯试验，以及压水试验检查成孔质量。同时进行现场直剪三组和大型静载试验30kW区与75kW区各一组，并取原状样25组进行室内物理力学试验。依据这些试验得出，在强度恢复期后实测复合地基自然容重1.83g/cm3，干容重1.41g/cm3，分散力(饱和快剪)c=8kPa，内摩擦角=23°复合地基承载力，30kW振冲区191.4kPa，75kW振冲区达256.6kPa;实测30kW置换率31.7%;75kW置换率32.5%。从以上方案验证结果看，振冲碎石桩置换处理务坪湖积软土有明显提高承载力、增加抗剪强度、加快软土排水固结和削减软基沉降的效果。3.2振冲碎石桩施工及效

11、果检测振冲碎石桩的桩距、排距与设计值(见表3)完全全都。振冲碎石料采纳新奇的灰岩加工而成。30kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为80mm，75kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为120mm，粒径小于5mm的颗粒含量不大于10%。振冲碎石桩实际工程量见表4，共加固湖积软土1.52万m2，制桩4834根，总进尺52357m，碎石桩最大深度22.0m。为全面检查碎石桩成桩质量，桩间土及复合地基各项指标是否符合设计要求，并对振冲碎石桩加固软基质量作出全面评价，1996年9月和10月对振冲碎石桩复合地基质量进行了两次质量检测试验。依据这些检测结果得知：(1)桩体承载力。16组单桩静载试验表明，其中13根桩的桩

12、体承载力达到了较高水平，最高达500800kPa，少数几根承载力较低的桩也达到320400kPa。42根桩的重(2)型动力触探试验表明，桩体的承载力为248512kPa。由于湖积软土工程性差，加之地下水丰富，桩间土难以固结，对桩身施加的侧限小，在此状况下能保持这样高的承载力，充分说明白施工质量是牢靠的;(2)各单元钻孔抽芯检查结果表明，碎石桩体连续，桩体材料基本为灰岩碎石，仅有个别桩在8m以下处夹有少量黏土。桩斜、桩深均满意要求;(3)桩体容重和动力触探结果表明，桩体密实，基本达到N63.59击，自然容重基本达到20kN/m3的标准;(4)桩间土室内试验及现场原位试验成果表明，由于碎石的挤入，分布范围和深度最广的桩间粉质黏土，承载