土石坝深厚及软弱覆盖层坝基的处理

水利建设与管理・２００８年第６期　藏　攀黧纂囊赣瓣黧羲震壤蓉瓣麓囊　来妙法　（浙江省水利水电勘测设计院　杭州　３１０００２）　【摘要】针对土石坝深厚和软弱覆盖层地基，本文介绍了先用振冲法加固坝基，再用混凝土防渗墙进行防渗处理　的方法。振冲桩设计应重视布桩设计；防渗墙混凝土设计应重视强度和弹模取值及其对混凝土耐久性的影响。　【关键词】土石坝坝基振冲法　混凝土防渗墙　１振冲法简介与应用　振冲法利用振冲和水冲加固土体，是一种典型的加固　处理软弱地基的方法。经振冲处理后，地基原有的压缩模　量、强度指标等可以得到大幅度的改善。　振冲法分振冲挤密法和振冲置换法两大支。振冲法挤　密法适用于松砂地基，砂基经振冲处理后变密实，孔隙率大　和深厚覆盖层地基上并用振冲法处理的混凝土面板堆石　坝，建筑物级别为２级。　坝基覆盖层组成复杂，自上而下依次描述如下：④粉质　粘土：厚２．９～６．６ｍ，含水量２８．４％，Ｃ　：１７ｋＰａ，‘ｐ＝　＝１７。，Ｅ＝　７．６３ＭＰａ；⑥含泥粉细砂：厚１．０　６．２ｍ，含水量２５．４％，Ｃ　＝　５ｋＰａ，‘ｐ＝　＝２７。，Ｅ＝７．６ＭＰａ；＠淤泥质粘土：厚３　５ｍ，含水量　４７％，Ｃ　＝１８ｋＰａ，‘ｐ＝　＝６．２。，Ｅ＝３．３ＭＰａ；⑨松散砂砾石：厚　３　６５　６　３ｍ；⑥淤泥质粉质粘土：厚０．５　３．９ｍ，含水量５５％，　大减小，密实度可达７０％　７５％以上，并消除液化的可能性。　振冲置换法适用于软黏土、粉土、饱和黄土和人工填土等地　基，即将原地基土部分置换成一群以石块、砂砾等散粒材料　组成的桩体，形成复合地基，改善原有地基特性。　振冲法早期多用于建筑地基处理，近年来，逐渐用于水　利工程中土石坝软弱坝基的处理。　Ｃ＇＝１０ｋＰａ，‘ｐ，－３　５。，Ｅ，＝３ＭＰａ；①含泥砂砾石：厚０．５　６．５ｍ。　坝基处理方法：首先对坝基进行振冲碎石桩置换处理，　提高坝基抗滑能力并减少沉降；然后在趾板上游打混凝土　防渗墙直至基岩。　３．２振冲法在汤浦水库工程的应用　２混凝土防渗墙简介与应用　混凝土防渗墙是在土石体中连续造孔并泥浆固壁，在　泥浆下浇筑混凝土而形成的地下连续墙。混凝土防渗墙具　有防渗效果和耐久性好、施工机械化程度高等优点，目前，　已成为我国土石坝深厚砂砾石透水地基防渗处理的首选，　近年来，混凝土防渗墙还广泛应用于病险土石坝的防渗处　理。　汤浦水库的坝基特性极不利于坝基的抗滑稳定和坝体　包括防渗系统的变位，采用振冲法处理极为适合。设计时，　曾采用挖除趾板附近部分软弱土层改用砂砾石回填、在坝　腰设置平台和振冲法处理坝基三个方案进行综合比　较，由于振冲法处理坝基具有投资省、坝基固结快、施工质　量容易控制等优点，予以采用。　坝基经振冲处理后，排水固结速度大大加快，若施工安　混凝土防渗墙为与周边土石体尽可能地变形协调，避　免或降低墙体拉应力，常常掺入膨润土、粉煤灰或其他外加　剂等，以降低弹性模量，达到设计要求。根据弹模值，混凝土　可分为普通混凝土、塑性混凝土和低弹模混凝土。塑性混凝　土弹模在１０００ＭＰａ以下，低弹模混凝土的弹模介于塑性混　凝土和普通混凝土之间。　排合理，不难做到在堆石坝防渗面板和趾板施工前使坝基　在坝体荷载作用下基本完成固结，因此，对坝基沉降最不利　的影响因素为运行期的水荷载，该荷载在坝基引起的最大　变位在趾板附近。鉴于上述原因并综合考虑坝基稳定的影　响，经多方案比较后，设计在坝轴线以上（上游面坝基）３５　４０ｍ范围内采用间距为１．８ｍ、２．０８ｍ、３．０ｍ正三角形布桩形　３振冲桩和混凝土防渗墙在汤浦水库工程的应用　３．