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强夯竣工
湖北省保康寺坪水电站坝基河床砂卵石
强夯试验与施工
竣
工
报
告
葛洲坝清江施工局寺坪项目部
二OO五年二月
湖北省保康寺坪水电站坝基河床砂卵石
强夯工程试验与施工竣工报告
审查:
校核:
编写:
葛洲坝清江施工局寺坪项目部
二OO五年二月
目录
1概述…………………………………………………………………………………………………1
2检测试验依据和方法…………………………………………………………………………………1
2.1施工检测依据………………………………………………………………………………………1
2.2检测试验方法………………………………………………………………………………………1
3完工主要工程量………………………………………………………………………………………2
4强夯试验………………………………………………………………………………………………2
4.1强夯试验布置………………………………………………………………………………………2
4.2强夯试验检测………………………………………………………………………………………3
4.3试夯区试验检测分析………………………………………………………………………………3
4.4有效加固深度分析…………………………………………………………………………………4
5强夯施工………………………………………………………………………………………………4
5.1技术参数确定………………………………………………………………………………………4
5.2投入机械设备………………………………………………………………………………………5
5.3施工过程……………………………………………………………………………………………5
5.4夯击数据分析………………………………………………………………………………………6
5.5强夯施工检测………………………………………………………………………………………7
5.6强夯施工区质量检测结论…………………………………………………………………………7
6结束语…………………………………………………………………………………………………7
附图
附件
寺坪水电站坝基河床砂卵石覆盖层
强夯试验与施工竣工报告
1概述
寺坪水电站混凝土面板堆石坝工程位于湖北省汉江中游右岸支流南河上段粉清河上,坝址在保康县寺坪镇肖家湾,距寺坪镇5km。
其坝址区河床覆盖层为第四系全新统冲积砂砾石地基,结构松散,一般厚10-13m,具强透水性,河床呈U型,下伏基岩为志留系砂质页岩,一般具微弱透水性。
根据工程总体设计,其坝基河床覆盖层采用强夯法对坝基进行加固处理,以保证堆石坝的稳定及堆石体的沉降满足设计要求。
为掌握河床覆盖层分布特点,经业主、设计、监理和施工等单位共同研究决定利用强夯试验加大对河床覆盖层勘探力度,为确定强夯施工参数和质量控制标准,根据现场实际情况,先进行强夯试验,然后根据试验结果对强夯施工区采用合理参数进行加固处理。
为保证主体工程进度,于2004年12月15日进场第一台起重机,开始强夯试验,于2004年12月28日结束并经检测,获得满足工程质量要求的强夯施工技术参数后,强夯施工全面展开,于2005年1月21日强夯工程施工结束,比原定计划提前4天完成强夯施工任务。
2检测试验依据和方法
2.1施工、检测依据
(1)《土工试验规程》(SL237-1999)
(2)《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)
(3)《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)
(4)81E650107-014号设计图纸
(5)《寺坪水电站河床砂卵石层强夯处理技术要求》(长寺设枢字[2004]第003号设计文件)
(6)《寺坪水电站河床砂卵石层强夯处理施工方案》(葛洲坝清江施工局寺坪项目部工程技术处)
