本發(fā)明屬于水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，更加具體來(lái)說(shuō)是一種土石壩水下砂層地震液化壓重加固結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)位于世界兩大地震帶―環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍。新中國(guó)成立后，我國(guó)興建了大量的土石壩，其中粘土心墻壩占很大的比例。由于歷史原因，這些工程多屬于“三邊”工程，大壩填筑采用“人海戰(zhàn)術(shù)”，因此壩殼料在施工時(shí)碾壓質(zhì)量不好，密實(shí)度較低，抗震性能很差，尤其是經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，老化病害嚴(yán)重，壩體浸潤(rùn)線以下飽和區(qū)，在地震時(shí)由于孔隙水壓力急劇上升，壩體或壩基砂土極易液化，使砂粒顆粒處于懸浮狀態(tài)，喪失抗剪強(qiáng)度，對(duì)大壩安全構(gòu)成極大的威脅。

根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，砂體抗地震液化加固方法基本可分為置換法、加密法等。置換法的加固思路是，挖除液化區(qū)砂體，換填抗液化性能好的材料如石渣料等，并碾壓密實(shí)；加密法的加固思路是，采用振沖加密方法，提高砂體的密實(shí)度，使砂體的抗液化能力顯著增強(qiáng)，從而達(dá)到抗震加固的效果。但對(duì)于土石壩水下砂層液化問題，采用置換法或加密法需要大范圍大深度擾動(dòng)壩體或壩基，不僅非常不經(jīng)濟(jì)，而且受庫(kù)水影響較大，難以應(yīng)用于類似工程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于克服上述背景技術(shù)的不足之處，而提出一種土石壩水下砂層地震液化壓重加固結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的第一目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：土石壩水下砂層地震液化壓重加固結(jié)構(gòu)，在水面上方的一側(cè)設(shè)置有水上石渣幫坡，所述的水面的下方設(shè)置有水下拋石區(qū)；同時(shí)在已經(jīng)完成拋石作業(yè)的水下拋石區(qū)上方臨近壩體側(cè)修建有臨時(shí)堆料平臺(tái)；

在壩體橫向上等間距安裝有定位木樁，在所述的定位木樁上引出繩索，所述的繩索豎直平鋪在水面上，并在另一端上設(shè)置有定位浮箱。

在上述技術(shù)方案中：在所述的繩索上等間距設(shè)置有浮漂，所述的浮漂之間的間距為0.5米-2米。

在上述技術(shù)方案中：所述的浮漂之間的間距為1米。

在上述技術(shù)方案中：所述的水下拋石區(qū)按照每隔10-30米進(jìn)行拋石。

在上述技術(shù)方案中：所述的水下拋石區(qū)按照每隔20米進(jìn)行拋石。

本發(fā)明的第二目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種土石壩水下砂層地震液化壓重加固方法，其特征在于：包括如下步驟；

①、水下拋投塊石壓重和拋石試驗(yàn)：

正式拋石施工前，應(yīng)選取河床部位進(jìn)行“拋石擠淤”現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由所述的壩體的壩坡向庫(kù)內(nèi)方向推進(jìn)施工；

進(jìn)行拋石試驗(yàn)區(qū)域，在拋石試驗(yàn)前對(duì)拋石試驗(yàn)區(qū)域水下地形進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)設(shè)計(jì)斷面圖計(jì)算出拋石試驗(yàn)區(qū)的設(shè)計(jì)拋石量m；

試驗(yàn)拋石區(qū)完成后，可根據(jù)拋石頂面實(shí)際上升高程H1和理論上升高程H2，得出拋石壓入淤泥深度，檢測(cè)拋石擠淤效果，并指導(dǎo)調(diào)整下一步的拋石方法；

②、拋石擠淤施工：綜合使用探地雷達(dá)、鉆孔勘探、鋼管釬探的方法檢測(cè)壩前淤泥堆積情況及性狀；

③、為方便裝料，在已完成拋石作業(yè)的水下拋石區(qū)上方臨近壩體側(cè)修建有臨時(shí)堆料平臺(tái)，即利用已實(shí)施過(guò)拋石的壩段形成的平臺(tái)堆料，汽車直接上平臺(tái)卸料，推土機(jī)供料，挖掘機(jī)裝船；