１汤浦水库工程简介　汤浦水库工程是浙江省一座具供水、防洪、灌溉和改善　水环境的大（２）型水利工程，坝址以上流域面积４６０ｋｉｎ２，总　库容２．３５亿　。坝型采用混凝土面板坝，最大坝高３７．２ｍ，　覆盖层厚约２０ｍ，是国内首例建于含淤泥夹层等多层软弱　式，这种趾板密向下游渐疏的布桩方式既能有效地改善原　有坝基存在的抗滑稳定和变形问题，又能节省工程投资。设　计要求桩尖穿过各层软弱地基深入持力层，即穿透淤泥质　土层至砂砾石层０．５ｍ，桩长滩地段为１５．５ｍ，主河道段为　８．５ｍ，桩径０．９　１．２ｍ。　维普资讯 http://www.cqvip.com 来妙法／土石坝深厚及软弱覆盖层坝基的处理　复合地基的压缩模量和抗剪强度指标采用Ｐｒｉｅｂｅ法计　算。经计算，趾板及附近复合地基的压缩模量可比原状土提　大拉应力位于墙体顶部，为０．９５ＭＰａ，考虑到钢筋笼的设置　和混凝土强度随龄期的增长，这次鉴定认为目前混凝土防　渗墙的运行是安全的。对照不同阶段两个程序的计算成果，　虽然数值相差较大，但结果应该还属于合理范畴。　高约８０％，抗剪强度指标也有较大幅度的提高。　在拦河坝的抗滑稳定计算和应力应变计算时，对地基　土的有关物理力学指标进行了修正，使其尽可能与实际情　况吻合。　３＿３混凝土防渗墙在汤浦水库工程的应用　４国内几个土石坝坝基防渗采用振冲法加固与混凝　土防渗墙并用的工程实例　４．１务坪水库工程　与原状地基相比，振冲加固后的复合坝基还可以改善　务坪水库是云南省华坪县骨干水利工程，属中型三等　混凝土防渗墙的应力应变条件，因此施工在后。混凝土防渗　墙厚０．８ｍ，最大墙深２３ｍ，墙底嵌入岩基０．５ｍ，墙顶与面板　堆石坝的混凝土趾板相接。防渗墙墙体混凝土抗压强度　１０．０ＭＰａ、抗拉强度１．０ＭＰａ、弹模不大于１５ＧＰａ、防渗等级　Ｗ８。　汤浦水库拦河坝的应力应变计算采用ＳＤＡＰ程序，该　程序是根据国内外通用的土石坝应力应变分析程序，即美　国邓肯（ＤＵＮＣＡＮ）的ＦＥＡＤＡＭ程序扩充修改的应力应变　程序，由中国水利科学研究院主编。程序采用有限单元法分　析的土石坝静力计算模式，模拟土石坝施工和蓄水过程。坝　体材料参数取用邓肯一张Ｅ—Ｂ模型，采用逐次增量的方法　模拟材料的非线性特性。由于防渗墙与周边散粒状土石体　材料性质相差很大，两种材料之间设置无厚度的古德曼　（Ｇｏｏｄｍａｎ）接触面单元。　计算所需各材料的非线性弹性参数主要结合三轴试　验、地质资料和类似工程选取。计算断面视实　睛况选取了　若干坝体最大、坝基最深和其他较典型断面。计算模型根据　每个断面的实际情况划分单元和结点，主要分施工填筑荷　载和运行期相应￣ｌ，）ＪＩＪ荷载来模拟坝体填筑和蓄水的整个过　程。计算工况根据有关规程规范和工程实际情况取用，分完　建工况、正常蓄水位工况、设计洪水位工况和校核洪水位工　况计算。计算结果表明：混凝土防渗墙墙体所受最大压应力　为４．２ＭＰａ，最大拉应力位于墙体顶部，为０．７５ＭＰａ，认为可　以满足设计要求。由于浙江省内一些已建的类似工程先后　在防渗墙头部约８ｍ范围内出现了裂缝，考虑到工程的重　要性、复杂性和特殊性等，为安全计，施工图设计还是在混　凝土防渗墙头部１０ｍ范围内设置了钢筋笼。　该工程自２０００年蓄水至今，运行良好，多年来，混凝土　防渗墙应力应变观测也表明墙体运行良好，未出现异常情　况。　按照相关规定，２００６年浙江省水利厅组织专家对该工　程拦河坝进行了常规的安全鉴定，期间考虑工程多年运行　以来坝基、坝体、面板混凝土和防渗墙混凝土等材料指标的　变化，重新取值，并改用ＡＤＩＮＡ程序进行应力应变计算复　核。