韓信溝大壩壩基處理設(shè)計(jì)方案有施工比選

1、韓信溝大壩壩基處理設(shè)計(jì)方案比選 張瑞潔（運(yùn)城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，運(yùn)城 044000）摘要：通過對韓信溝水庫大壩壩基處理方案的對比選擇， 提出了應(yīng)對特殊壩基土液化土層（軟基）的可行方法：連續(xù)粉噴樁墻，并介紹了其施工方法。使用此技術(shù)能封閉液化土層，并使軟土硬結(jié)，加固成為穩(wěn)定土基，為水庫大壩壩基處理提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：壩基處理；粉噴樁；加固1. 工程概況韓信溝水庫位于山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)東城區(qū)，水庫上游為八一水庫，屬黃河流域涑水河水系，流域范圍屬黃土丘陵溝壑區(qū)。水庫屬小型水庫。工程等別為等，主要建筑物為5級，次要建筑物為5級。韓信溝水庫屬新修水庫，具體位置位于八一水庫下游700m處(邑東路)。

2、水庫的修建是根據(jù)市政府規(guī)劃要求，為了解決運(yùn)城市東城污水處理廠中水排放問題，最終增加蓄水庫容。結(jié)合地形及當(dāng)?shù)夭牧?，大壩采用均質(zhì)土壩，最大壩高8.8m，壩頂長114m，壩頂寬10.0m，壩頂高程356.0m，大壩上游坡比1:3.0，下游坡比1:2.5。大壩工程規(guī)劃水面線354.5m，可增加蓄水62.5萬m3，工程建成后，棄水可以有效利用，并減少了棄水排放對下游農(nóng)田及其它設(shè)施的淹沒損失。水庫地下水位較高，據(jù)當(dāng)?shù)夭牧辖Y(jié)合勘察測量，距地面僅0.7m。根據(jù)中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，本區(qū)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度值為0.10g。根據(jù)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對照表，本區(qū)地震基本烈度為度。2. 壩基工程地質(zhì)、

3、壩基土組成及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)根據(jù)勘察結(jié)果，壩基土由低液限粉土組成，根據(jù)物理力學(xué)指標(biāo)可分為4層：第層低液限粉土：主要由低液限粉土組成，淺黃色，濕，中密，上部含大量植物根系。地基承載力建議采用值90kPa；第層低液限粉土：主要由低液限粉土組成，淺黃色，濕，稍密，局部含少量黃色銹斑。地基承載力建議采用值110kPa；第層低液限粘土：主要由低液限粘土組成，淺黃色褐黃色，濕，中密，局部夾薄層粉砂，含少量黃色銹斑。地基承載力建議采用值150kPa；第層低液限粉土：主要由低液限粉土組成，褐黃色，濕，密實(shí)，局部含少量黃色銹斑。地基承載力建議采用值170kPa。、液化判別由勘察土工試驗(yàn)成果表可知：第層壩基土為低

4、液限粉土，其地質(zhì)時(shí)代為第四系全新統(tǒng)沖、洪積物，粘粒含量為7.523.9%。第層低液限粉土，其地質(zhì)時(shí)代為第四系上更新統(tǒng)沖積物。第層低液限粘土，其地質(zhì)時(shí)代為第四系上更新統(tǒng)沖積物。第層低液限粉土，其地質(zhì)時(shí)代為第四系上更新統(tǒng)沖積物。根據(jù)水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50487-2008）附錄P.0.3初判：第層為可能發(fā)生液化的土層；第、層為不液化土層。對第層進(jìn)行復(fù)判及液化計(jì)算，其成果見表。液化判別及計(jì)算成果表勘探點(diǎn)編號試驗(yàn)點(diǎn)深度（m）實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)（擊）地下水位（m）粘粒含量Pc（%）液化臨界標(biāo)貫錘擊數(shù)N0液化判定ZK22.00 0.723.9 不液化3.50 3.70.715.6 4.42液化5.00

