水库大坝加固施工中强夯技术的应用研究

闫先歌

【摘要】水库大坝加固施工阶段，强夯技术属于非常关键的基础加固技术之一，施工技术水平也对水库大坝加固施工质量产生十分重要的影响和作用。通过对强夯技术的科学有效应用，确保加固施工操作安全高效的同时，可以使加固施工质量和效率得到全面提高。所以，水库大坝加固施工期间，需基于工程建设的具体标准，科学应用强夯技术，严格遵循标准规范，为确保加固施工可以安全顺利开展，务必重视对强夯技术应用原理做出充分了解掌握，强化施工质量控制，使水库大坝加固施工的整体效率可以得到有效提高，以此推动水利工程事业的稳定良好发展。本文对强夯技术在水库大坝加固施工中的应用进行分析，为相关的研究提供借鉴。

【关键词】水利工程;水库大坝;强夯技术;加固施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

绪论

随着科学技术水平的稳步提升，为水库工程建设发展提供非常关键的技术支撑。特别是水库大坝加固施工期间，通过对强夯技术的科学有效应用，使水库大坝加固施工效率和质量得到全面有效提升，对水库大坝使用年限具有非常重要的影响和意义。所以，水库大坝加固施工期间，为确保加固施工可以安全顺利开展，务必重视对强夯技术应用原理做出充分了解掌握，强化施工质量控制，使水库大坝加固施工的整体效率可以得到有效提高，以此推动水利工程事业的稳定良好发展。

一、工程基本情况

1.工程概况

某水库属于中型规模水库工程，水库枢纽位于某山谷出口位置，并汇入支流水系。枢纽通过电站、大坝与引水隧道以及溢洪道共同工程，水库集雨面积可以达到约79km2，正常库容约为4500万m3，总库容则可以达到约5035万立方米，灌溉农田面积约为3427hm2，电站装机容量可以达到2×1000kW。

大坝主体属于黏土心墙土石坝，属于三等三级建筑物，按100年一遇设计，设计洪水位控制在198.75m;1000年一遇校核，校核水位控制在199.36m。坝顶位置高程达到199.35m，心墙顶部位置高程达到198.80m，坝底心墙位置河床高程达到144m，上游坝址位置河床高程则达到145m。坝顶位置设计高度为1m的防浪墙，最大拔高则达到55.35m[1]。内坡共划分成四级，由上至下坡比依次达到1∶3.5、1∶3.5、1∶3.25、1∶2.75;外坡同样划分成四级由上至下坡比依次达到1∶2.0、1∶2.5、1∶2.5、1∶2.0，最下一级设计为堆石棱体，外坡比则达到1∶2.0，内坡比则达到1∶1.5，高度达到6m，戗道宽度达到2.0m。坝顶位置区域，轴线长度达到140m，宽度则达到6m，上游坝壳底部位置宽度达到166.25m，下游坝壳底部位置宽度达到118.20m，心墙底部位置宽度则达到29.40m。上游坝壳所选用的材料主要以库区内部自然存在的风化土石料，设计干容量控制在1.75g/cm3;下游坝壳所选用材料的材料主要以下游河床存在的矿渣废弃料为主，设计干容重控制在2.0g/cm3。

大坝填筑工程施工时间约两年，并在后期完成围堰修筑，因为上游围堰修筑位于导流隧洞出渣料堆积处，存在明显的渗漏问题，位于下游20m位置，基于坝体填筑标准，对第二围堰进行修筑。因为大坝轴线出现上移的情况，围堰进入坝体内，引起坝轴线上游侧130m之外，总共3000㎡坝基无法进行清淤處理，因此，对上游坝壳料采取强夯施工。关于强夯法，即通过重锤的使用，位于高处以自由落体的形式，对地基形成振动以及冲击力，可以使地基强度得到明显的提高，使压缩性得到有效减小，同样可以对抵抗液化能力做出明显改善，使湿陷性得到有效消除。现阶段，位于建筑、路桥、机场跑道和仓库等领域，强夯法有着较为广泛的应用[2]。

2.工程地质条件

（1）坝址地质条件

大坝枢纽处属于典型侵蚀-剥蚀地貌，河谷位置的横向剖面，呈现出“V”型，河床底部位置宽度介于35-40m，两岸谷坡出现出下陡上缓的趋势。大坝同样存在着冷家溪群变质岩系，第四系现代堆积物，同时，坝址下游位置同样存在着岩浆岩。坝址下部位置，冷家溪千枚岩石已经出现明显较为强烈的风化现象，并形成较深的深度，强风化带在岸坡深度介于6-8.8m，河床底部宽度仅得到1-2m;中等风化带岸坡深度则介于4-7m，最大厚度达到8.2m，河床大部分厚度可介于3-4m;河床淤泥质粉土，其厚度可以达到2-2.5m，颜色为褐灰色，内部存在较多粉细砂，并夹杂部分卵石，颜色多为浅灰或是乳白色。位于上游强夯区位置，淤泥中则夹杂部分石渣和粉细砂混合物[3]。

