坝基覆盖层工程的处理与评价

为减少坝基变形，根据大坝受力部位，结合河床基础地质情况，分区采取不同的开挖处理措施。坝轴线上游至防渗墙之间基础由原河床175.00m高程开挖至165.00m高程，旨在将上部变形较大的第一层黏性土夹层全部挖掉，坝轴线下游次堆石区覆盖层基础开挖至170.00m高程。基础开挖后采用不小于25t振动碾碾压10遍，控制基础相对密度不小于0.75方可填坝，同时基础开挖至设计高程后如遇砂质透镜体、黏性土夹层及含土量偏高的砂卵石基础应予以全部挖出，并采用过渡料进行换填。

在防渗墙至下游50m范围为趾板受力的核心区域，布置高压旋喷桩进行加固处理。核心区高压旋喷桩在防渗墙及趾板区域布置5排，间排距2m、趾板下游按满足变形过渡要求桩间距逐渐加大，依次向下游（趾板“X”线下50m）间排距按2.0m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m进行渐变。旋喷桩桩深均为20.0m，桩径1.2m，共布置约597根桩。

2.5.2.1　高压旋喷桩处理前坝基工程地质条件及评价

对坝基高压旋喷桩加固范围内，主要采取载荷试验、旁压试验、跨孔CT、瑞雷波检测、试坑等多种原位测试手段对覆盖层天然地基的综合地质特性进行研究。

1.载荷试验

在174.50m高程左右河床表层砂卵石层上进行浅层平板载荷试验，共完成4个点的试验。堆载荷载按2.00MPa控制，承载板为圆形，面积为0.5m2。

4组试验点号分别为01、02、03、04，其中01点位测试结果总位移量偏小，根据ps曲线分析，不能确定地基承载力特征值，数据不参与试验结果统计。试验成果表详见表2.5-4。从表中可以看出，浅层平板载荷试验所计算出的变形模量在43.6～48.7MPa，这与前期勘察时利用超重型重力触探试验所换算的变形模量基本一致。

2.旁压试验

因浅层平板载荷试验仅能反映河床表层砂卵石的承载能力及变形参数，且将来大坝的建基面在165.00m高程，比现河床表面低近10m，为了解河床覆盖层中下部地层的力学性质，特别是了解下部黏性土夹层的力学性质，在试验区布置6个钻孔的旁压试验工作，重点针对黏性土夹层，以反算坝基河床覆盖层不同地层的地基承载力、旁压模量、变形模量等力学性质指标。共完成6个钻孔共53个试验点。其中典型试验点有22个，典型试验点成果表详见表2.5-5。

表2.5-4　浅层平板静载荷试验成果表

表2.5-5　旁压试验典型试验点成果表

从表2.5-5可以看出黏性层的旁压模量一般为3.19～13.48MPa，平均7.65MPa；地基承载力特征值一般为196.3～594.0kPa，平均338.75kPa；变形模量一般为22.64～69.67MPa，平均43.21MPa。砂卵石层的旁压模量一般为3.57～18.14MPa，平均8.60MPa；地基承载力特征值一般为220.0～875.5kPa，平均437.49kPa；变形模量一般为18.08～80.0MPa，平均46.27MPa。

整体来看，黏性土夹层的试验成果指标偏高，同时还存在一些其他的异常点，可能是以下原因造成的：①孔壁不光滑，出现“探头石”；②局部钻孔孔径超出旁压器的外径过大；③钻进和附近施工放炮有可能对孔周有较大扰动；④部分地段泥浆护壁较厚，孔壁泥皮不均匀。

从成果来看，所反映出的砂卵石层的承载力和变形模量基本与前期勘察成果基本一致，与载荷试验成果也差别不大，反映了砂卵石层天然的承载能力和抗变形能力较好。

3.跨孔CT

利用旁压试验钻孔进行跨孔CT测试，孔距8～10m，测试剖面沿孔循环布置，两孔一对，共布置6对，测试成果详见表2.5-6。

表2.5-6　弹性波CT测试成果表　单位：m/s

续表

从表2.5-6中可以看出，试验区黏土层的纵波波速一般为1100～1520m/s，平均1350m/s；横波波速一般为390～650m/s，平均550m/s；动弹模一般为0.99～2.70MPa，平均2.06MPa；动剪模一般为0.35～0.97MPa，平均0.74MPa。而砂卵石层的纵波波速一般为1270～1760m/s，平均1560m/s；横波波速一般为580～770m/s，平均700m/s；动弹模一般为2.14～3.86MPa，平均3.2MPa；动剪模一般为0.77～1.40MPa，平均1.16MPa。

