河口村水库大坝基础处理旁压试验

□李 博 □王 影（河南省水利第一工程局）

1.工程概况

河口村水库工程位于沁河干流最后峡谷段出口五龙口以上约9km处，属河南省济源市克井乡，控制流域面积922.3km2，占沁河流域面积13532km2的68.2%，沁河多年平均径流量11.49亿m3，汛期占62%。水库总库容3.30亿m3，主要以防洪、供水为主，兼顾灌溉发电、改善河道基流等综合利用的大（2）型水利枢纽。主要建筑物有混凝土面板堆石坝，最大坝高122.5m，坝顶长度530m，溢洪道、泄洪洞、引水发电系统等组成，工程等级为II级。水库建成后，可减轻黄河防洪压力，同时将使南水北调总干渠穿沁工程达到100年一遇设计防洪标准，也可使沁河防洪标准由目前不足25年一遇提高到100年一遇。因此，地理位置非常重要。

2.旁压试验

2.1 原理及目的

预钻式旁压试验通过旁压器在预先打好的钻孔中对孔壁施加横向压力，使土体产生径向变形，利用仪器测量压力与变形的关系，测求地基土的力学参数（地基承载力、弹性模量等）。预钻式旁压试验适用于孔壁能保持稳定的粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、风化岩和软岩。

2.2 试验点的布置

试验点布置在有代表性的位置和深度，旁压器的测孔应在同一土层内，满足两试验点的竖向距离≥3.0m或不小于旁压器膨胀段长度的2倍距离，试验孔与已有钻孔的水平距离≥3.0m。场地同一试验土层内的试验点总个数应满足统计数据的要求（一般不宜少于6个点）。本次采用旋四式钻孔测位。

2.3 试验步骤

一是试验前的准备工作，仪器的标定，主要任务有两项：第一项是弹性膜约束力标定，由于弹性模具有一定的厚度，因而在试验对施加的压力并未完全传递给岩土体，因而膜本身产生的侧限作用使压力受到损失，这种压力损失值称为弹性膜的约束力，一般规定在每个工程试验前及新装或更新弹性膜放置时间较长，膨胀次数超过一定值时，或温差超过4℃时，必须进行弹性膜约束力的标定；第二项是仪器综合变形标定，由于旁压机的调整阀、量管在加压过程中会产生变形，造成水位下降或体积损失，这种水位下降值或体积损失称为仪器综合变形，故要进行变形标定。二是钻机成孔。三是充水。将旁压器置于地面上，打开水箱阀门，使水流入旁压器的腔中，并分别回返到量管中，待水位升高到一定高度时，提起旁压器使中腔的中点与量管的水位相齐平，然后关闭阀门,此时记录的量管水位值即是试验的初读数。四是放置旁压器。将旁压器放入钻孔中预定试验位置，将量管阀门打开，此时旁压器内产生静力压力，并记录管中的水位下降值。五是加压。加压时首先打开高压氮气瓶开关,同时观测压力表，控制氮气瓶，输出压力不超过额定标准，然后操纵减压阀旋柄按要求逐级加压，从压力表读取压力值，并记录一定压力时注水量管中水位变化高度，加压的等级包括加压级数和加压增量，取决于试验目的、土层特点资料整理及成果判释方法和旁压仪精度。根据绘制的旁压曲线的要求，加压等级可采用预计临塑压力的1/7～1/5。初始阶段加荷等级取小值，必要时可作为卸荷再加荷试验，测定面加荷旁压模量。六是每级压力的稳定时间。每级压力下的相对稳定时间标准采用1min或3min，对一般粘性土、粉土、砂土等宜采用1min，对饱和软粘土宜采用3min。当采用1min的相对稳定标准时，在每级压力下，测读15s，30s，60s的量管水位下降值，并在60s读数完后即施加下一级压力，直到试验终止。七是试验终止条件。应根据试验目的和旁压仪的极限试验能力来确定,试验压力过临塑压力后即可进行结束试验。当以测定土体变形参数为目的时，则当量测腔的扩张体积相当于量测腔固有体积时，或压力达到仪器的容许最大压力时，应终止试验，结束后排除旁压器内的水使弹性膜恢复原状2-3 min后取出旁压器，移到下一试验点进行试验。八是绘制旁压曲线：根据校正后的压力和水位下降值绘制P～S曲线。

3.地基土承载力确定

根据旁压试验特征值计算地基土的承载力：

临塑荷载法：fak=pf-p0

式中：fak—地基土承载力特征值（kPa）；Fs—安全系数，一般取2～3。

对于临塑压力后急剧变陡的土宜采用极限荷载法。

旁压模量的计算：

式中：EM—旁压模量 （MPa）；ν—泊松比；△P—旁压试验曲线上直线段的压力增量（MPa）；△V—对应于△P体积增量（cm3）；νc—旁压器中腔固有体积（cm3）；νm—平均体积（cm3），νm=(ν0+ν1)/2；ν0—对应于 P0值的体积（cm3）；νf—对应于 Pf值的体积（cm3）。

本次试验为6个钻孔，其旁压剪切模量与地基基本承载力如表1～6。

表1 1﹟孔的标测结果表

表2 2﹟孔的标测结果表

表3 3﹟孔的标测结果表

表4 4﹟孔的标测结果表

表5 5﹟孔的标测结果表

表6 6﹟孔的标测结果表

4.试验结果

通过打深孔做旁压剪切模量试验，推测坝基深层变形模量所偶布置的6个测区，根据天然地基和复合地基旁压试验推测结果，粘土层平均旁压模量提高了16.7%～127.88%，平均地基承载力提高了22.26%～94.87%，平均变形模量提高了27.14%～84.89%，砂卵石层平均旁压模量提高了13.83%～68.06%，平均地基承载力提高了38.27%～94.53%，变形模量提高了45.04%～122.67%。