(7)《寺坪水电站大坝河床砂卵石强夯试验大纲》(葛洲坝清江施工局寺坪项目部工程技术处)
2.2检测试验方法
对河床砂卵石层强夯试验区及施工区进行了如下项目的检测试验:
干密度探坑法(灌水法)
渗透系数双环法
颗粒分析筛析法
面波勘探测试
旁压试验
3完成主要工程量
强夯试验与施工完成主要工程量见表3-1:
表3-1完成主要工程量
项目
完成工程量
备注
强夯处理面积
19658.46m2
含试夯面积712.5m2
夯前两岸坡
缺陷处理
左岸坡缺陷处理
回填3A料2759.27m3
挖弃渣2759.27m3
右岸坡缺陷处理
回填3A料2595m3
挖弃渣2595m3,清理岸坡面积630m2
强夯试验区
干密度、含水量、
颗粒分析试验
6组
原位渗透分析
2组
旁压试验
钻孔2个
每孔3个测点,共计6个测点
瑞雷面波测试
夯前:
A线:
长209m,B线:
长53m,C线:
长65m
夯后:
D线:
长45m,E线:
长45m
强夯施工区
干密度、含水量、
颗粒分析试验
27组
原位渗透分析
6组
瑞雷面波测试
A线:
169m,B线:
长53m,C线:
53m
A线测试从40m-209m,C线53m至65m段测试时未满夯。
4强夯试验
4.1强夯试验布置
强夯试验区选定在强夯区下游(纵0-128~纵0-105),试夯采用起升能力为25T履带式起重机,自动脱钩,使夯锤提升到预定高度后自由落体夯击地基,夯锤为圆柱形,锤重23.10T,夯锤直径2.20m,底面积3.8m2。
试夯分试夯区Ⅰ:
夯点间距4m×4m,面积30×8m;试夯区Ⅱ:
夯点间距5m×5m,面积15×31.5m两个区域进行试验,试夯区Ⅰ单点8击,试夯区Ⅱ单点8~12击。
夯击能:
夯锤提升高度13m后,夯击能300T·m,采取一遍两序完成,强夯后推平夯坑进行满夯。
4.2强夯试验检测
4.2.1干密度、颗粒分析、含水量试验
强夯试验夯前和夯后共进行了密度、颗粒分析、含水量试验5组,主要试验成果见附件4-1。
由试验数据可以看出,夯前河床砂砾料干密度在2.04g/cm3~2.08g/cm3之间,夯后干密度均在2.15g/cm3以上。
二者相比可看出,夯后河床砂砾料干密度较夯前有了明显的增大,夯后干密度全部满足不小于2.15g/cm3的设计要求,其中干密度最大增至2.19g/cm3。
4.2.2原位渗透分析
强夯试验夯前和夯后进行2组现场垂直原位渗透系数的检测,试验结果见附件4-1。
由取得的渗透系数可以看出,强夯后的渗透系数较强夯前的有所减小,降低近一个数量级。
4.2.3瑞雷面波测试
试夯区面波检测成果见附件4-2。
通过强夯前后少量的对比资料分析出,强夯对寺坪水电站堆石体下部坝基河床覆盖层强夯的影响深度为6.0~8.5m,面波波速最大提高率达68.23%,平均提高率在16.67%~36.33%。
4.2.4旁压试验
本工程旁压试验进行了6个测点的旁压试验,均得到了旁压模量值。
其试验成果详见附件4-3。
由试验成果中可以看出:
强夯前天然状态下砂卵石旁压模量变化不大。
强夯后浅层(0~5m)旁压模量提高明显,较夯前提高了一倍以上,深层(5m以下)影响很小。
由此可见,本工程强夯对砂卵石层浅层(0~5m)的处理效果明显,但对于深层(5m以下)强夯效果不明显,与夯前强度基本一致。
4.3试夯区试验检测分析
综合以上资料分析,可以得出以下结论:
1、从夯击击数与沉降量关系分析:
施工未出现异常震陷,表明各试区加固砂卵石层无大的软弱层存在。
2、两个试区,击数达7~8击时即达到设计沉降值要求,继续夯击沉降不明显。
3、从单击沉降量看,4×4m区夯击能量受间距影响,夯间土侧向挤密明显,造成表层硬化,影响夯击能向深部传递,从而影响加固深度。
4、孔隙水压力消散
按规范砂土孔隙水压力消散时间瞬间即完成,加固的砂卵层为卵石夹含粒级不等的砂,无土质,其压力消散效果优于砂土,因此,夯击遍数间可不予考虑间歇。
5、试夯区强夯后河床砂砾料干密度与强夯前的干密度有较明显的增大,强夯后渗透系数较强夯前有所减小。