5、 40.77.84.39液化ZK32.00 0.717.2不液化3.50 20.714.14.37液化5.00 6.30.77.54.46液化由上表可知：壩基土?xí)a(chǎn)生液化，第層全新統(tǒng)壩基土按液化土考慮。根據(jù)勘察結(jié)果及土工試驗(yàn)得出，大壩壩基土土層存在液化，地基承載力低，必需對壩基進(jìn)行處理，以保證大壩建成后水庫的安全與穩(wěn)定。3. 大壩壩基處理方案的比較與選定大壩壩基第層低液限粉土（Q4al+pl）存在液化的可能性，對壩基的處理擬定三種方案，分別是：開挖換土、強(qiáng)夯及粉噴樁?，F(xiàn)對每種方案一一進(jìn)行介紹：方案一：開挖換土（挖除置換法）對判定可能液化的土層,應(yīng)盡可能采用挖除置換法。挖除置換法是將地基基礎(chǔ)底面

6、以下一定范圍內(nèi)的軟土層挖除，然后回填有較好壓密特性的土進(jìn)行壓實(shí)或夯實(shí),形成良好的持力層。從而改變地基的承載力特性,提高抗變形和穩(wěn)定能力。應(yīng)用于本工程，開挖換土即對第層5.2m深全部開挖運(yùn)走，再進(jìn)行分層夯實(shí)回填。方案二：強(qiáng)夯法（動(dòng)力固結(jié)法）強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法，或動(dòng)力壓實(shí)法，是反復(fù)將1040t的重錘提到高處使其自由落下，落距一般為1040m，對地基土施加很大的沖擊能。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，可提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時(shí)，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法多用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性

7、土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強(qiáng)夯法用于處理砂土液化地基可以取得良好的處理效果，處理深度一般不超過8米，具有設(shè)備簡單，施工便捷，適應(yīng)范圍廣，節(jié)省材料，降低投資，工期短等優(yōu)點(diǎn)。方案三：粉噴樁粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁，是加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法。粉噴樁是采用粉噴樁機(jī)成孔，運(yùn)用粉體噴射攪拌法（粉噴法）原理，利用壓縮空氣將固化劑的主劑（水泥或石灰）以霧狀噴入軟土加固地基層深部，通過特制的攪拌機(jī)械就地將軟土和固化劑(漿液狀和粉體狀)強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。粉噴樁就是采用

8、粉體狀固化劑來進(jìn)行軟基攪拌處理的方法，形成復(fù)合地基，達(dá)到加固的目的。粉噴樁最適合于加固各種成因的飽和軟基土，目前國內(nèi)常用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的粘性土。但需要專門的設(shè)備，對施工人員技術(shù)要求較高。壩基液化處理方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表壩基液化處理方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)開挖換土（挖除置換法）不需要專門的設(shè)備即可施工工程量較大，投資較高，壩基地下水位較高，施工不方便強(qiáng)夯法（動(dòng)力固結(jié)法）設(shè)備簡單，施工便捷，適應(yīng)范圍廣，節(jié)省材料，工期短需配合排水設(shè)施，增加施工難度，加大了投資粉噴樁適合于加固各種成因的飽和軟基土，應(yīng)用范圍較廣需有專門的設(shè)備，對施工人員技術(shù)要求較高根據(jù)以上三種方案比較分析，開挖換土不需要專門的

9、設(shè)備即可施工，但工程量較大，共需挖、填土約5.7萬m3，投資約160萬元，且地下水位較高，施工不方便。強(qiáng)夯法多用于處理低飽和度的粉土與粘性土。由于地下水位距地面僅0.7m，壩基第層為飽和度較高的粉土，若要應(yīng)用此法，需配合壩基排水設(shè)施，增加施工難度，加大了投資。粉噴樁適合于加固各種成因的飽和軟基，不僅適用于本工程，且投資相對較省，投資約27.0萬元，所以本次推薦選用粉噴樁做為壩基處理方案。4. 粉噴樁的具體設(shè)計(jì)應(yīng)用根據(jù)工程實(shí)際情況，本次在大壩軸線上游27.0m、下游23.6m各布設(shè)500mm的水泥粉噴樁連續(xù)墻一排，即將壩基礎(chǔ)能發(fā)生振動(dòng)的液化層封閉起來，兼起到防滲及保證基礎(chǔ)穩(wěn)定的作用，增加了地基承

