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【摘要】本文主要介绍采用软基排水沟和坡脚块石压重法及堆载预压法相结合在水库除险加固工程中的应用，通过软基排水设置及加载速率及荷载分级控制，分期施工，使淤泥地基最终达到设计承载力要求。由于采用此法处理软基效果较好，为类似工程施工提供了经验，以供借鉴。
【关键词】软基排水沟；堆载预压法；宁夏彭阳县
Pengyang Ya reservoir reinforcement technology of gully
Yang Zhi
（Ningxia PengYang WaterPengyangNingxia756500）
【Abstract】This paper describes the use of soft foundation stone gutters and toe weights method and Preloading in Combination reservoir reinforcement engineering applications， settings， and loading rate and load hierarchical control through soft ground drainage， stage construction， so silt foundation ultimately bearing capacity requirements. As a result of this method is better treatment of soft foundation for similar projects provide experience for reference.
【Key words】Soft foundation drains；Preloading law；Ningxia PengYang
1. 工程概况
（1）彭阳县雅石沟水库位于泾河一级支流安家川河上游雅石沟上，是一座集防洪、拦泥、为下游提供灌溉水源的综合性水库。该水库建于1978年，流域面积44.0 km2，大坝为碾压式黄土均质坝，最大坝高43.1m，总库容832.6万m3，淤积深度38.5m，属小（一）型水利枢纽工程。本次除险加固的主要内容有：（1）坝体在淤泥面加高7.5m，总库容达到1339.6万m3，加坝增容507万m3；（2）新建泄洪和输水建筑物。
（2）宁夏水利水电勘测设计研究院完成的《彭阳县雅石沟水库工程地质勘察报告》告表明：库区淤积土（Q42al）主要成分为壤土，含少量砂岩、泥岩碎块或者砾石，土黄——黄红色，软塑——硬塑状态。经分析，水库坝前淤积物为多年沉积的近似饱和的淤泥质土，这种饱和软土具有含水量大，压缩性高、灵敏度高、流变性高、承载力低和渗透系数低的地质特性，以软土作为地基进行大坝加高，施工过程中存在孔隙水压力过高、变形过大、承载强度低、容易产生滑坡等问题。
2. 除险加固技术浅析
2.1软基排水沟及坡脚块石压重法。
软基排水沟布置为纵向和横向，纵向排水沟平行于坝轴线布设，共三道，平均间距7.4mm。一、二道排水沟断面尺寸：宽度1.5m，深度1.5m，排水沟填料由砂、卵砾石和块石组成，并且满足反滤要求：砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.5m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度0.7m，粒径大于300mm；第三道排水沟即坡脚块石压重区，断面尺寸：平均宽度2.0m，高度2.0m，砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.5m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度1.2m，粒径大于300mm；横向排水沟垂直于坝轴线，共设八道，平均间距50米，其坡度不宜超过1%，排水沟断面尺寸：宽度1.0m，深度1.0m，砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.3m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度0.4m，粒径大于300mm。格网带形成后，内填0.3m厚的碎石。
2.2堆载预压法。
