韩信沟大坝坝基处理设计方案有施工比选

1、韩信沟大坝坝基处理设计方案比选 张瑞洁（运城市水利勘测设计研究院，运城 044000）摘要：通过对韩信沟水库大坝坝基处理方案的对比选择， 提出了应对特殊坝基土液化土层（软基）的可行方法：连续粉喷桩墙，并介绍了其施工方法。使用此技术能封闭液化土层，并使软土硬结，加固成为稳定土基，为水库大坝坝基处理提供了有益的经验。关键词：坝基处理；粉喷桩；加固1. 工程概况韩信沟水库位于山西省运城市盐湖区东城区，水库上游为八一水库，属黄河流域涑水河水系，流域范围属黄土丘陵沟壑区。水库属小型水库。工程等别为等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。韩信沟水库属新修水库，具体位置位于八一水库下游700m处(邑东路)。

2、水库的修建是根据市政府规划要求，为了解决运城市东城污水处理厂中水排放问题，最终增加蓄水库容。结合地形及当地材料，大坝采用均质土坝，最大坝高8.8m，坝顶长114m，坝顶宽10.0m，坝顶高程356.0m，大坝上游坡比1:3.0，下游坡比1:2.5。大坝工程规划水面线354.5m，可增加蓄水62.5万m3，工程建成后，弃水可以有效利用，并减少了弃水排放对下游农田及其它设施的淹没损失。水库地下水位较高，据当地材料结合勘察测量，距地面仅0.7m。根据中国地震动参数区划图，本区的设计地震动峰值加速度值为0.10g。根据地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表，本区地震基本烈度为度。2. 坝基工程地质、

3、坝基土组成及物理力学性质指标根据勘察结果，坝基土由低液限粉土组成，根据物理力学指标可分为4层：第层低液限粉土：主要由低液限粉土组成，浅黄色，湿，中密，上部含大量植物根系。地基承载力建议采用值90kPa；第层低液限粉土：主要由低液限粉土组成，浅黄色，湿，稍密，局部含少量黄色锈斑。地基承载力建议采用值110kPa；第层低液限粘土：主要由低液限粘土组成，浅黄色褐黄色，湿，中密，局部夹薄层粉砂，含少量黄色锈斑。地基承载力建议采用值150kPa；第层低液限粉土：主要由低液限粉土组成，褐黄色，湿，密实，局部含少量黄色锈斑。地基承载力建议采用值170kPa。、液化判别由勘察土工试验成果表可知：第层坝基土为低

4、液限粉土，其地质时代为第四系全新统冲、洪积物，粘粒含量为7.523.9%。第层低液限粉土，其地质时代为第四系上更新统冲积物。第层低液限粘土，其地质时代为第四系上更新统冲积物。第层低液限粉土，其地质时代为第四系上更新统冲积物。根据水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）附录P.0.3初判：第层为可能发生液化的土层；第、层为不液化土层。对第层进行复判及液化计算，其成果见表。液化判别及计算成果表勘探点编号试验点深度（m）实测标贯击数（击）地下水位（m）粘粒含量Pc（%）液化临界标贯锤击数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：坝基土会产生液化，第层全新统坝基土按液化土考虑。根据勘察结果及土工试验得出，大坝坝基土土层存在液化，地基承载力低，必需对坝基进行处理，以保证大坝建成后水库的安全与稳定。3. 大坝坝基处理方案的比较与选定大坝坝基第层低液限粉土（Q4al+pl）存在液化的可能性，对坝基的处理拟定三种方案，分别是：开挖换土、强夯及粉喷桩。现对每种方案一一进行介绍：方案一：开挖换土（挖除置换法）对判定可能液化的土层,应尽可能采用挖除置换法。挖除置换法是将地基基础底面

6、以下一定范围内的软土层挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实,形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。应用于本工程，开挖换土即对第层5.2m深全部开挖运走，再进行分层夯实回填。方案二：强夯法（动力固结法）强夯法又名动力固结法，或动力压实法，是反复将1040t的重锤提到高处使其自由落下，落距一般为1040m，对地基土施加很大的冲击能。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。强夯法多用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性