（2）坝体填筑材料条件

上游强夯区位置，土层结构主要划分成三部分，第一部分主要为河床淤泥，第二部分主要为石渣料，第三部分则主要为千枚岩风化土料。其中，石渣料、风化料所具有的基本性质，详见表1。

二、强夯技术应用原理

强夯技术，同样被称之为动力固结法，水库大坝加固施工期间，科学应用强夯技术，可以使地基承载力以及压缩模量得到有效提高，对地基密实度以及均匀性做出明显改善，并对地基土孔隙分布做出有效优化，在碎石土、湿陷性黄土和砂土等土壤条件下的应用较为广泛，施工效果显著，工期时间较短，有利于工程造价的管理管理控制。强夯技术的具体应用，是利用冲击力，对原有土体结构做出合理改善，对相邻区域土质进行严实挤压，并形成夯坑，具体加固原理主要包括：

（1）动力置换。动力置换具体包括桩式置换、整式置换。桩式置换，即借助于强大夯击力，将碎石填筑到软土，以此形成碎石桩，确保良好的稳定性。整式置换，即借助于强大夯击力，将碎石填筑到淤泥，以此形成加固效果稳定可靠的碎石垫层。

（2）动力固结。借助于冲击力作用效果，形成冲击波，对土体原有结构做出改变，位于土体内部某一区域则会形成少数缝隙，缝隙则起到排水的效果，对缝隙中软土地基孔隙内部所含多余水分有效排出，从而确保软土体可以形成固结。

（3）动力密实。即借助于强大冲击荷载，对土体内部孔隙采取严密压实，使软土地基强度可以获得明显提升[4]。

三、强夯技术在水库大坝加固施工中应用的准备工作

1.强夯设备选择

强夯设备是通过脱钩装置、夯锤和起重机共同构成。关于夯锤的选择，可基于起重设备、加固深度以及地基土质等情况做出合理选择。关于夯锤底面积的选择，应当结合地基土具体种类，如砂性土土质，底面积则应保证不宜过大，粘性土土质，底面积则需适当增大。关于脱钩装置与起重设备，一般而言，起重机主要以轮胎式和履带式为主，若地基存在相应的加固标准，则需选择大型夯锤，同时制作专门使用的起吊三脚架，搭配2台起重机共同完成夯锤台吊。借助滑轮组，对夯锤起吊至相应的高度，使用脱钩装置完成自动脱钩，实现夯锤的自由下落。

2.夯击参数选择

水库大坝加固施工阶段，强夯技术的有效应用，需对锤重与落距做出精准掌控，一般而言，夯锤重量介于8-25t，落距距离则介于8-20m，强夯效果可得到充分保证。水库大坝加固施工，有关人员需对施工标准规范做出充分熟悉了解，并基于此对夯锤做出合理选择，对锤重和落距的关系做出准确掌控，确保强夯质量可以得到加固施工的严格标准[5]。

3.夯击能确定

水库大坝加固施工正式开始之前，需重视试验段的科学试验，获取完整准确的检测数据，为后期加固施工的有序开展提供重要的基础数据支撑。基于有关数据结果，进行科学系统分析，同加固工程设计规范和施工标准加以充分结合，对最佳夯击能做出科学确定，以此对加固施工做出科学严格的质量控制。砂性土土质，孔隙水压力不断变化，粘性土土质，孔隙水压力则并非如此，所以，加固施工期间，可基于孔隙水压力叠加值，以此当作主要参考依据，对于粘性土土质，对孔隙水压力同土体自重压力标准范围的符合程度做出科学判断，以此对最佳夯击能做出科学确定。砂性土土质，则基于孔隙水压力变化同夯击次数关系，对最佳夯击能做出科学确定。

四、强夯法设计参数确定及原则

1.单点夯击能

基于加固影响深度公式，对单点夯击能做出确定。

，H代表加固影响深度，w代表锤重，α代表落距， 代表系数，取值介于0.5-1.0之间。基于这一公式，某水库大坝强夯所选择的锤重设计100kN，落距设计10m，加固影响深度则介于5-10m，不过，强夯区具体深度并未超过6m。

2.最佳夯击能确定

基于相关资料，关于粘性土土质，以孔隙水压力叠加值，对最佳夯击能做出科学确定。关于粘性土土质，通过对最大孔隙水压力增量同夯击次数两者的关系曲线，对最佳夯击能做出科学确定[6]。某水库最佳夯击能，以最终两击所产生的沉降量，平均小于3cm的情况做出确定，最终，击数确定共10击，最佳夯击能力则是10000kN·m。

