砂井预压法在飞来峡水利枢纽工程中的应用

砂井预压法在飞来峡水利枢纽工程中的应用

1坝高、坝高飞来峡水库西侧主土坝全长15000米，是均质土坝。其中，海滩段主土水库长141m（单元号1.342.481）。它位于北江右岸的第一个阶段。平坦的和宽的，大约300米1000米，17.19米。土坝坝底宽约115m,坝顶宽8m,坝顶高程34.8m,坝高约17.5m,坝轴线位于坝顶中心线下游4m处。软土坝基位于桩号2+090～2+460(右坝头的坡脚处),其中桩号2+300～2+350处有一水塘斜穿大坝,该水塘宽35～45m,表层有约4m厚的淤泥,其下及两侧阶地则分布厚度不等的高压缩、低强度的淤泥质土,必须进行处理。采取的工程措施是清除水塘表面的淤泥,并回填至17m高程;对于埋于阶地上土层中的淤泥质土,采用砂井进行排水固结,以提高坝基的力学强度,保证坝体填筑及使用时的安全。2坝基软土结构坝基土层自上而下分为砂壤土、淤泥质粘土、含腐木淤泥质粘土、含泥中粗砂、粘土、残积壤土等几层,其下为燕山期花岗岩(见图1)。坝基软土结构不均匀,特性指标变化较大。淤泥质粘土含水量在28.5%～69.3%之间,⌟=46.8%,变幅较大,呈流塑—可塑状,压缩性高,抗剪强度低,渗透性极微;含腐木淤泥质粘土则呈流塑状,结构不均匀,孔隙比更大,压缩性更高,含水量在34.6%～139.0%之间,⌟=66.1%。3计算的设计3.1基层砂井砂井砂井直径0.42m,间距2.5m,等边三角形布置,井径比n=6.25。砂井须穿透淤泥质粘土层,并深入其下的粘土层或壤土层,设计井深10m。砂井范围比软土坝基稍大,上游侧在坝脚外设两排砂井,共29排;下游侧则在坝脚外布置10排砂井,共32排,并在坝脚外加设高4m、宽20m的砂压载,以利于坝基外地基土强度的提高和减少侧向变形。砂井总数约8000口。砂垫层厚1m(砂井布置见图1)。3.2充填水平下固结度计算该坝基可压缩土层厚度最深达18m,超过了砂井深度,地基固结度按砂井未打穿整个受压土层考虑,并按等速分级填土条件下任意时间地基平均固结度计算。根据施工计划,填筑到22.0、28.0、34.8m高程时,坝基固结度分别为26%、56%和80%。采用单向压缩分层总和法计算地基的最终沉降量,推算出2+325断面在填筑完成时的沉降为91cm,地基的最终沉降约为120cm。3.3坝体极限稳定性为了保证填筑期间坝体的稳定,必须针对不同填土高度进行坝体的稳定分析。经计算,填筑到28m高程及坝顶时,最小稳定安全系数分别为1.41和1.15(下游坡),表明施工期间坝体及坝基是稳定的,但为了保证坝体的绝对安全,坝体上下游均增设压载,并根据实测沉降量调整填土速率;同时,根据阶段勘测成果确定下期的填土高度。4砂井施工4.1下游侧施工任务在砂井施工前,对水塘及两侧阶地进行了清理及回填,并铺设砂垫层,为了保护砂垫层及便于桩机作业,在砂垫层上铺设0.5m厚的坝体土料。从1995年11月中旬开始到1996年春节前止,完成了第一批砂井(桩号2+240～2+460的上游侧及2+090～2+460的下游侧)的施工任务;第二批砂井因天气的影响直到1996年8月份才完成。实际井深根据现场贯入难易程度有所改变,如井深达到设计深度,但最后三击贯入量超过10cm,则加长井深,如进尺慢,贯入困难,表明该处地基强度较高,则可以收锤终孔,实际最长井深超过14m,最短的约7m。砂井施工采用套管法、活瓣式桩靴成孔。