此次跨孔CT的波速与前期勘察资料基本一致，波速指标也反映出坝基覆盖层基本处于密实状态。

4.瑞雷波

进行瑞雷波剖面4条，检测河床覆盖层天然瑞雷波波速。由于测试深度25.0m以下能量较弱，所以本次解释深度截止到25.0m。

根据各剖面的资料成果，PM1剖面黏土层横波波速一般为381～561m/s，平均489m/s，而砂卵石层横波波速一般为578～769m/s，平均677m/s；PM2剖面黏土层横波波速一般为528～575m/s，平均548m/s，而砂卵石层横波波速一般为577～720m/s，平均656 m/s；PM3剖面黏土层横波波速一般为411～558 m/s，平均479m/s，而砂卵石层横波波速一般为558～756m/s，平均649m/s；PM4剖面黏土层横波波速一般为362～579m/s，平均502m/s，而砂卵石层横波波速一般为596～759m/s，平均683m/s。

5.原位测试成果评价

通过采取以上几种原位测试手段，对河口村水库坝基覆盖层天然状态下的工程地质特性进行了全面的检测。检测成果与前期勘察成果互相印证，同时这些检测覆盖从点到面，从上到下，与前期的各种勘察试验资料相互补充，基本能全面真实地反映了坝基覆盖层的物理力学特征。总体来看，虽然存在黏性土夹层带来的不均匀性，但坝基覆盖层整体处于密实状态。

2.5.2.2　高压旋喷桩处理后坝基工程地质条件及评价

1.复合地基静载试验

在高压旋喷试验区分别进行了原河床和高压旋喷后复合地基的静载试验，检测结果见表2.5-7和表2.5-8。

表2.5-7　复合地基（成桩后河床175.00m高程）平板载荷试验统计表

(www.xing528.com)

表2.5-8　坝基开挖到166.00m高程复合地基静载试验汇总表

从静载试验结果可以看出：①从地基承载能力来看，坝基高压旋喷处理前，175.00m高程天然河床砂卵石层的承载力一般在500～600kPa左右，处理后相应的复合地基承载力达到990～1100kPa，承载力提高近200%，提高显著；②从地基变形模量看，天然河床表层砂卵石层变形模量E0一般在40MPa左右，处理后复合地基变形模量达46.1～168.0MPa，提高15%～300%，很好地改善了坝基的整体变形模量；③从不同桩间距区复合地基试验成果来看，2m×2m桩间距区地基承载力及变形模量提高最为明显，分别提高2～3倍以上；4m×5m桩间距区变形模量提高不明显。

2.瑞雷波检测

纵横各布置2条瑞雷波剖面，与地基高压旋喷加固后的波速相对比，以检查地基加固效果。试验区共完成瑞雷波剖面4条，检测结果见表2.5-9。

表2.5-9　坝基高压旋喷处理前后瑞雷波检查结果对比汇总表

从表2.5-9可以看出，高压旋喷桩处理后复合地基瑞雷波波速大部分提高了15.0%～20.7%。桩密集区的测点波速提高明显，随着桩的稀疏波速提高率降低。

3.旁压试验

载荷试验主要检测基础表面的承载力及变形模量，对坝基深层的变形模量，通过打深孔做旁压剪切模量试验检测。在原天然地基孔位附近重新打孔进行复合地基旁压试验检测，共布置了6个孔。

根据检测情况，复合地基各孔测得的旁压试验参数出现了不均匀增长。其中1号、2号、3号、6号旁压试验结果提高明显。4号、5号孔旁压试验参数提高较小。

其中黏土层中，平均旁压剪切模量最高提高了127.78%（1号孔），最少提高了16.52%（3号孔）；平均旁压模量最高提高了127.88%（1号孔），最少提高了16.7%（3号孔）；平均地基承载力极限值最高提高了94.87%（2号孔），最少提高了22.26%（5号孔）；平均变形模量最高提高了84.89%（1号孔），最少提高了27.14%（6号孔）。

砂卵石层中，平均旁压剪切模量最高提高了70.90%（3号孔），最少提高了18.85%（4号孔）；平均旁压模量最高提高了68.06%（3号孔），最少提高了13.83%（5号孔）；平均地基承载力极限值最高提高了94.53%（3号孔），最少提高了38.27%（5号孔）；变形模量最高提高了122.67%（1号孔），最少提高了45.04（5号孔）。

