耿庄水库强夯施工对坝基土工程的影响分析

陈文会

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

耿庄水库强夯施工对坝基土工程的影响分析

陈文会

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

介绍了强夯施工的加固机理、特点及主要技术参数，并结合耿庄水库坝基强夯施工实际情况，对比分析了强夯施工前后坝基黄土物理性质指标的变化，旨在为类似工程施工提供参考。

强夯；黄土；湿陷性；耿庄水库

1 概况

耿庄水库是万家寨引黄工程北干线向朔州市供水线路末端的调节水库，位于朔州市朔城区陡沟村南、秋寺院村东，南连大运二级公路，东北紧邻平朔—秦皇岛专用铁路。水库属半挖半填平原围封水库，大坝为碾压均质土坝。坝基土为第四系上更新统洪积物（Q3pl），在整个坝基及库区广泛分布，层厚3.4～25m，岩性组成为浅黄、棕黄色低液限黏土，属典型的黄土地区，具有湿陷性。设计采用强夯法处理地基。

2 坝基原状土物理性质指标

2.1 湿陷性

坝基所处位置以非自重、自重Ⅰ～Ⅱ级（中等）湿陷性场地为主，局部场地属自重Ⅲ级（严重）湿陷性场地，分布范围不大。坝基自重湿陷量计算值为78.2～963.0mm，湿陷土层下陷深度3.8～11.3m。

2.2 颗粒组成

坝基土的颗粒组成以粉粒（0.075～0.005mm）为主，含量 64.2%～81.8%；其次为黏粒（＜0.005mm），占13.2%～21.5%；砂粒（＞0.075mm），含量 2.4%～14.3%。不均匀系数Cu为9.7～56，平均值21.2；曲率系数Cc为1～4.3，平均值 2。一般来说，当 Cu＞5 且 Cc=1～3 时，土的级配良好，土中大小颗粒混杂，对应的粒径分布曲线比较平缓。

2.3 界限含水率

坝基土液限为26.1%～28.6%，塑限为17.4%～18.6%，塑性指数大多在9.9～11.8之间，液性指数常在0上下波动，范围在-0.88～0.23之间。因此，场区土多处于坚硬或硬塑状态。

2.4 比重、容重及孔隙比

坝基土比重在2.69～2.74之间，平均值2.70。原状土容重 13.3～18.4kN/m3，干容重 12.5～15.6kN/m3。孔隙比大多介于0.801～0.903之间。

2.5 含水率及饱和度

原状土含水率较低，为3.1%～18.5%。试验表明，当其他条件不变时，含水率愈低，湿陷性愈强，随着含水率的增大，湿陷性逐渐减弱。饱和度的变化范围为20%～49.3%，多在45%左右。

2.6 压缩性

坝基土各项压缩性指标见表1。

表1 压缩性指标

2.7 抗剪强度

坝基低液限粉土饱和抗剪黏聚力为2.5～40.7kPa，平均值 11.99kPa，小值平均值 6.8kPa；摩擦角 14.3°～27.2°，平均值 22.14°，小值平均值 19.0°。

2.8 渗透性

坝基土垂直渗透系数 0.247×10-4～10.3×10-4cm/s，平均值 1.91×10-4cm/s；水平渗透系数 0.147×10-4～5.32×10-4cm/s，平均值 1.54×10-4cm/s。

3 坝基强夯施工情况

3.1 加固机理及其特点

强夯法是利用起重机械将重80～400kN的夯锤起吊到6～30m后，使夯锤自由下落，产生强大的冲击能量，夯击能量产生的冲击波和动应力的反复作用，迫使土体骨架产生塑性变形，由夯击能转化为土体骨架的变形能，使土体密实，提高抗剪强度，降低其压缩性。

强夯法的主要特点有：施工工艺和施工设备简单，适用土质范围广，加固效果显著，可取得较高的承载力，工效高、施工速度快、节省原材料、施工费用低、耗用劳动力少等。

3.2 主要技术参数

强夯法施工技术参数包括单位夯击能、夯击点的布置及间距、单点夯击击数与夯击遍数、夯击间隔时间、处理范围、加固影响深度等。

3.3 坝基强夯设计指标

坝基强夯设计范围面积198894m2，强夯单击夯击能3000kN·m，强夯后坝基土有效加固深度6m，有效加固深度内土体的湿陷系数小于0.015，坝基总湿陷量不大于100mm。强夯采用隔点跳打法分两遍进行，单击夯击能3000kN·m，最后用低能级满夯2遍，落距4～6m，采用1/4夯印搭接。

3.4 坝基强夯施工情况

根据规范及具体技术要求，按照强夯施工主要技术控制参数进行强夯试验，根据试验结果确定单点夯击能为4000kN·m，间距6.5m。经检验分析，强夯施工结果完全满足设计要求。

4 强夯施工对原状土物理指标的影响

经试验分析可知，坝基强夯除满足设计要求的消除湿陷性外，对坝基土的物理性质指标有一定程度的影响。

第一，干容重明显提高，大部分达到15kN/m3。试验结果表明：干容重超过15kN/m3时，湿陷性一般很弱或无湿陷性。由于干容重较易控制，现场施工时可用干容重作为辅助控制指标。第二，孔隙比变化较明显，其范围为0.605～0.838，大多为0.75左右。第三，压缩系数明显减小，压缩模量明显变大。

TU541+.1

C

1004-7042（2010）07-0048-01

陈文会（1974-），男，1998年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，工程师。

2010-05-10；

2010-06-17