堆载预压法是指在建筑物或构筑物建造前，先在拟建基础上施加或分级施加与其相当的荷载，对地基土进行预压处理，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，地基土压密，以增长土体的抗剪强度，提高地基承载力和稳定性；同时可减小土体的压缩性，消除沉降量，以便在使用期间不致产生有害的沉降和沉降差。在坝前淤泥面上加固加高大坝，是利用土坝自身重量对地基施压，使淤泥地基最终达到设计承载力要求。
（1）荷载计算：预压荷载根据设计要求确定，一般采用等载预压，即预压荷载采用基底压力，压实度按0.98控制，则碾压后的湿密度为2.01g/cm3，淤泥面以上加坝高度为12.1m，经计算建基面的基底压力243.2KPa。
（2）加载速率控制：qi=Δpi/ΔTi
式中：qi─第i级荷载加载速率，初步设计时可取4～8 KPa/d；
Δpi─第i级荷载加载增量（KPa）；
ΔTi─第i级荷载历时（d）。
（3）加载分级：估计容许施加的荷载pi，一般可按斯开普敦极限承载力半经验公式确定，对饱和软黏土可近似按下式计算：
pi≈5.52τfi/K
式中：τfi─为天然地基抗剪强度（KPa）；
K─为安全系数，建议取K =1.3-1.5，这里取K =1.3。
如果第一级荷载p1尚未达到预压荷载pn，可重复计算第二、三……，只有当天然地基土的强度满足预压荷载下地基的稳定性要求时，可一次性加载（加载计算成果表见表1）。
2.3加坝速率控制法。
考虑由于施工速度过快，在淤泥质土中产生了过大的孔隙压力，导致下垫砂层排水来不畅、固结慢，易出现裂缝和滑坡现象，设计要求控制加坝速率，即将坝体加高填筑分为几个阶段，以便使坝基上产生的孔隙压力随时间的推移有一个消散过程。根据已建成类似工程的实践经验，该水库土坝加高填筑共分为四期施工，每期填筑高度大约为总高差的1/6即3.0m为宜。第一期第一层填筑土料含水量控制在10%左右，铺土厚度40～50cm，以便吸湿淤泥面水分，并避免重型机械碾压；每期填筑完成后，埋设固定沉降观测桩，每天观测1次，10～15天后，当每天沉降量小于1cm时，可以进行下一期的坝体填筑。 3. 施工注意事项
（1）放空库容，晾晒淤泥面：泄完库区蓄水，淤泥面凉晒至少30天，使孔隙水蒸发消散，泥面表层形成硬壳，可将原坝坡干砌块石及沙砾料推入淤泥面，轻压挤密，使其排水固结。
（2）为缩短工期，在淤泥面铺设水平排水砂垫层：厚度为0.5m，铺设范围为建基面的淤泥面，垫层铺好后，采用100kpa的机械进行碾压，在碾压过程中进行观测，防止出现翻浆或形成橡皮土现象。经碾压后，取试样实验，天然地基抗剪强度可提高3倍，即达到32 KPa。第一级容许施加荷载可提高2倍。
（3）加高坝体：经计算共分四级加载，为防止第一级加载过高导致地级失稳，依据工程经验加载速率按10kpa/d进行控制，加载历时10d，荷载增量按100kpa控制，加坝速率为0.49m/d，10天的加坝高度为4.9m；30天后开始第二级加载，加载速率按10kpa/d控制，加载历时8d，加荷荷载为180kpa，8天的加坝高度为3.92m；60天后开始第三级加载，加荷荷载为220kpa，加载历时4d，4天的加坝高度为1.96m。90天后开始第四级加载，加荷荷载为243.2kpa， 3天的加坝高度为1.32m。总加坝高度为12.1m，历时93d。
4. 结束语
（1）采用软基排水沟和坡脚块石压重法和堆载预压法相结合在淤泥面软土层上加坝，荷载大，地基的强度不能满足快速加载的要求，施工时必须严格控制加载速率，逐级加载，分期施工，使地基土的强度不断提高，结构趋于稳定，从而满足设计承载力要求。
（2）在坝前淤泥面上加坝成败的关键是建基面，一般情况下，在水平铺筑厚度不小于0.5m的排水垫层后，采用轻型机械慢速反复碾压进行观测，形成满足要求的建基面。
（3）采用坝前淤泥面上加高坝体与坝后加高坝体相比，一方面减少了工程量，节省了投资，另一方面，新加坝体与坝前淤泥面良好的结合，形成了完整的防渗铺盖，同时也加固了原坝体，有效防止下游坝坡渗漏问题。
（4）由于采用此法处理软基在彭阳县雅石沟水库除险加固取得了较好的效果，该工程已竣工验收并投入使用，坝体未出现裂缝，为类似工程设计及施工提供参考。
彭阳县雅石沟水库除险加固工程2008年4月开工建设，2010年5月完工，2012年通过竣工验收，目前工程运行正常。
参考文献
[1]《建筑地基处理技术规范》，中国建筑工业出版社，2002年.
[2]《建筑地基基础设计规范》，中国建筑工业出版社，2002年.
[3]《彭阳县雅石沟水库工程地质勘察报告》，宁夏水利水电勘测设计研究院，2007年.