6、试夯区面波检测成果表明,强夯后表层仍较松散,但浅表松散层变薄;强夯影响深度6~8.5m。
7、强夯法对于河床砂卵石层的加固方法是可行的,作为大坝的地基,经强夯后不仅有效地减小了坝基的沉降位移,而且使得坝基强度有了明显的提高。
4.4有效加固深度分析
根据强夯有关设计、施工规范,5m×5m区按梅纳公式计算后的加固深度值,采用修正系数加以修正,砂土的修正系数为0.6,本工程砂卵石基本无土质,其修正系数按0.6~0.8取值是合理的(见试夯大纲)。
据此,强夯有效深度按300t·m夯击能计算,修正系数取低值0.6,根据物探检测结果,加固砂卵石层最大厚度12m,因此试夯所采用参数是可以达到其深度的。
五强夯施工
5.1强夯施工参数的确定
根据强夯试验的结果,经分析强夯试验检测成果后认为,通过两个试夯区域的沉降量,考虑到砂砾石层应力消散快等因素,经业主、设计、监理、施工四方一致商定,决定强夯施工区采用以下技术参数:
1、夯击能
锤重:
强夯23.10t,满夯16t,提升高度强夯为13.00m,满夯10m,夯击能,强夯300t.m,满夯160t.m采取一遍两序完成,强夯推平夯坑进行满夯。
2、夯点形式采用梅花型布置。
3、夯点间距:
强夯4.5m×4.5m,满夯锤相搭1/3。
4、单点击数:
8-12击,近岸边8击,河中段10-12击。
5、其质量检测按原设计要求执行。
5.2.投入机械设备
根据合同及工期要求于2004年12月15日安排履带式起重机及配套械具进场进行强夯试验,试夯结束并经检测符合技术要求后,于2004年12月28日进场强夯施工机械设备,强夯施工全面展开。
本工程机械设备配备情况见表5-1:
表5-1投入机械设备一览表
序号
设备名称
规格型号
数量
单位
施工用途
1
起重机
25-32t
2
台
提升夯锤
2
自动脱钩
3
套
使夯锤自由落体
3
夯锤
16-23.1t
3
个
夯实地基
4
龙门架
2
套
辅助
5
推土机
T220
2
台
平场,夯坑推平
6
反铲
0.8m3
2
台
挖装换填料
7
自卸汽车
18t
10
台
出碴、回填
8
电焊机
A2-300
1
台
电焊设备
9
生活车
1
台
生产和生活
10
通信设备
5
套
场地通信
11
水准仪
FA-32
2
台
测量
12
塔尺
5m铝合金
2
付
测量
5.3.施工过程
本工程采用锤重16-23.10t,排气孔径250-300mm,履带式起重机,配置自动脱钩装置和辅助门架。
施工时间从2004年12月28日开始,2005年1月21日全部完工。
整个施工区域共划分为6个施工单元,每个单元按以下步骤进行:
1、由于河床左、右岸起伏高差大,经商议将右岸较高的砂砾石推至左岸为一个平面高程,左岸河床部分低洼处采用其它料场砂砾石回填平整。
2、清理并整平场地后,并圈定强夯范围。
3、按夯点布置图及夯点间距标出第一遍夯点位置,用白石灰作标记,并测量场地高程。
4、起重机就位,使夯锤对准夯点。
5、测量人员用仪器测量夯前锤顶高程。
6、起重机将夯锤吊到预定高度脱钩后,放下吊钩,测量锤顶高程,在现场记录本上记录夯沉量。
7、重复第5步,直到单点夯击达到控制标准后,将起重机移到下一夯点。
8、重复步骤3-6,直到完成第一遍全部夯点夯击。
9、用推土机将第一遍填平,测量人员测量整平后的场地高程。
10、完成全部强夯工作后,最后用低能量满夯,加固地表。
11、在施工过程中,左、右岸均发现有泥化软弱夹层,采用开挖换填处理,共计换填处理量为5354.27m3。
12、在施工过程中,设计要求对坝前1:
2.5斜坡进行加固处理,我部采取将斜坡开挖形成2个台阶,分级施工,因此增加斜坡处理面积为2717.5m2。
5.4夯击数据分析
5.4.1夯击沉降量
a、单点夯沉量:
一序点共481个,夯沉量67-114cm,平均81.2cm。
二序夯点共474个,夯沉量67-98cm,平均75.5cm。
b、场地平均沉降量:
按20000m2工程量计算场地平均夯沉量37cm。