3.夯击遍数确定

基于相关资料。大部分工程多介于2-3遍，最终采取低能量“搭夯”。关于“搭夯”，即重锤自由落体所形成的“锤印”彼此搭接。某水库上游区域，坝角位置点夯遍数以2遍为主，便结合“搭夯”1遍。

4.加固范围

加固范围确定，以强夯区范围同强夯区加固深度之和为主。某水库强夯区以坝体强夯为主，所以，靠岸坡两侧位置和两岸山坡控制，位于上下游两侧位置，基于影响深度5m增加。

5.夯点布置

基于强夯区范围，某水库强夯区所设置的夯点，具体间距以3.5×3.5（m）为主，黑白点依次代表第一遍、第二遍夯击点。

五、施工工艺及施工要点

1.施工工艺流程

为避免地基设计过于简单化、理想化，确保场地的稳定性与均匀性，对工艺流程做出科学系统设置，并在施工期间做出及时合理调整。

2.夯锤选择

夯锤选择至关重要，基于加固影响深度、施工条件，并结合公式对实际大小做出科学确定，材质多以铸钢为主，条件有限的情况下，可选择钢板壳内部填充混凝土。夯锤底面积则同土质类型息息相关[7]。砂性土以及碎石填土，底面积介于2-4㎡，第四纪黏土，则介于3-4㎡。某水库选择钢板壳内部填充混凝土形式的夯锤，底面积与重量依次是3.5㎡、100kN。

3.起重和平仓设备

强夯法所运用的设备包括平仓设备、水准仪和起重设备。起重设备，选择15t履带吊机，符合单击夯击能标准。平仓设备，选择T85大型推土机，第一遍夯实，采取平仓，第二遍夯实。水准仪是对夯击效果以及沉降量做出科学精准测量。

4.施工要点及质量控制措施

（1）技术交底，组织全体人员开展技术交底，对质量采取严格管控。

（2）夯点放线定位，定位放线布点需严格基于图纸，布点间距偏差需控制不超过5cm，对落距采取精准控制，保证强夯能级。

（3）平整场地，夯前需对场地标高做出准确测量，对强夯深度做出精准控制，夯后则需对沉降量做出准确测量，并进行准确完成记录，进行严格自检。

（4）强夯施工，强夯期间，落锤需保证平稳，夯位则需确保精准，正负偏差需控制不超过15cm，夯锤倾斜角度过大，需做出有效调整。夯击期间，若发生回弹或是隆土等情況，需暂停作业，待一段时间之后，继续夯击。夯坑深度较深，需基于设计标准，以分层填筑的方式填平，并继续夯击，夯深深度需控制小于1m。作业期间，需沿相同方向逐步推进，同时，确保两边夯击需存在时间差，以此消散孔隙水，确保夯实。夯序和吊机位移需同地表水系和地下水排泄方向保持相同[8]。

（5）现场记录，施工期间，需对各夯实点所对应的夯击能量、次数与每次沉降量等，进行准确完整记录，以此控制保持不超过设计击数范围，并符合标准沉降量。

（6）安全措施，为保证施工安全，现场人员需佩戴安全帽，夯击作业期间，人员需位于安全线之外。

结论：

综上所述，水库大坝加固施工中，强夯技术的科学应用发挥着非常关键的影响和作用。所以，水库大坝加固施工阶段，需基于工程建设的具体标准，科学应用强夯技术，严格遵循标准规范，并施工采取严格管控，使水库大坝加固质量可以得到充分保障，有效节约资源和成本，使加固工程社会、经济效益可以得到全面提升，推动水利事业的稳定良好发展。

参考文献：

[1]宿婷.强夯技术在水库大坝加固施工中的应用探析[J].黑龙江科技信息，2016，000（030）：262-262.

[2]李太荣.强夯技术在水库大坝加固施工中的应用探析[J].中国科技投资，2016，000（026）：59.

[3]盖士飙.强夯技术在水库大坝加固施工中的应用分析[J].科学技术创新，2017，000（017）：233-233.

[4]周淑兰，陈凯.强夯技术在西沥水库大坝加固设计与施工中的应用[J].中国水利，2016（10）：46-46.

[5]龚利民，张广松.强夯法在西沥水库大坝加固工程的应用[J].水利水电科技进展，2017，20（002）：50-51.

[6]王卫明.水库大坝防渗加固施工技术探讨[J].低碳世界，2016（12）：123-124.

[7]赵山.关于水库大坝防渗加固施工技术探讨[J].水能经济，2015（10期）：108-108.

[8]王桂福.强夯法在西沙河水库大坝基础处理中的应用[J].水利建设与管理，2017，27（8）：11-13.