④、拋石定位控制：在平行于所述的壩體的軸線設(shè)x軸，垂直于壩體的軸線為y軸，利用x、y軸線將拋石區(qū)劃成網(wǎng)格狀；

⑤、由經(jīng)緯儀指揮拋石：在所述的壩體的x軸基準(zhǔn)線控制點(diǎn)上布置布置木樁；

同時(shí)架設(shè)經(jīng)緯儀，控制拋石區(qū)位，在木樁拉若干條互相平行的繩索，所述的繩索和y軸將庫(kù)內(nèi)的拋石區(qū)域劃分成若干相同大小的工作區(qū)域，所述的繩索另一端用定位浮箱，每條繩索上按y軸控制線上每隔l米間距掛浮漂作標(biāo)志點(diǎn)，并標(biāo)明所述的浮漂距壩體軸線的距離；

⑥、定位船和拋石駁船拋石：預(yù)先將定位船?？吭诶K索上；指揮定位船沿繩索豎向移動(dòng)，始終保持拋石駁船與定位船位于同一條水平線上，待所述的拋石駁船進(jìn)入預(yù)定的拋石區(qū)域后，所述的拋石駁船按照經(jīng)緯儀、定位船指揮的區(qū)位和排位航行，進(jìn)行拋石作業(yè)；

⑦、拋石駁船到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，用鋼卷尺量出石料的體積，注意甲板上的石料是否平鋪，嚴(yán)禁石料架空；

⑧、由坡腳向庫(kù)區(qū)內(nèi)順序拋石，利用拋石駁船進(jìn)行拋石施工，便于擠淤；

⑨、每完成3-4層拋石后應(yīng)進(jìn)行一次水下地形測(cè)量，檢查拋石效果，同時(shí)控制拋石量m1；

⑩、施工完后采用超聲波探測(cè)儀進(jìn)行水下地形測(cè)量，測(cè)出水下地形分布圖，檢查拋投效果。

在上述技術(shù)方案中：待水下拋石完畢后，再沿上游壩體上的原壩坡面的表面進(jìn)行水上石渣幫坡處理。

在上述技術(shù)方案中：原壩坡面的表面必須清除植物及根莖。

在上述技術(shù)方案中：在水上石渣幫坡上逐層放出各區(qū)的分界線，采用灑白灰線明顯的標(biāo)記，同時(shí)對(duì)所述的水上石渣幫坡進(jìn)行1m³反鏟配合人工修坡；接著采用HD100型推土機(jī)進(jìn)行平料攤鋪，整個(gè)鋪料層在所述的壩體的壩面法線方向向兩側(cè)各超填20cm。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、在水庫(kù)蓄水的情況下能進(jìn)行施工，不需要放空水庫(kù)，對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行影響小。

2、相比其他的傳統(tǒng)液化加固方法，具有不擾動(dòng)原壩體、工程投資少、質(zhì)量容易控制、加固效果顯著、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

3、可放緩壩坡，有效提高壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明土石壩水下砂層地震液化壓重加固方法示意圖。

圖2為本發(fā)明中的水下格柵拋石的壓重示意圖。

圖3為本發(fā)明中的水上石渣幫坡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：水下拋石區(qū)1、水上石渣幫坡2、原壩坡面2.1、水面3、繩索3.1、浮漂3.1.1、定位浮箱3.2、臨時(shí)堆料平臺(tái)4、拋石駁船5、壩體6、木樁6.1、定位船7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已，同時(shí)通過(guò)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。

拋石料有如下要求：石料由弱風(fēng)化、微新巖石組成，石質(zhì)較堅(jiān)硬，不易軟化破碎；②塊石干容重大于26kN/m³，立方體抗壓強(qiáng)度大于40MPa，軟化系數(shù)不低于0.8；③石料中不含石粉、土塊、樹根等雜質(zhì)；④不使用薄片、條狀、尖角等形狀的塊石及風(fēng)化石與泥巖等；⑤底層擠淤塊石參考級(jí)配：最大粒徑為200-300mm，中值粒徑100-170mm，不均勻系數(shù)大于7，小于20mm粒徑石料重量百分比小于5％；⑥其余拋石參考級(jí)配：最大粒徑不大于600mm，中值粒徑為150mm-240mm，不均勻系數(shù)大于10，小于10mm粒徑重量百分比應(yīng)小于5％。