结果表明：混凝土防渗墙所受最大压应力为２．８ＭＰａ，最　工程。坝型为黏土心墙碾压堆石坝，最大坝高５２ｍ，是在　３３ｍ厚的湖积软土地基上成功建成的软基第一高坝。　坝基为滑坡堆积土和深厚湖积软土两种强度和变形特　性都相差很大的不均匀地基。坝轴线上游分布着面积超过　０．４ｋｍ２湖积层软土，最大埋深３３ｍ，这种软土远没有达到自　重固结。孔隙比在１．５～２．０之间，天然含水量一般为６０％～　８０％，呈流塑状，不排水抗剪强度小于２０ｋＰａ。　为保证抗滑稳定并降低坝体沉降，在坝基湖积层及其　上游一定范围采用了振冲加固处理。坝基防渗采用混凝土　防渗墙至岩基。目前，已经过几年高水位运行，未出现异常。　４．２龙头石水电站　龙头石水电站为大渡河干流水电规划中的某一梯级电　站，位于雅安市石棉县境内。电站装机容量７０万ｋＷ，水库　总库容１．３５亿ｍ，，坝型为沥青混凝土心墙坝，最大坝高　５８．５ｍ。　坝基覆盖层厚一般为６０～７０ｍ，最大厚度为７７ｍ，由老　到新可分为３层：④含砂卵砾石层：厚１５ｍ～４０ｍ；⑥含砾砂　层：厚２．０４～１５．６５ｍ；＠漂（块）卵（碎）石层：厚１９～３３ｍ。　为防止砂层液化，提高砂层的力学指标，减少坝基变　形，对砂层进行了振冲处理，处理范围分３个区域，分别为　上游坝脚向下游延伸４０ｍ、下游坝脚向上游延伸约５０ｍ、坝　轴线上游３０ｍ至坝轴线下游４０ｍ。坝基防渗采用混凝土防　渗墙至岩基。　４＿３狮子坪水电站　狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族自治州理县境内，　电站总装机容量１９．５万ｋＷ，水库正常蓄水位相应库容为　１－３３亿ｍ，，属大（２）型二等工程。坝型为碎石土心墙堆石　坝，最大坝高１３６ｍ，是建于高地震区和深厚覆盖层上的高　土石坝。按１级建筑物设计。　河床覆盖层厚９０～１０２ｍ，结构组成复杂，厚度变化大，　由老到新可分为５层：④含砂漂（块）石层：厚１４～１８ｍ；⑥粉　质壤土与粉细砂互层：厚７．８～１２ｍ；＠含砂漂（块）卵砾石　层：厚３９～５８ｍ；⑧块碎砾石土层含碎砾石砂层和粉质壤土　层：厚约１０ｍ；＠含漂卵砾石层：厚３－７ｍ。　河床覆盖层上部③层的压缩模量和（下转第２９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

丁洁等／深层搅拌桩技术在水利工程地基处理应用中的体会　２９　切土下沉时间和喷浆提升时间。在施工过程中，一方面，施工　记录可以准确记录深层搅拌机的切土下沉速度和喷浆提升　若依然会发生堵管现象，则需考虑对钻头的喷管位置进　行调整，如检查搅拌刀片与喷管的相对位置，可以让搅拌刀　片在上、喷管在下，两者的间距还不应过小，至少要保持　的速度；另一方面，对于打桩过程中遇到的问题和处理情况，　均有明确的记载，以备日后查看。　在施工过程中，现场监理机构派监理人员２４小时专门　负责制桩过程记录，如每根桩的水泥用量、成桩过程持续时　间、遭遇故障等，并对中间遇到的各种问题也能够及时处理。　２０ｃｍ。另外还需注意，喷管Ｅｌ距离钻头中心线不应大于８ｅｒａ，　否则可能会使桩中心水泥浆偏少，形成桩外壳坚硬而中心强　度偏小的“蛋桶桩”。　３．２钻头下搅遇阻　３施工过程常见问题的处理　在水泥深层搅拌桩的施工过程中，经常会遇到输浆管堵　塞、钻头下搅遇阻、桩位不准等问题，对此类问题的处理在施　工中要认真对待。　３．１输浆管堵塞　打桩机钻头在下搅过程中，若遇到大块石、树根等杂物，　经常会长时间搅拌而无法继续下沉，此时现场监理旁站就显　得特别重要了。