共投入6台打桩机,其中DJ40Y震动型桩机3台,布设在坝轴线上游侧,共打砂井约4100条;锤击型桩机3台,布设在下游侧及压载平台部位,共打砂井约3900口。打井前严格放样定位,以防漏打。采用由里到外的打设顺序,以减少土体的隆起,成孔较困难时,隔行跳打。为了保证砂井的连续性及密实度,拔管速度控制在1m/min以内,并低打密击,边灌砂边加水。同时严格控制砂的质量,使用含泥量少的中粗砂。4.2砂井施工效果根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—91)的规定,按砂井总数2%的比例抽检,要求砂井密实度达到中密标准,不合格率小于10%。从抽查的158口砂井质量情况看,85%以上的砂井达到中密标准,其中达到密实标准的有47口,占30%,而松散的6口,占3.8%,小于规范10%的规定值;砂井连续性较好,满足设计要求。从表1两种成孔方法施工的砂井质量检测结果看出,震动沉管法施工的效果明显好于锤击沉管法。经分析,当采用锤击法施工时,在灌砂过程中提管时容易将管内的砂带上来,致使砂井的连续性较差,或易使砂井断开、缩井,虽然施工过程中严格操作规程并不断加水使砂饱和,但效果仍然较差;而采用震动法灌砂时不仅避免了管内砂随管带上,保证砂井的连续性,同时砂受到震密,砂井质量相对较好。5软基处理效果5.1坝基沉降控制速率为了监测填筑期间坝基的稳定性和变形、控制填土速率,分别在坝轴线处及上、下游侧埋设沉降杆和观测边桩。沉降及变形控制速率根据地质情况及同类型工程经验确定为:水平位移<6mm/d,沉降位移<10mm/d。填筑期间最大变形发生在填土高程达26.0m以后,日最大沉降及最大水平位移分别约为6.6mm/d和1.6mm/d,虽然均小于控制速率,但填土速率的加快导致坝基沉降速率明显增大,说明坝基软土局部已呈屈服状态,导致塑性变形加剧。为了保证坝基的稳定,经研究决定填筑至28.0m高程后暂停上土,等坝基固结达到一定抗剪强度后再上土。后因处理长水塘附近因坝基不均匀沉降产生的裂缝,直到11个多月后才恢复填土。填筑期间桩号2+325和2+370处的实测沉降过程见图2。5.2种软土坝基检测结果为了查明砂井处理及填土前后软土的物理力学性质变化,弄清坝基软土强度的实际增长,为后一阶段填筑高程及时间的确定提供充分依据,在土坝填筑至18.5m、22.0m和28.0m高程时分别进行了三期软土坝基检测工作,从各期检测结果可以看出,软土坝基经加固处理和筑坝加荷之后性状有显著改善,即含水量、孔隙比和压缩系数逐渐降低,压缩模量和抗剪强度增高。由于软土自身结构极不均匀,透水性微弱,第三期的检测结果表明含水量仍偏高,孔隙比大,压缩性高,抗剪强度仍偏低。填筑至坝顶34.8m高程后到沉降基本稳定(达到95%的固结度)估计需要1a左右的时间。6成井方式及设备a)截止2000年7月20日,桩号2+325的总沉降量为105.5cm,地基固结度超过95%,蓄水运行两年多以来,未发现坝面有明显的残余沉降现象,说明坝基软土的处理是成功的。b)软基处理的关键是砂井施工的质量。砂井检测结果表明,震动型桩机所打井的质量明显好于锤击型,其质量更有保证,因此在选择成井方式及设备方面要注意;并要严格操作规则,特别是灌砂时切忌过快的拔管速度;另外,必须选用含泥量少的中粗砂,以保证井中的渗水通道畅通,加快排水固结。c)施工期间坝基的实测沉降变形资料是保证坝体填筑稳定及验算下一阶段填土高度的重要依据,该段土坝在填土后约有半年时间没有即时