强夯法在深厚层湿陷性黄土坝基处理中的应用

宁夏工程技术NingxiaEngineeringTechnologyVol．8No．3Sep．2009

文章编号：（2009）1671－724403－0265－04

强夯法在深厚层湿陷性黄土坝基处理中的应用

申明平

（宁夏水利水电工程局，宁夏银川750021）

摘

效果明显，便于组织、施工简便，易于质量控制以及要：强夯法在在处理深厚层湿陷性黄土坝基具有技术可靠、

工期短、节省投资等优点.以宁夏海原县南坪水库大坝坝基采用强夯法处理为例，介绍了强夯法的作用机理，通过对“锤重锤高、夯击次数、夯击遍数”等技术参数，按照确定的施工参数开始大面积强夯实际场地进行强夯试验，确定了施工.施工完成后，经过质量检测与评定，其结果满足设计要求，工程质量全部评为优良.通过总结湿陷性黄土坝基的处理经验，以期对类似工程起到借鉴作用.关键词：湿陷性；坝基；强夯法；应用中图分类号：TU475

文献标志码:A

1工程概况

海原县城新区建设是宁夏回族自治区党委、政府根据科学发展观的要求，为实现海原县经济社会跨越式发展，构建清水河川经济带而决策实施的重大项目.新区供水工程是新区最重要的基础设施工程，是新区发展的基石.通过对多个供水水源及库址比选，确定了以固扩十一泵站为水源，以七营镇西南南坪村附近拟建的南坪水库为调蓄水库的供水水源方案，供水水源工程由输水工程、南坪水库工程和供水工程三部分组成.南坪水库大坝设计为碾压式均质土坝，走向为西南至东北，斜贯沟谷，位于鞑子坟北侧240m处，坝体建基面最低高程1568.00m，坝顶高程1603m，最大坝高为35m，坝长为495m，坝顶宽8m[1].坝址左坝肩岩体强风化厚度1.0m，弱

坝基岩体强风化厚度1.0~1.5m，弱风化厚度2.5m；

风化厚度2.5m；右坝肩岩体强风化厚度1.0~1.5m，弱风化厚度2.5m.按透水率q≤10Lu作为相对不透水层标准，坝基岩面以下绝大部分地段均满足相对不透水层的标准，局部地段透水率稍大于10Lu.主要分布于拟选坝址左岸阶地之上的壤土（低液限

1al

黏土），属第四系全新统冲积(Q4厚度7.5~)壤土，

微红色、土黄色，坚硬状态，具层理，大孔隙14.0m，

发育，夹有粉质黏土层，均有湿陷性.壤土中黏粒含量均超过18%，按照《水利水电工程地质勘察规范》

[2]

（GB50287—99）附录N的规定，壤土层不液化.该壤土的自重湿陷量288.0~1147.9mm，湿陷量

1108.5~2003.8mm，属III~IV级自重湿陷性场地，具体物理力学指标如表1所示，设计建议采用强夯法进行处理.

2

2.1

坝基强夯法施工

强夯法的优点

效果明(1)强夯法处理湿陷性黄土技术可靠，

显.强夯法在短短几十年间得到了广泛的应用，具有非常明显的技术优势.宁夏近年来陆续兴建的几座大型水库，无一例外地都采用强夯法处理湿陷性黄土坝基，取得了非常好的效果.实践证明强夯法处理湿陷性黄土坝基是可行的、可靠的.

施工简便，易于质量控制.(2)强夯法便于组织，

强夯法施工的广泛运用，不仅使得强夯法施工技术日臻成熟，并且也催生了一大批市场化运作的专业施工队伍，在工程施工竞争日益激烈的市场条件下，施工方可以比较容易地组织起强有力的专业强夯施工力量.施工中，强夯施工只需要简单、合适的施工场地即可迅速展开施工，不严重依赖现场的水电路等施工条件.强夯施工中，可以通过重点控制“锤重锤高、夯击次数、夯击遍数”等几个重要施工参数，就可以严格控制强夯的施工质量.

节省投资.通过组织(3)强夯法可以赢得工期，

多支强有力的专业强夯队伍进场，分区同时作业，可以极大地缩短基础处理的工期，为后续施工赢得宝贵的施工工期.目前强夯施工都是按强夯平面报价，根据夯击能大小和夯击遍数多少计算报价，大致

收稿日期：2009－06－06

作者简介：申明平（1975—），男，工程师，主要从事水利工程施工管理工作.

