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强夯置换在水库坝基加固工程中的应用与探讨

来源:宁夏天力基础工程有限公司 作者:匿名 发布:2011-10-27 修改:2015-11-18 隶属:行业新闻 点击:2384  

 

  摘 要:《建筑地基处理技术规范》JGJ 79—2002、J 220—2002要求强夯置换仅适用于一般土层,日加固深度不宜超过7m。乌拉盖地区最大冻土深度3.3m,一般10月下旬开始结冻,次年6月下旬方能全部消融,软土深度河床部分多已超过7m(最深处8.6m)。总结了强夯置换法在该区水库坝基加固工程中的施工经验。

  1 工程概况

  乌拉盖水库位于内蒙古锡林郭勒盟乌拉盖河中上游。本次除险加固工程是在被毁非常溢洪道下游建一个长354m、宽100m、最高24m的大坝。坝基的松散岩层主要有沼泽堆积、冲积堆积的淤泥质壤土以及冰一冰水堆积的淤泥质细砂、砾质中砂、砾质细纱壤土两大类,其成因、时代、水文、地质等差异相当大。因此,处理好坝基上层软弱淤泥质土、提高坝基 承载力和降低坝基渗透性对大坝的整体稳定尤为重要。根据钻探和物探资料,沼泽一冲积的淤泥质壤土、泥质细砂层在坝基范围内连续稳定分布,厚度1.65~8.0m,具有灰黑色、有机质含量高、有臭味、污染手指、孔隙比大于1、天然含水量高且大于液限、以及高压缩性等明显特点(图1)。为了有效地解决该地基土的压缩性高、抗剪强度低、承载力低等不利因素,以及考虑该地区特殊施工条件的因素,决定采用强夯块石墩复合地基法对原地基进行加固。

  

 

  2 施工

  (1)夯锤:直径1.2m,锤重15T~20t,平底圆柱形,最大起吊高度20~27m。

  (2)夯击能:根据现场处理深度的不同,选择不同的夯击能,但最低夯击能不得小于1500kN·m,当处理深度超过6m时,夯击能不得小于4000 kN·m。

  (3)墩长:地质资料表明淤泥层厚度为8.1m以内,因此墩长设计为穿透淤泥层进入下卧持力层。

  (4)墩位布置:基础处理范围内共分a,b,c 3个区(图2),a区设计墩问距为2.0m(中一中),成等边三角形布置,b区设计墩间距为2.4m(中一中),成等边三角形布置,c区设计墩间距为3.0m(中一中),成等边三角形布置(图3)。顺坝轴线方向根据地质资料暂控制在250m范围内,具体可在施工中合理调整。

  (5)块石填料:块石墩填料厚度不小于2.0m块石采用较纯净的中风化石以上的混合开山石料(现场就地取材),块石粒径不大于50cm,含泥量不大于5%,石料级配良好,粒径大于30em的颗粒,含量不应超过总用量的30%。

  (6)夯击次数:每墩夯击次数应同时满足下列条件:累计夯沉量为设计墩长的2倍,并且最后两击的夯沉量之和不大于20cm。

  (7)强夯过程中做好单点夯击过程的全部施工记录,每夯一击均用水准仪测量夯击点的沉降量,并计算出每点的累计沉降量,最后计算整个夯区的平均夯沉量,即平均置换深度。

  (8)满夯:用直径2.5m,重量15t夯锤对整个夯区进行满夯;满夯单击夯击能1500~2000kN.m,每夯点夯2击,夯点按2.10m间距呈梅花型布置,量夯点之间搭接40cm。

  (9)质量检验要求:瑞雷波检测块石墩的长度,形状及着底情况,检测数量为总墩数的10%,每个墩测8点,合格率应大于95%;此外,分别在Ⅱ、6、c 3个区进行静载荷试验,静载荷试验为3个点。