[作者简介] 杨智（1977.8-），职称：水利工程师，工作单位：宁夏固原市彭阳县水务局，男，2005年6月毕业宁夏大学。
【关键词】软基排水沟；堆载预压法；宁夏彭阳县
Pengyang Ya reservoir reinforcement technology of gully
Yang Zhi
（Ningxia PengYang WaterPengyangNingxia756500）
【Abstract】This paper describes the use of soft foundation stone gutters and toe weights method and Preloading in Combination reservoir reinforcement engineering applications， settings， and loading rate and load hierarchical control through soft ground drainage， stage construction， so silt foundation ultimately bearing capacity requirements. As a result of this method is better treatment of soft foundation for similar projects provide experience for reference.
【Key words】Soft foundation drains；Preloading law；Ningxia PengYang
1. 工程概况
（1）彭阳县雅石沟水库位于泾河一级支流安家川河上游雅石沟上，是一座集防洪、拦泥、为下游提供灌溉水源的综合性水库。该水库建于1978年，流域面积44.0 km2，大坝为碾压式黄土均质坝，最大坝高43.1m，总库容832.6万m3，淤积深度38.5m，属小（一）型水利枢纽工程。本次除险加固的主要内容有：（1）坝体在淤泥面加高7.5m，总库容达到1339.6万m3，加坝增容507万m3；（2）新建泄洪和输水建筑物。
（2）宁夏水利水电勘测设计研究院完成的《彭阳县雅石沟水库工程地质勘察报告》告表明：库区淤积土（Q42al）主要成分为壤土，含少量砂岩、泥岩碎块或者砾石，土黄——黄红色，软塑——硬塑状态。经分析，水库坝前淤积物为多年沉积的近似饱和的淤泥质土，这种饱和软土具有含水量大，压缩性高、灵敏度高、流变性高、承载力低和渗透系数低的地质特性，以软土作为地基进行大坝加高，施工过程中存在孔隙水压力过高、变形过大、承载强度低、容易产生滑坡等问题。
2. 除险加固技术浅析
2.1软基排水沟及坡脚块石压重法。
软基排水沟布置为纵向和横向，纵向排水沟平行于坝轴线布设，共三道，平均间距7.4mm。一、二道排水沟断面尺寸：宽度1.5m，深度1.5m，排水沟填料由砂、卵砾石和块石组成，并且满足反滤要求：砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.5m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度0.7m，粒径大于300mm；第三道排水沟即坡脚块石压重区，断面尺寸：平均宽度2.0m，高度2.0m，砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.5m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度1.2m，粒径大于300mm；横向排水沟垂直于坝轴线，共设八道，平均间距50米，其坡度不宜超过1%，排水沟断面尺寸：宽度1.0m，深度1.0m，砂层平均厚度0.3m，粒径1～5mm，卵砾石平均厚度0.3m， 粒径5～20mm；块石层平均厚度0.4m，粒径大于300mm。格网带形成后，内填0.3m厚的碎石。
2.2堆载预压法。
堆载预压法是指在建筑物或构筑物建造前，先在拟建基础上施加或分级施加与其相当的荷载，对地基土进行预压处理，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，地基土压密，以增长土体的抗剪强度，提高地基承载力和稳定性；同时可减小土体的压缩性，消除沉降量，以便在使用期间不致产生有害的沉降和沉降差。在坝前淤泥面上加固加高大坝，是利用土坝自身重量对地基施压，使淤泥地基最终达到设计承载力要求。