266

宁夏工程技术

表1

项目名称含水量w/%湿容重γ/(g·cm-3)干容重γd/(g·cm-3)

孔隙比e液限wL/%塑限wp/%塑性指数IP

压缩系数α1-8/(MPa-1)压缩模量Es/MPa凝聚力c/kPa内摩擦角准（）/°自重湿陷系数δzs

湿陷系数δs

自重湿陷量Δzs/mm湿陷量Δs/mm湿陷等级渗透系数K/(cm·s-1)允许承载力[R]/kPa

边坡比

组数最小值1616161616161616161616

4.41.4111.2970.58822.215.06.30.124.704.029

最大值15.01.9461.7131.09039.622.517.10.3913.239.036

第8卷

湿陷性壤土物理力学指标

标准差σf

2.790.130.110.133.871.932.260.082.2012.282.69

变异系数δ0.3070.0810.0700.1550.1460.1100.2490.2730.3310.6080.081

修正系数γs

0.8630.9640.9690.9310.9350.9510.8900.8790.8530.7300.964

平均值9.11.6481.5100.80826.617.59.10.296.720.033.3

0.012~0.1500.033~0.219288.0~1147.91108.5~2003.8III~IV级自重2.39×10-4~1.33×10-5

1201∶1.25地质建议值

9.11.6481.5100.80826.617.59.10.296.720.026.0

几十元至上百元每平米，折算成每立方米工程量也

就几十元，远比其他工程措施节省大量工程投资.2.2夯击能传递机理

强夯法是将夯锤自由落体时的势能转化为动能的过程，夯锤夯击地面时，这部分动能除一部分以声波形式向四周传播，一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击动能则使土体产生自由振动.冲击引起振动，以振动波的形式向地下传播，这种振动波可分为体波和面波两大类.体波包括压缩波和剪切波，可在土体内传播，这些波携带的能量释放在需加固的土体内时，土体就得到压密加固，使土体骨架解体，而随后到达的剪切波使解体的土颗粒处于更加密实的状态.根据波的传播特性，面波携带了约2/3的能量，以夯坑为中心沿地表向四周传播，使周围物体产生振动，对地基压密不产生效果[3].

2.3强夯设计

由于南坪水库大坝自然建基面十分破碎，无法形成规则的大坝建基面，同时由于坝基范围内覆盖的黄土层属III～IV级严重湿陷性黄土，属不良工程地质，妥善处理好坝基湿陷性黄土，关系到大坝整体工程质量和后期的安全运行.设计提出，在坝基正式强夯施工前，应先进行现场强夯试验，强夯试验

·夯击能不小于4000kNm，若有更高夯击能的器

具应优先采用大值.基础强夯处理按隔行跳打原则进行，设计间距4.0m，夯点按等边三角形布置，如

主果土的天然含水率为8%～10%，应进行泡水增湿，夯两遍，两遍夯间隔期3周，第三遍采用1000kN·m

满夯，设计要求坝基土层最低处夯后干密度不小于1.7kg/cm3.2.4强夯试验

为达到设计要求的强夯效果，正式强夯前在南坪水库坝基进行现场强夯试验.试夯前利用钻机对坝基设计强夯范围内的湿陷性黄土的分布、厚度、土质等地质情况进行详细复勘，为下一步强夯施工提供更为详细、可靠的基础资料.在坝基上游选取一块30m×30m范围的场地进行试夯，试验场地高程1575~1578m，在试验区域内人工挖探坑至基岩，测定强夯处理前土体的天然含水率和天然干密度，便于比较分析强夯前后的处理效果，同时为满足强夯施工要求，对试验区域进行了场地平整.经现场测定试夯区域土体天然含水率为10%~12%，满足含水率大于10%的设计要求，所以试夯区域土体未实施补水增湿，同时测定坝基湿陷性黄土天然干密度为1.402~1.572g/cm3.

按照设计提出的强夯技术参数，在试夯区域内按正三角形布置夯点，夯点间距4m，现场配备2台40t履带式起重机并设置辅助门架，夯锤直径2.2m，夯锤质量23.5t，提升18m，即可达到4000kN·m的夯击能.第一遍夯击为主夯，夯击能4000kN·m，

以最后2击沉降量小于每个夯点平均夯实10~12击，

5cm为结束标准.第一遍夯击结束1周后开始第二遍夯击，第二遍夯击同为主夯，夯击能4000kN·m，夯点布置在第一遍夯点之间，现场控制同第一遍夯

第3期申明平：强夯法在深厚层湿陷性黄土坝基处理中的应用

267

击.第二遍夯击完成后，间隔2周进行第三遍低能

满夯，夯击能1000kN·m，满夯采用重锤低落夯击，锤印搭接.满夯2周后，现场随机确定检测位置，用人工开挖探坑至基岩，分层取样测定夯后土体干密度，经检测，夯后坝基8m深处土体干密度全部大于1.70kg/cm3，并取原状样送试验室，经检测，夯后土体湿陷性全部消除，强夯试验进一步印

