【業界資訊】強夯法在西瀝水庫大壩加固設計與施工中的應用
西瀝水庫工程位于深圳市區西北角,水庫樞紐由主壩、副壩、溢洪道、壩下輸水涵管和水電站組成。原主壩采用水中填土方法修建,當初“大躍進”建庫時,壩基末能進行認真處理,加之筑壩方法等問題,雖經1961年、1973年、1978年和1990年多次加固,壩體滲漏問題得到了解決,但壩上游坡比仍然是1∶1.8,壩坡穩定不能滿足規范要求,致使大壩長期處于低水位運行,水庫未能合理的發揮其防洪供水綜合作用。
??一、壩體加固設計
??西瀝水庫大壩加固,主要是解決上游坡的穩定。為此曾作了3個方案的比較,最后選用水下填筑用塊石石渣混合料填出水石后進行了強夯的方案。此方案壩頂寬7m,除對下游壩坡進行修坡植草皮外,壩腳處還設置排水道,加設量水堰,壩頂上游側設置高0.9m的防浪墻,上游壩坡比為1∶2.75至高程23.5m,23.5m壩高程以下,采用塊石、石渣混合料進行水下填筑,水深3~7m,使其形成平臺,平臺長370m,寬21m,在平臺進行重錘強夯,對基礎2m厚淤泥和填筑體進行擠密,使混合料的孔隙率小于25%,平臺也作為填土培坡的基礎,23.5m高程以上進行分層碾壓至壩頂,并預留寬度1m作為削坡,削坡后要求新填筑體的干容重達到1.62t/m3的95%以上,壩坡面設置厚25cm的C20混凝土護坡。
??根據鉆探壩體的資料、強夯后相關指標和大壩運行最不利工況,穩定計算按土壩計算程序,得出大壩邊坡穩定安全系數上游Kmin=1.22,下游Kmin=1.28。上下游坡的穩定安全系數均大于規范要求。
??二、水下填筑采用強夯施工
??強夯塊石樁墩復合基加固是近年發展起來的一種比較新穎的施工方法。它適用于處理具有相當厚度的軟基,具有施工安全、高效、快捷、經濟等優點。它利用一定的夯擊能量將塊石為主的混合料夯擊到淤泥層中,并穿過淤泥層到建基面上,使混合填料經強夯后內部顆粒重新排列組合,從而改變淤泥層的物理力學指標,使壩體填筑料各項指標達到設計要求。壩體加固標準斷面見圖。
??目前強夯法用于大壩加固在廣東省尚無先例,為保證原壩體邊坡穩定的混凝土防滲心墻的安全,在施工前先要進行強夯試驗,通過試驗對壩坡和心墻進行測試來確定施工參數。
??1.測試項目
??a.觀測邊坡有無產生裂縫和位移。
??b.強夯產生的沖擊波振動速度?不損壞大壩防滲心墻,為確保防滲心墻安全,以抗震烈度在理論值6度的基礎上減少1.5度4.5度?為原則,并根據《爆破安全規程》GB3722-89安全振動速度1.5cm/s為依據,確定西瀝水庫大壩安全振動的速度值不能超過1.5cm/s。
??2.錘型選用
??本工程選用平錘,錘重150kN,錘底直徑2.26,面積4m2;異型錘,錘重170kN,錘底直徑1.0,面積0.785m2。
??3.對振動速度的測試
??振動速度測試采用異型和平錘兩種錘型,通過測試可以看出異型錘能很大,而振動速度比較小,僅0.3cm/s對混凝土防滲墻影響較小,而平錘對混凝土防滲心墻影響相對較大,個別點超過1.5cm/s。
??4.強夯的實施
??整個工區分為兩個工區:A區,軟基區,距離涵管中心8m至68m范圍內壩右B區,從距離涵管中心68m至壩左端,長288m。
??A區,每排5個夯擊點,中間3個點采用異型錘,夯擊能2000kN·m,8擊;兩邊2個點用平錘,夯擊能1100kN·m,不少于4擊,以最后兩擊沉降差小于10cm為收錘標準。然后,進行B區的間夯,同樣每排5個點,近壩區一點和近水區兩點用平錘,中間兩點用異型錘,夯擊方法與A區同。完成A、B區間夯之后,把整個場地平整,再進行滿夯。滿夯也分為兩個區,靠壩邊3.5m區,夯擊能為700kN·m,近水邊15m區,夯擊能為1000kN·m,且前后左右夯擊點搭接長度大于30cm。同樣不少于4擊,以最后兩擊沉降差小于10cm為收錘標準。
??三、運行效果
??工程于1996年底竣工,經2年運行,現大壩水平位移極微,垂直沉降僅為5mm,均小于一般土石壩的沉降量,也少于振動碾壓堆石壩的3%~5%;壩體滲量比未加固時明顯減少,由原20l/s。s降至71/s。將強夯技術應用于壩前淤泥處理,避免了水利工程中常用圍堰工程大,抽水量多,工期長和投資大的問題,節省投資近千萬元。經兩年多運行檢驗壩體的垂直變形沉降量僅為5mm。壩軸線位移極小,壩體滲漏量減少至71/s以下。