施工中，监理人员要本着严格检查、一着不让　的原则确保施工质量，现场及时要求施工人员暂停打此根　桩，可以间隔桩位施打，然后返回此桩位继续施工。如无特殊　原因，一般可以解决此类问题。　３．３搅拌桩桩位不准　桩体施工前，应重视桩位的放样工作。由于水泥深层搅　拌桩属隐蔽工程，因此，事前控制就要显得很重要，特别是对　输浆管堵塞在水泥深搅桩施工中是经常发生的，主要原　因有：浆液水灰比过小　稠度过大；或者是打桩机钻头上的喷　管位置设置不符合实际情况的要求。　一般水泥深层搅拌桩的水灰比为０．５左右，若水灰　比在０．５以下，则施工中可能就会碰到堵管现象。针对　桩位的校核。一般在施工单位技术人员将桩位放样完后，监　理工程师一方面应对桩位复核，另一方面还应对桩位相对轴　线位置进行检测，以避免在某部位重复施工。在工程施工中，　只有测放人员重视对轴线相对位置的检查，才能避免对工程　造成不利影响。△　此类情况，应要求施工单位首先适当调整浆液的水灰　比，清洗输浆管后，按照施工程序，迅速在发生堵管的桩　位重新补打一根桩，也可以将搅拌机下沉０．５ｍ后再继　续制桩。　！绵　芥　尔　！　．　尔　秘　乖　．　钸　蚴　铞　铆　稀　绵　（上接第２７页）抗剪强度均较低，对坝体稳定和变形不利，　为此对坝基土质心墙与下游坝脚之间的③层进行振冲加　加快固结，对于粉砂可提高抗震性能。振冲置换所需碎石料　对于大多水利工程较易采集且价格不高，这为振冲法的应　用提供了有利条件。　ｃ．振冲桩的布桩设计应针对工程实际情况分区进行，　重要部位重点布置，力争在满足工程运行安全的前提下投　资最省。　固处理，振冲深度为８～１５ｍ。坝基防渗采用混凝土防渗墙　至岩基。　４．４水牛家水电站　水牛家水电站位于四川省绵阳市平武县境内，总装机　容量７万ｋＷ，水库总库容１．４亿ｍ，，最大坝高１０８ｍ，坝型　ｄ．从理论分析和工程计算可知：混凝土防渗墙墙体弹　模与其承受的应力存在对应关系，弹模越小，与周围土石体　的变形协调越好，墙体承受的应力也应越小。混凝土防渗墙　的设计应充分考虑工程运行后防渗墙混凝土及其周边土石　体等的物理力学指标变化的影响，尤其是混凝土弹模和强　度对应力应变的影响，选用不同的弹模进行比较计算后择　优选择。强度和耐久性是混凝土的两大基本特征，工程设计　为黏土心墙堆石坝，为二等工程地震区的高土石坝，按１级　建筑物设计。　河床覆盖层厚１４．１８～２９．６ｍ，由老至新可分３层：⑧含　漂卵砾石层：厚０．７２～９．８５ｍ；⑥含卵（碎）砾石土：厚１２．４７～　１８．２ｍ；⑥含漂砂卵砾石层：厚４．５～１２．３２ｍ。　对心墙基础上下游桩号０－０５０．－０＋０８０ｍ范围内的覆盖层　⑥层进行了振冲处理。坝基防渗采用混凝土防渗墙至岩基。　５结语　在降低混凝土弹模时，应重视其对混凝土耐久性的影响。　ｅ．普通混凝土中掺人少量的外加剂或粉煤灰等，在基　ａ．针对土石坝深厚软弱覆盖层地基，用振冲桩加固坝　本不影响混凝土其他指标的前提下小幅度降低弹模是可以　做到的，对墙体的应力应变计算是有利的，设计时应优先考　虑。浙江省的多个工程在混凝土防渗墙顶部一定范围内放　基，再用混凝土进行坝基防渗处理，不失为良好的方案。目　前，此种组合在汤浦水库和其他工程中得到了应用。　ｂ．振冲法适用性广，施工速度快，质量容易控制，尤其　适用于组成性质不同的多层软弱地基。软弱地基经振冲处　理后可减少沉降，提高强度指标和抗滑能力，对于黏性土可　置了钢筋笼，目前均运行良好。适用于在顶部小范围内拉应　力过大的混凝土防渗墙工程，但混凝土强度指标不宜过低，　并要求施工时严格控制混凝土墙体的上升速度。△