（1）荷载计算：预压荷载根据设计要求确定，一般采用等载预压，即预压荷载采用基底压力，压实度按0.98控制，则碾压后的湿密度为2.01g/cm3，淤泥面以上加坝高度为12.1m，经计算建基面的基底压力243.2KPa。
（2）加载速率控制：qi=Δpi/ΔTi
式中：qi─第i级荷载加载速率，初步设计时可取4～8 KPa/d；
Δpi─第i级荷载加载增量（KPa）；
ΔTi─第i级荷载历时（d）。
（3）加载分级：估计容许施加的荷载pi，一般可按斯开普敦极限承载力半经验公式确定，对饱和软黏土可近似按下式计算：
pi≈5.52τfi/K
式中：τfi─为天然地基抗剪强度（KPa）；
K─为安全系数，建议取K =1.3-1.5，这里取K =1.3。
如果第一级荷载p1尚未达到预压荷载pn，可重复计算第二、三……，只有当天然地基土的强度满足预压荷载下地基的稳定性要求时，可一次性加载（加载计算成果表见表1）。
2.3加坝速率控制法。
考虑由于施工速度过快，在淤泥质土中产生了过大的孔隙压力，导致下垫砂层排水来不畅、固结慢，易出现裂缝和滑坡现象，设计要求控制加坝速率，即将坝体加高填筑分为几个阶段，以便使坝基上产生的孔隙压力随时间的推移有一个消散过程。根据已建成类似工程的实践经验，该水库土坝加高填筑共分为四期施工，每期填筑高度大约为总高差的1/6即3.0m为宜。第一期第一层填筑土料含水量控制在10%左右，铺土厚度40～50cm，以便吸湿淤泥面水分，并避免重型机械碾压；每期填筑完成后，埋设固定沉降观测桩，每天观测1次，10～15天后，当每天沉降量小于1cm时，可以进行下一期的坝体填筑。 3. 施工注意事项
（1）放空库容，晾晒淤泥面：泄完库区蓄水，淤泥面凉晒至少30天，使孔隙水蒸发消散，泥面表层形成硬壳，可将原坝坡干砌块石及沙砾料推入淤泥面，轻压挤密，使其排水固结。
（2）为缩短工期，在淤泥面铺设水平排水砂垫层：厚度为0.5m，铺设范围为建基面的淤泥面，垫层铺好后，采用100kpa的机械进行碾压，在碾压过程中进行观测，防止出现翻浆或形成橡皮土现象。经碾压后，取试样实验，天然地基抗剪强度可提高3倍，即达到32 KPa。第一级容许施加荷载可提高2倍。
（3）加高坝体：经计算共分四级加载，为防止第一级加载过高导致地级失稳，依据工程经验加载速率按10kpa/d进行控制，加载历时10d，荷载增量按100kpa控制，加坝速率为0.49m/d，10天的加坝高度为4.9m；30天后开始第二级加载，加载速率按10kpa/d控制，加载历时8d，加荷荷载为180kpa，8天的加坝高度为3.92m；60天后开始第三级加载，加荷荷载为220kpa，加载历时4d，4天的加坝高度为1.96m。90天后开始第四级加载，加荷荷载为243.2kpa， 3天的加坝高度为1.32m。总加坝高度为12.1m，历时93d。
4. 结束语
（1）采用软基排水沟和坡脚块石压重法和堆载预压法相结合在淤泥面软土层上加坝，荷载大，地基的强度不能满足快速加载的要求，施工时必须严格控制加载速率，逐级加载，分期施工，使地基土的强度不断提高，结构趋于稳定，从而满足设计承载力要求。
（2）在坝前淤泥面上加坝成败的关键是建基面，一般情况下，在水平铺筑厚度不小于0.5m的排水垫层后，采用轻型机械慢速反复碾压进行观测，形成满足要求的建基面。
（3）采用坝前淤泥面上加高坝体与坝后加高坝体相比，一方面减少了工程量，节省了投资，另一方面，新加坝体与坝前淤泥面良好的结合，形成了完整的防渗铺盖，同时也加固了原坝体，有效防止下游坝坡渗漏问题。
（4）由于采用此法处理软基在彭阳县雅石沟水库除险加固取得了较好的效果，该工程已竣工验收并投入使用，坝体未出现裂缝，为类似工程设计及施工提供参考。
彭阳县雅石沟水库除险加固工程2008年4月开工建设，2010年5月完工，2012年通过竣工验收，目前工程运行正常。
参考文献
[1]《建筑地基处理技术规范》，中国建筑工业出版社，2002年.
[2]《建筑地基基础设计规范》，中国建筑工业出版社，2002年.
[3]《彭阳县雅石沟水库工程地质勘察报告》，宁夏水利水电勘测设计研究院，2007年.
[作者简介] 杨智（1977.8-），职称：水利工程师，工作单位：宁夏固原市彭阳县水务局，男，2005年6月毕业宁夏大学。