10、載力。根據(jù)設(shè)計(jì)已勘探的地質(zhì)資料，液化層深度位于地面線3.55.0m，本次設(shè)計(jì)樁底部高程341.0m，穿過液化層1.2m。5. 粉噴樁的施工方法1、 施工原理粉噴樁是采用粉噴樁機(jī)成孔，運(yùn)用粉體噴射攪拌法（粉噴法）原理，利用壓縮空氣將加固料（水泥或石灰）以霧狀噴入軟土加固地基（主要是軟土）層深部，通過鉆機(jī)就地強(qiáng)制攪拌，使地基軟土與加固料充分混合、壓密，同時(shí)加固料與土體發(fā)生水化反應(yīng)，使混合物具有較高的強(qiáng)度，形成復(fù)合地基，達(dá)到加固的目的。、施工方法擬安排五臺粉噴機(jī)，型號為PH-5B（其包括粉噴樁機(jī)、水泥罐、貯灰罐及粉噴系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)等），120kw發(fā)電機(jī)四臺（采用自配發(fā)電機(jī)）。粉噴樁施工工藝流程圖鉆

11、機(jī)對位：鉆機(jī)就位，調(diào)平樁機(jī)機(jī)臺，保持桿垂直，鉆頭對準(zhǔn)鉆位。下沉鉆進(jìn)：啟動(dòng)電機(jī)及攪拌機(jī)鉆頭，放松起吊鋼絲繩，待攪拌鉆頭接近地面時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)記錄儀及空壓機(jī)送氣，并繼續(xù)正向鉆進(jìn)，下沉至設(shè)計(jì)深度。為順利鉆進(jìn)同時(shí)不堵塞噴射口，下沉過程中不噴射加固料，只噴射壓縮空氣。上提噴粉、強(qiáng)制攪拌：鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止鉆進(jìn)，鉆頭反鉆，但不提升；粉體發(fā)送器送灰至噴灰口，打開送料閥門，關(guān)閉送氣閥門，噴送加固粉料；鉆機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊噴粉攪拌，將粉體均勻噴入地下與土充分拌合；確認(rèn)加固粉料已到達(dá)樁底后，按規(guī)定速度（1.01.2m/min）旋噴提升（提升攪拌鉆頭、繼續(xù)噴送粉料不能停止，通過噴粉系統(tǒng)漿水泥（或石灰）通過鉆桿端噴嘴定時(shí)定量向攪動(dòng)的土體噴粉，使土體和加固料進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希Ｌ嵘猎O(shè)計(jì)標(biāo)高（達(dá)到地面以下3050cm）時(shí)，停止噴粉。地表以下50cm部分由人工回填壓實(shí)處理。打開送氣閥，關(guān)閉送料閥，但空壓機(jī)不停機(jī)，攪拌鉆頭升到樁頂時(shí)，停止提升，在原位轉(zhuǎn)動(dòng)2分鐘，以保證樁頭均勻密實(shí)。復(fù)攪：攪拌鉆頭再鉆至設(shè)計(jì)復(fù)攪深度時(shí)，反鉆提升進(jìn)行第二次攪拌，同時(shí)利用加壓空氣管內(nèi)剩余粉體吹盡。復(fù)攪后，攪拌鉆頭提出地面時(shí)，停止主電機(jī)、空壓機(jī)。移動(dòng)鉆機(jī)：到下一個(gè)樁位。6. 結(jié)束語韓信溝大壩于20