5.4.2击数与沉降量的关系
一序点:
A、第1-4击:
沉降量64cm,占各点平均沉降量的79%。
B、第5-6击:
沉降量15cm,占各点平均量沉降的18%。
C、7击后沉降量仅占3%。
二序点:
A、第1-4击:
沉降量为56cm,占各点平均沉降量的74%。
B、第5-6击:
沉降量为15m,占各点平均沉降量的20%。
全区共30个夯点超过10击,单点最高击数14击,8击后最大沉降为4cm。
综上所述,可得出如下分析:
1、从夯击击数与沉降量关系分析:
施工中未出现异常震陷,表明加固砂卵石层无大的软卧层存在。
2、整个夯区,击数达7~8击时即达到设计沉降变化值要求,继续夯击沉降不明显,表明深部河床沉积物堆积年代久远、密实。
5.5强夯施工检测
5.5.1干密度、颗粒分析、含水量试验
强夯施工夯前和夯后共进行密度、颗粒分析、含水量试验30组,主要试验成果见附件5-1。
由试验数据可以看出,河床砂卵石层经强夯处理后其干密度全部满足不小于2.15g/cm3的设计要求。
5.5.2原位渗透试验
强夯施工夯前和夯后进行7组现场垂直原位渗透系数的检测,试验结果见附件5-1。
由取得的渗透系数可以看出,夯后的渗透系数均在10-2~10-3之间。
5.5.3瑞雷面波测试
依据先期强夯试验结果,于2005年1月18日进行了夯后瞬态面波测试,夯后即在原试验区测线上进行瑞雷波测试,夯后主要测试成果详见附件4-2。
河床覆盖层上部瑞雷波波速在夯后有明显的提高。
通过夯前与夯后的对比分析,强夯影响深度在4.5~8.0m之间,影响段瑞雷波速的平均速度从夯前的188m/s提高到夯后的217m/s,波速最大提高率达87.55%,平均提高率为26.88%。
整体上,夯前河床覆盖层瑞雷波速在127~314m/s之间,平均219m/s,夯后河床覆盖层瑞雷波速在148~405m/s之间,平均257m/s。
5.6强夯施工区质量检测结论
夯后经检测部门检测试验,各项技术指标均满足设计要求。
工程质量评定:
强夯区6个单元工程均评定为优良,合格率100%,优良率100%;该分项工程质量等级经验收评定组评定为优良。
6结束语
寺坪水电站大坝采用河床覆盖层,经强夯加固处理后作为大坝基础,这是继国内首例——清江水布垭水电站河床砂卵石覆盖层强夯法加固处理坝基的第二个同类型强夯工程。
为不影响坝体填筑度汛,此次强夯施工结合生产试验进行。
本工程时间紧、任务重,质量、安全及工期直接关系到主体工程后续施工进展,我项目部克服诸多困难,加强施工管理,严格过程控制,于2005年元月21日(比原定计划工期提前4天)全面完成强夯施工任务。
根据强夯试验及施工检测的成果来看,河床砂卵石层经强夯处理后,在夯击面以下4m深度内土层密度、承载力有了较大幅度的提高,土层性质有了较好的改善,大大减小了工后沉降量。
河床砂卵石层的加固处理施工满足设计要求,起到了加固效果。
保留了河床天然砂卵石,节约了工程成本和工期,为大坝安全度汛赢得了宝贵的时间。
附图
保康寺坪水电站坝基河床覆盖层强夯夯点布置图(左1-4,右1-4),比例尺1:
200
附件
1、长寺设枢字[2004]第003号设计文件——《寺坪水电站河床砂卵石层强夯处理技术要求》
2、《寺坪水电站大坝河床砂卵石层强夯处理施工方案》(清江施工局寺坪项目部技术处)
3、《寺坪水电站大坝河床砂卵石强夯试验大纲》(清江施工局寺坪项目部技术处)
4、寺坪水电站河床砂卵石层强夯试验区检测试验报告
4-1寺坪水电站河床砂卵石层强夯试验区试验检测报告(清江施工局寺坪项目部试验室)
4-2寺坪水电站坝基河床覆盖层强夯处理瑞雷面波测试报告(中南勘察设计院)
4-3寺坪水电站坝基砂卵石层强夯前后(试夯区)旁压试验成果报告(中南勘察设计院)
5、寺坪水电站河床砂卵石层强夯施工检测试验报告
5-1寺坪水电站河床砂卵石层强夯施工检测试验总结报告(清江施工局寺坪项目部试验室)
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