学习振冲法加固岸堤水库砂壳心墙坝的实践

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1、振冲法加固岸堤水库砂壳心墙坝的实践1李旺林[摘要]简要介绍岸堤水库除险加固工程中，采用振冲法加固大坝松散砂壳的技术。这是我国首次将振冲法用于大坝斜坡松散砂的抗震加固，经检测振冲法加固松散砂壳，加固质量完全可以达到设计标准。[关键词]岸堤水库砂壳心墙坝振冲法1.工程概况岸堤水库位于山东省蒙阴县沂河支流东汶河与梓河汇流处，地处地震烈度Ⅶ度区，控制23流域面积1690km，总库容7.49亿m，是山东省排名第二的大型水库。大坝坝型为砂壳心墙坝，最大坝高29.8m，坝顶宽7.0m，砂壳材料以砾质粗砂为主，心墙材料为亚粘土，坝基为砾质粗砂，坝基截渗为粘土齿槽。由于当时历史条件

2、的限制，大坝施工质量较差，砂壳相对密度仅0.39～0.43，呈松散状态。自大坝竣工以来，上游坝坡多次发生滑坡，坝体出现多处裂缝，坝基渗水严重，多处发生渗透变形破坏等，被列为全国第一批重点病险水库。除险加固工程于1992年开工，1997年11月完工。本文以岸堤水库0+300坝断面为例，介绍振冲法加固砂壳的技术。2.大坝现状抗震评价及加固设计2.1大坝现状评价针对大坝砂壳、砂基松散的问题，河海大学顾淦臣教授用有效应力动力分析方法、山东省水科院用总应力动力分析方法分别对大坝现状的抗震能力进行了分析，结论是：在Ⅶ度地震作用下，上游坝坡出现较大范围的开敞式液化区，最大液化深

3、度8m左右，上、下游坝脚以外地基局部有液化现象，上游坝坡失稳。2.2加固设计方案为提高大坝松散砂壳的抗震能力，根据兴旺庄水库土坝振冲试验研究成果，经多方案分析论证，决定采用压重法和振冲法相结合的加固方案：高程166.0m以上坝壳采用振冲法加固，加固深度8m；高程169.0m以下坝壳及坝脚砂基采用抛石压重，压重形式采用复式压重平台。加固方案见图1。山东省水利勘测设计院用有效应力动力分析方法对大坝加固断面进行了动力分析，其主要结论为：加固后消除了大坝砂土液化，满足抗震稳定的要求。1山东省水利勘测设计院。315图1岸堤水库振冲法和压重法相结合加固方案示意图3.振冲法加固

4、松散砂壳试验研究3.1兴旺庄水库土坝振冲试验研究为了探索振冲法加固松散砂壳坝坡的可行性、安全性和加固质量的可靠性，山东水利厅和南京水利科学研究院利用兴旺庄小水库土坝（坝高10m，上游坝坡为1:3.0），参照岸堤水库土坝予以扩建，然后，在松散砂壳上进行振冲加固试验，主要成果如下：(1)加固原理：在砂坡内通过强烈振动，使砂坡局部（含填料）呈液化状态，以至砂粒重新挤紧，达到加密砂坡的目的。(2)加固试验结论：用振冲法加固坝坡，只要施工方法适当，可使砂质坝坡安全地从疏松状态(相对密度0.22)加固到相对密度0.8左右,抗震能力显著提高。(3)加固主要经验：①一般松散粗砂振

5、冲孔距宜取1.8m左右，根据抗震设计要求的相对密度及坝料情况，适当增缩孔距。②力求加固时坝料饱和。试验发现坝料饱和与否，对加固效果影响很大。饱和坝料区加固效果显著高于非饱和坝料区，其密度提高15%左右，因此振冲浸润线以上坝体时，应加水饱和，以提高效果。③振冲施工时，振冲动力衰减极快，砂坡的动力反应均随震源的距离呈幂函数衰减，液化区范围很小，坝坡是安全的。3.2岸堤水库大坝振冲试验成果(1)试验设计。砾质粗砂坝段振冲加固深度采用6.5m和8.0m两种，振冲功率采用30kW、55kW和75kW3种，不同振冲孔距共采用5种组合，振冲试验组合见表1。(2)试验成果。砾质粗

6、砂坝段5种组合试验成果见表1。表1砾质粗砂断面振冲试验设计及检测结果振冲深度振冲器功率孔距振冲前振冲后填砂量3/m/kW纵向/m横向/m相对密度标贯击数相对密度标贯击数/m301.51.30.628～160.966.5301.41.210.394～70.639～170.97551.51.30.7514～281.108.0752.01.730.394～70.7516～271.04752.52.150.7511～190.95316从表1可以看出：对于砾质粗砂材料来说，采用适当功率的振冲器可以达到加固松散砾质粗砂的目的；较小功率的振冲器需要较小的振冲孔距才能达到理想的结

7、果，工效低，工期长，是不经济的；采用较大功率的振冲器可以提高工效，缩短工期，是比较经济的。4.振冲法加固设计的要点及质量检查根据兴旺庄水库土坝振冲试验和岸堤水库大坝振冲试验成果，振冲法加固砾质粗砂坝段上游坝坡松散砂壳设计的要点为：(1)加固标准：相对密度达到0.75以上。(2)加固范围和深度：高程166.0m以上坝壳加固深度8m，并要求振冲底面距心墙外侧的距离不小于2m。(3)振冲孔距：振冲孔梅花形布置，顺坝轴向孔距2.0m，垂直坝轴向排距1.73m。3(4)填料：粗砂坝段充填粒径1～2cm的小砾石，每米填砂量不低于1.04m。(5)振冲器采用功率为75kW。振冲

8、加固质量检