证设计提出的强夯技术参数是正确、

科学、合理、经济的，随后现场按照强夯试验确定的施工参数开始大面积强夯施工.2.5强夯法施工

(1)强夯施工布置.南坪水库坝基面地形破碎，加之在强夯施工的同时还紧张进行主截水槽和1#~

8#沟壑的开挖施工，

将整个坝基切割为更加破碎、互不相连的施工区域.根据具体情况，设计单位将整个坝基划分为A~G区共7个强夯区域.为保证整个坝体各项施工同时顺利进行，按照“从低到高，夯后即填”的施工原则安排部署各区强夯施工.南坪水库坝基东高西低，依据坝基高程可以大致划分为西侧坝基（右坝肩附近1570m高程坝基范围）、中部

坝基（坝基1580m高程坝基范围）

和东侧坝基（左坝肩1590m高程范围

），其中西侧坝基地势最低，是坝体填筑最先开始的部位，所以强夯施工首先从此部位开始施工，其次是中部坝基，最后是东侧坝基.

(2)具体施工[4].按照强夯试验确定的强夯施工技术参数，现场严格控制各工序质量，并认真抓好安全管理工作.强夯施工配备2台带有自动脱钩装置

的40t履带式起重机，臂杆端部设置辅助门架，

以防止落锤时机架倾覆，并设有自动脱钩装置.强夯施工严格按照施工总体布置，分区进行强夯施工.强夯前，施工单位根据设计图纸，用全站仪测放每个强夯区域的施工范围，设立施工警戒区，在强夯范围内以正三角形布置夯点，夯点间距4m.

夯点布置完成后，经现场监理和设计代表检查

验收合格后，开始施工.第一遍夯击为主夯，

起重机安全就位后，缓慢试提夯锤无误后，提升至18m高度，自动脱钩装置松脱夯锤逐点夯击.施工中，安排专人负责现场施工，特殊作业人员全部执证上岗作业，配备技术员“一夯一测”，测量每次夯锤沉陷量和每个夯点的累计沉降量，统计计算每个区域的最终沉降量，并认真做好各项现场施工记录.同时特别注意强夯时出现的异常情况，例如高边坡部位的局部边坡塌方，坝基局部存在少量的洞穴、孔洞等造成夯锤偏位等，对于发生的异常情况，现场组织各单位人员现场商定有效的处理措施并认真进行处理.

重夯施工属于特种危险作业，现场须配备专职安全员，负责现场施工安全管理，禁止其他人员进入安全警戒区，重点检查临空、高边坡等危险部位情况.特别是加强夜间施工的安全管理，通过增加夜间施工照明、利用其他作业空闲时间减少施工干扰等措施，确保在抢赶进度的同时，确保施工质量和安全生产.

2.6质量检测与评定

(1)质量检测.满夯2周后，

由监理单位及时组织建设、设计、施工等单位人员，对强夯区域进行强夯质量检测，现场随机确定检测探坑位置，安排人工开挖探坑至基岩，分层取夯后土样，现场测定干密度，经检测夯后坝基湿陷性土干密度全部大于

1.70kg/cm3，4000kN·m能量级强夯最大影响深度

达到8m.南坪水库坝基湿陷性强夯处理严格按照设计图纸和规范施工，对坝基A~G强夯区分区进行了强夯，同时结合现场施工的具体情况，新增H~K强夯区，补充对主截水槽和1#~8#沟槽回填岸坡接触部位进行强夯，并且充分发挥强夯的技术优势，对坝下输水涵洞湿陷性黄土基础和右坝肩岸坡接触部位回填土进行处理和加强.南坪水库总计强夯

27487.942m2，

各区域强夯面积、现场实测平均累计沉降量详见表2.

(2)质量评定.根据

《水利水电工程施工质量检验与评定规程》（SL176—2007）[5]

项目划分原则，并结合以往施工经验，施工中将坝基范围内湿陷性黄土的每个强夯区域各划分为一个单元工程，输水涵洞强夯部位划分为一个单元.右坝肩接触部位重夯属于加强坝体土方填筑施工质量的措施，不单独划分单元工程.施工中严格规范施工，按照质量评定规程对各强夯处理单元工程进行质量评定.各单位一致认定，坝基各强夯区域和输水涵洞强夯部位，施工资料齐全，施工质量控制严格，质量检测结果满足设计要求，强夯处理单元工程质量全部评定为优良.