  强夯置换施工机具见表1。施工于2003年6月18日开始,首先由1号机从上游北岸a区开始,沿坝轴方向由西向东区间隔跳打,1、3、5、7…为一序夯点,2、4、6、8…为二序夯点。2号机、3号机分别在6月28日和7月15日开始工作。9月22日施工结束,施工总用时93天。经统计该工程共完成置换石墩4956根;施工用块石料59961.16m3;置换块石墩延米30673.05m;其中单墩最大投料量85 m。;单墩最大置换延米20m;平均单墩用料量12.10m;单墩平均置换深度6.18m;加固总面积24383.79m2。。各区填料量见表2。该工程有效置换率为48%,,其中8m深度区a区置换率94.34%;b区65.37%:c区50.85%1.平均置换率70.18%,整个施工过程中,夯击能按处理深度的不同分别采用了2000~4000kN. m,同时,夯击击数随深度不同而变化,其变化规律大体遵循同区域击数随夯击能加大而变大,随处理深度加深而变大(表3)。

  3 强夯置换块石墩的质量检验

  (1)检测内容:复合地基承载力是否达到250kPa;强夯置换块石墩的置换深度能否达到河床最深处(8.35m)。

  (2)检测方法及完成工作量:附加质量法16组(38个试验点);静载荷试验3组(6个试验点);瑞雷波法5条测线(60个勘探点)。

  (3)检测结果:附加质量法:附加质量法是一种快速测试复合地基承载力的动测方法。其原理是依据单自由度弹簧体系的振动理论,将复合地基概化为“质量弹簧体系”如图4。附加质量法试验统计结果见表4。

  

 

  (4)复合地基承载力试验:在附加质量法测试的基础上该工程还进行了3组复合地基静载荷试验,这3组分别是下游区xA7—69,下游区xc4一37,以及下游区xB4—44,与此同时,也分别对相应的墩体和桩问土进行了静载荷试验(表5、图5)。

  (5)瑞雷波检测墩体影响深度:瑞雷波检测强分置换块行墩的置换深度的原理是利用瑞雷波如下特忡:1)层状介质中传播的频散特悱,在均匀介质中其瑞雷波速度与振动频率(即与波K)无关,在非均匀层状介质巾其波速随频率变化而变化。波速随频率变化的特性称为波的频散特性,频散特性足瑞甫波勘探的理沦基础。2)瑞雷波的波长不同穿透深度不波长与速度‰及频率厂有如下关系:波长是频率/的函数,一定的频率对应一定的波长。当速度不变时,频率越低,测试速度就越大。这是瑞雷波勘探的优越性。穿透深度H与波长Ar。成反比:是波长深度转换系数,它与泊松比等地质物理力学性质有关。当不同取值不同,对于所有介质瑞雷波的穿透深度为0.55AR~0.875AR。本次瑞雷波检测供选择5道测线,(图6)。

  

 

  测线I:位于坝轴上游。8个勘探点,置换深度6.0m~8.4m,根据坝区地质资料分析块石置换深度达到了中砂层。

  测线Ⅱ:上游,位于坝轴左岸。9个勘探点,SB8—86、sc3—69、勘测点加固深度为5.8n1、5.0m,置换深度浅,根据地质资料分析,没有达到中砂层,其余7个点置换深度为6.0~8.0m,根据坝区地质资料分析块石置换深度达到了中砂层。

  测线Ⅲ:下游,平行于坝轴。次测线26个勘测点,根据坝区地质资料分析次测线块石置换深度达到了中砂层。

  测线Ⅳ:下游,位下坝轴右边。9个勘探点,次测线块石置换深度达到了中砂层。

  测线V:下游,位于坝轴左岸边。8个勘测点,置换深度4.3~7.0m。

  经以上分析,同一测线上强夯置换块石墩复合地基置换深度分布有以下规律:从上游往下游置换深度由深变浅,从左岸边到右岸边置换深度由深变浅。这与坝区地质剖面资料揭示的坝区淤泥质壤土的分布规律相符。

  (6)有代表性的复合地基面波频散曲线图见图7。

  

 

  4 结论

  该工程的施工证明,块石墩强夯置换的施工工艺用于加固水库坝基效果良好。在加固深度超过规范要求的深度后仍有一定潜力;加固后的地基承载力有显著的提高。另外在施工方面的优势表现在:工期快、经济效益好、施工便利、无污染。大坝竣工蓄水到今已经过去两年了,大坝各项技术指标均达到了预期的目标。

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