堆载预压法在彭阳县雅石沟水库淤泥面加坝中的应用

戴红梅 王妮娜 李世虎

(宁夏固原市水利勘测设计院 756000)

1 引言

宁夏南部山区的水库大多建于20世纪六七十年代的多泥沙河流上，受当时特定经济、技术条件限制，工程设计标准低，功能不全。经过几十年的运行，水库泥沙淤积非常严重，建筑物不同程度地损坏，存在各种各样的安全隐患，多数已成为险库。2000年以来，国家对病险水库进行除险加固改造，受条件限制，其中相当数量的水库需要加高大坝，增加库容，才达到防洪标准要求。

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。常用的处理方法有挤密法、砂井碎石垫层法、堆载预压法等。前两种方法是在淤泥面铺设碎石、砂砾垫层，然后按设计要求的孔径、孔距成孔并清孔、洗孔和泥浆护壁，孔内注入水泥土或砂砾、碎石进行挤密，一则可以提高现状淤泥面的承载能力，二则能够加速淤泥固结排水，增加抗滑能力，其缺点是施工难度大，投资高。采用堆载预压法，利用堆载物自身重量对地基施压，在不超过地基允许承载力的情况下，逐级加载，确保地基的稳定性。此法具有施工简单、投资省的优点。

2 工程概况

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，2008年列入宁夏小型病险水库除险加固计划。工程建于1978年，流域面积44.0km2，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(1)型水利枢纽工程。本次除险加固的主要内容为:ⓐ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;ⓑ新建泄洪和输水建筑物。

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》表明:库区淤积土()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，其物理力学指标见表1。

表1 库区淤积土物理力学指标

3 堆载预压法设计

3.1 加固原理

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，以增大土体的抗剪强度，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。

3.2 加载设计

a.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为243.2kPa。

b.加载速率控制。按下式进行:

式中 qi——第i级荷载加载速率，初步设计时可取4～8kPa/天;

Δpi——第 i级荷载加载增量，kPa;

ΔTi——第 i级荷载历时，天。

c.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:

式中 τfi——天然地基抗剪强度，kPa;

K——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，可重复计算第二级、第三级……，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，才可一次性加载(见表2)。

表2 加载设计计算成果

3.3 施工组织设计

a.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、泥面表层形成硬壳后，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。

b.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32kPa。第一级容许施加荷载可提高2倍。

c.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基失稳，依据工程经验加载速率按10kPa/天进行控制，加载历时 10天，荷载增量按100kPa控制，加坝速率为0.49m/天，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/天控制，加载历时8天，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4天，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93天。

4 结语

a.采用堆载预压法在淤泥面软土层上加坝，荷载大，地基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。

b.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。

c.与坝后加高坝体相比，采用坝前淤泥面上加高坝体，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结合良好，形成了完整的防渗铺盖，同时也加固了原坝体，有效防止了下游坝坡渗漏问题。

d.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，可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于2008年4月开工建设，2010年5月通过竣工验收，目前工程运行正常。■

1 JGJ79—2002.建筑地基处理技术规范［S］.

2 GB5007—2002.建筑地基基础设计规范［S］.