7、土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯法用于处理砂土液化地基可以取得良好的处理效果，处理深度一般不超过8米，具有设备简单，施工便捷，适应范围广，节省材料，降低投资，工期短等优点。方案三：粉喷桩粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，也叫加固土桩，是加固饱和软粘土地基的一种新颖方法。粉喷桩是采用粉喷桩机成孔，运用粉体喷射搅拌法（粉喷法）原理，利用压缩空气将固化剂的主剂（水泥或石灰）以雾状喷入软土加固地基层深部，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂(浆液状和粉体状)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。粉喷桩就是采用

8、粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法，形成复合地基，达到加固的目的。粉喷桩最适合于加固各种成因的饱和软基土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土。但需要专门的设备，对施工人员技术要求较高。坝基液化处理方案优缺点比较表坝基液化处理方案优点缺点开挖换土（挖除置换法）不需要专门的设备即可施工工程量较大，投资较高，坝基地下水位较高，施工不方便强夯法（动力固结法）设备简单，施工便捷，适应范围广，节省材料，工期短需配合排水设施，增加施工难度，加大了投资粉喷桩适合于加固各种成因的饱和软基土，应用范围较广需有专门的设备，对施工人员技术要求较高根据以上三种方案比较分析，开挖换土不需要专门的

9、设备即可施工，但工程量较大，共需挖、填土约5.7万m3，投资约160万元，且地下水位较高，施工不方便。强夯法多用于处理低饱和度的粉土与粘性土。由于地下水位距地面仅0.7m，坝基第层为饱和度较高的粉土，若要应用此法，需配合坝基排水设施，增加施工难度，加大了投资。粉喷桩适合于加固各种成因的饱和软基，不仅适用于本工程，且投资相对较省，投资约27.0万元，所以本次推荐选用粉喷桩做为坝基处理方案。4. 粉喷桩的具体设计应用根据工程实际情况，本次在大坝轴线上游27.0m、下游23.6m各布设500mm的水泥粉喷桩连续墙一排，即将坝基础能发生振动的液化层封闭起来，兼起到防渗及保证基础稳定的作用，增加了地基承

10、载力。根据设计已勘探的地质资料，液化层深度位于地面线3.55.0m，本次设计桩底部高程341.0m，穿过液化层1.2m。5. 粉喷桩的施工方法1、 施工原理粉喷桩是采用粉喷桩机成孔，运用粉体喷射搅拌法（粉喷法）原理，利用压缩空气将加固料（水泥或石灰）以雾状喷入软土加固地基（主要是软土）层深部，通过钻机就地强制搅拌，使地基软土与加固料充分混合、压密，同时加固料与土体发生水化反应，使混合物具有较高的强度，形成复合地基，达到加固的目的。、施工方法拟安排五台粉喷机，型号为PH-5B（其包括粉喷桩机、水泥罐、贮灰罐及粉喷系统、空气压缩机等），120kw发电机四台（采用自配发电机）。粉喷桩施工工艺流程图钻

11、机对位：钻机就位，调平桩机机台，保持杆垂直，钻头对准钻位。下沉钻进：启动电机及搅拌机钻头，放松起吊钢丝绳，待搅拌钻头接近地面时，启动自动记录仪及空压机送气，并继续正向钻进，下沉至设计深度。为顺利钻进同时不堵塞喷射口，下沉过程中不喷射加固料，只喷射压缩空气。上提喷粉、强制搅拌：钻到设计深度时，停止钻进，钻头反钻，但不提升；粉体发送器送灰至喷灰口，打开送料阀门，关闭送气阀门，喷送加固粉料；钻机边旋转边喷粉搅拌，将粉体均匀喷入地下与土充分拌合；确认加固粉料已到达桩底后，按规定速度（1.01.2m/min）旋喷提升（提升搅拌钻头、继续喷送粉料不能停止，通过喷粉系统浆水泥（或石灰）通过钻杆端喷嘴定时定量向搅动的土体喷粉，使土体和加固料进行充分搅拌混合）。提升至设计标高（达到地面以下3050cm）时，停止喷粉。地表以下50cm部分由人工回填压实处理。打开送气阀，关闭送料阀，但空压机不停机，搅拌钻头升到桩顶时，停止提升，在原位转动2分钟，以保证桩头均匀密实。复搅：搅拌钻头再钻至设计复搅深度时，反钻提升进行第二次搅拌，同时利用加压空气管内剩余粉体吹尽。复搅后，搅拌钻头提出地面时，停止主电机、空压机。移动钻机：到下一个桩位。6. 结束语韩信沟大坝于20