3结语

宁夏广泛分布有湿陷性黄土，对各行业工程建设来说，是摆在广大工程技术人员面前的施工技术难题，对于水利工程建设尤其突出.近年来陆续兴建的宁东供水项目鸭子荡水库、太阳山供水刘家沟水库、海原县城新区供水南坪水库，都遇到湿陷性黄土坝基处理技术难题，因此，不断总结和研究湿陷性黄土这种不良工程地质对水利工程的影响是十分必要的.通过本文论述，希望能起到抛砖引玉，达到共同学习提高的目的，也使我们对强夯法处理深厚层湿

268

表2

序号123456789101112总计强夯面积

区域部位坝基强夯处理A区坝基强夯处理B区坝基强夯处理C区坝基强夯处理D区坝基强夯处理E区坝基强夯处理F区坝基强夯处理G区坝基强夯处理H区坝基强夯处理I区坝基强夯处理J区坝基强夯处理K区输水涵洞基础强夯

宁夏工程技术

各区域强夯面积、现场实测平均累计沉降量

强夯前地面平均高程/m

1571.7141583.3391594.1501572.3721577.3201582.5791593.6441568.1671573.6411575.6411581.5941582.544

强夯后地面平均高程/m

1570.9971582.7561593.6341571.7161576.6771581.9101593.1241567.4931572.9781574.9871580.9591581.866

第8卷

实际强夯面积/m2

9924.34641.1192131.9863372.8991566．936679.632267.8781341.106983.3852088.6571262.0111227.99527487.942

平均累计沉降量/cm

71.758.351.665.664.366.952.067.466.365.463.567.8

陷性黄土坝基有更深入的了解.

参考文献：

[1]

宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司.海原县城新区供水水源南坪水库设计[R].银川：宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司，2008.

原中华人民共和国电力工业部.[2]中华人民共和国水利部，

中GB50287—99水利水电工程地质勘察规范[S].北京：国计划出版社，1999.

[3]石蹈波.强夯法加固地基机理分析[J].中国农村水利水

电，（9）：200698-99.

[4]中国建筑科学研究院.JGJ79—2002建筑地基处理技术

中国建筑工业出版社，规范[S].北京：2002.

[5]四川省水利科学研究院.SL176—2007水利水电工程施

中国水利水电出版社，工质量检验与评定规程[S].北京：

2007.

Theapplicationofheavy-tampingmethodindealingwith

deeplayercollapsibleloessdamfoundation

ShengMingping

(EngineeringOfficeofWaterConsenvancyandElectricity，Yinchuan750021，China)

Abstract:Heavy-tampingmethodhasadvatagesofengineeringreliability，abviouseffect，convenientorganization，easyconstructionandqualitycontrol，shortdaysforconstructionandlesscostwhenitwastakedtodealwithdeeplayercollapsibleloessdamfoundation.TakeNaPingreservoirdaminHaiYuanNingxiaasanexample，whichusedtheheavy-tampingmethod.Thispaperintroducedthemechanismofheavy-tampingmethod.Aftertheexperimentintheactualsite，theparameterwasfixedandThetestresultmetthedesignrequirement.thecollapsibleloessfoundationtreatmentexperiencewassummarized，inordertobeusedinsimilarengineeringproject.

Keywords:collapsibleloess;damfoundation;heavy-tampingmethod;application

（责任编辑、校对

（上接第264页）

王德平）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!ThecauseandpreventionofthechanneldamageinYanhuanding

pumpingengineeringprojectofordosarea

GAOTieshan

（NingxiaXigandrainagemanagementagency，Yinchuan

）750021，China

Abstract:ForconcreteliningchannelindriftsandsectionwasseriouslydestructedinYanhuandingpumpingengineering

projectinOrdosarea，andwaterconveyanceandservicelifewereaffected，thepresentsituationandtheoriginofthedamagewereanalyseed，andthetechnicalmeasuresandcountermeasureswereputforward.Aftertheadoptionofcomprehensivereformmeasures，channelhasnofrostheave，craze，slumpandstructuraldamageinnearlysixyearsrunning.theeffectisobvious，anditcanbetakeasareferenceforquicksandchannelsinwesterndroughtandcoldregions.Keywords:Yanhuanding;pumpingengineeringproject;driftsandsection;channel;prevention

（责任编辑、校对王德平）