4.跨孔波速

坝基高压旋喷桩处理后，仍利用旁压试验孔进行CT弹性波跨孔波速测试，以便进行对比，监测结果见表2.5-10。经检测，成桩后6个剖面范围内波速出现了不同程度的增长。从各剖面来看，其中1-6、1-2、3-2剖面波速提高较大，纵波波速提高14.8%～17%，横波波速提高16%～20.4%；3-4、5-6剖面次之，5-4剖面最小。从地层上来看黏土层波速提高比例普遍比卵石层要高。

表2.5-10　跨孔波速测试对比成果表

续表

5.开挖检查

在河床挖至165.00m高程时，选取了11根试验桩进行开挖检查，开挖深度约0.3～1.5m，桩身大部分位于黏土层与砂卵石层过渡的地层中。从统计结果来看，桩径大部分满足设计要求，桩径大于或等于1.2m的有7根，有3根桩径在1.1m，仅有1根桩桩径未达到1.0m。桩体整体呈圆柱形，水泥与卵石或黏土多搅拌均匀，充填较充分，胶结也较好。桩体外表面与原地层接触一般呈蜂窝状，凸凹不平，桩径一般不太规则，上部和下部大小不完全一致。整体来看，桩体成桩质量较为理想，基本达到设计预期。

6.综合评价

综上所述，通过静载试验、跨孔波速、瑞雷波等多项手段检测，可以客观地反映出加固后复合地基各项物理力学性质均得到不同程度的提升，特别是最为重要的地基承载力和变形模量提高最为明显。整体来看，高压旋喷桩改善了坝基河床天然地层的不均匀特性，明显提高了坝基河床砂卵石层整体的承载能力和抗变形能力，基本达到了设计的预期目的，是一种行之有效的处理坝基深厚覆盖层的工程手段。

2.5.2.3　坝基覆盖层开挖处理工程地质条件及评价

1.坝轴线上游坝基覆盖层开挖

坝轴线上游至防渗墙之间基础由原河床175.00m高程挖至165.00m高程，原则上将变形较大的第一层黏性土夹层全部挖掉，基础开挖后采用不小于25t振动碾碾压10遍，同时基础开挖至设计高程后如遇砂质透镜体、黏性土夹层及含土量偏高的砂卵石基础应予以全部挖出，并采用过渡料进行换填。对防渗墙、连接板、趾板及下游50m范围基础为变形较大区域，以高压旋喷桩进行了专门加固处理。

坝基开挖至165.00m高程时，建基面基本为砂卵石层出露，第一层黏性土夹层已大部分清除完，但在左岸坝上桩号0-200.00～0-060.00靠近岸坡附近砂卵石中黏性土含量仍较大，不能满足建基面要求，对该部分又进行了挖除，一般开挖深度1～2m，最深处在坝上桩号0-130.00靠近岸坡附近，开挖至162.00m高程左右。开挖后以过渡料进行换填，并按设计要求进行压实。

2.坝轴线上游坝基覆盖层开挖

坝轴线下游次堆石区覆盖层基础开挖至170.00m高程，基岩清除表层1.0m松散体。基础开挖后采用不小于25t振动碾碾压10遍。同时基础开挖至设计高程后如遇砂质透镜体、黏性土夹层及含土量偏高的砂卵石基础应予以全部挖出，并采用过渡料进行换填。

该段坝基开挖至170.00m高程时，在坝下0+000.00～0+180.00靠近右岸岸坡部位发现有较厚的黏性土层及砂层透镜体，对此处进行了开挖处理，最深挖至165.00m高程，开挖成一个宽20m左右的长条形，待清除黏性土层及砂层透镜体后按设计标准换填过渡料并压实。该层黏性土夹层实际并未完全挖除，根据开挖情况该层有向左岸延伸的趋势，高程逐渐降低，若全部开挖工程量太大，且处于坝下次堆区，经设计人员同意未在进行扩大开挖。

3.坝基液化处理

前期勘察时坝基范围内发现代砂层透镜体有14个，主要分布在坝轴线附近及下游，其中有3个透镜体分布在下游坝脚附近，砂层透镜体分布高程为142.90～173.90m。根据已有资料，下部夹砂层均处于密实状态，应属于不液化层。但坝基覆盖层的上部，局部埋藏较浅、较松散的砂层透镜体，不排除产生地震液化的可能性。因此需要进行处理。

出露在建基面表层附近的砂层透镜体在坝基开挖时已经予以挖除，其次在大坝下游坝后采用压盖处理，压盖高程至225.00m，压盖厚度达55m左右，足以保证不会产生地震液化问题。