參照?qǐng)D1-3所示：土石壩水下砂層地震液化壓重加固結(jié)構(gòu)，其特征在于：在水面3上方的一側(cè)設(shè)置有水上石渣幫坡2，所述的水面3的下方設(shè)置有水下拋石區(qū)1；在水上石渣幫坡2臨近水下拋石區(qū)1處設(shè)置有臨時(shí)堆料平臺(tái)4；在所述的水面3上設(shè)置有拋石駁船5；

在壩體6橫向上等間距安裝有定位木樁6.1，在所述的定位木樁6.1上引出繩索3.1，所述的繩索3.1豎直平鋪在水面3上，并在另一端上安裝有定位浮箱3.2；在所述的繩索3.1上等間距設(shè)置有浮漂3.1.1，所述的浮漂3.1.1之間的間距為0.5米-2米；所述的浮漂3.1.1之間的間距最優(yōu)為1米；所述的水下拋石區(qū)1按照每隔10-30米進(jìn)行拋石；所述的水下拋石區(qū)1按照每隔20米進(jìn)行拋石(20米的拋拋石區(qū)域只是一個(gè)最優(yōu)的值，在理論情況下，當(dāng)然是越小越精細(xì))。

本發(fā)明一種土石壩水下砂層地震液化壓重加固方法，包括如下步驟；

①、水下拋投塊石壓重和拋石試驗(yàn)：可綜合使用探地雷達(dá)、鉆孔勘探、鋼管釬探等多種方法檢測(cè)壩前淤泥堆積情況及其性狀。鋼管釬探為潛水員用Φ33mm鋼管對(duì)淤泥厚度進(jìn)行釬探，同時(shí)潛水員查清原壩面淤積分布情況；正式拋石施工前，應(yīng)選取河床部位進(jìn)行“拋石擠淤”現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由壩坡向水庫(kù)方向推進(jìn)施工。

正式拋石施工前，應(yīng)選取河床部位進(jìn)行“拋石擠淤”現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由所述的壩體6的壩坡向庫(kù)內(nèi)方向推進(jìn)施工。土石壩壩前淤泥是由于水中泥沙沉積形成的，淤泥處于流塑狀態(tài)，抗剪指標(biāo)低，需進(jìn)行處理?！皰伿瘮D淤”的原理是將拋石拋入水中，拋石體形成受力骨架，大部分淤泥被拋石擠壓尋找出路，由壩坡向水庫(kù)方向推進(jìn)，可將這部分淤泥“趕”進(jìn)庫(kù)內(nèi)，還有一部分淤泥在拋石的壓力作用下發(fā)生變形，淤泥逐漸被擠密，孔隙水壓力降低，土體中有效應(yīng)力提高，不易發(fā)生地震液化問題；

進(jìn)行拋石試驗(yàn)區(qū)域，在拋石試驗(yàn)前對(duì)拋石試驗(yàn)區(qū)域水下地形進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)設(shè)計(jì)斷面圖計(jì)算出拋石試驗(yàn)區(qū)的設(shè)計(jì)拋石量m；

試驗(yàn)拋石區(qū)完成后，可根據(jù)拋石頂面實(shí)際上升高程H1和理論上升高程H2，得出拋石壓入淤泥深度，檢測(cè)拋石擠淤效果，并指導(dǎo)調(diào)整下一步的拋石方法；

②、拋石擠淤施工：綜合使用探地雷達(dá)、鉆孔勘探、鋼管釬探的方法檢測(cè)壩前淤泥堆積情況及性狀；

③、為方便裝料，在已完成拋石作業(yè)的水下拋石區(qū)1上方臨近壩體6側(cè)修建有臨時(shí)堆料平臺(tái)4，即利用已實(shí)施過(guò)拋石的壩段形成的平臺(tái)堆料，汽車直接上平臺(tái)卸料，推土機(jī)供料，挖掘機(jī)裝船；

④、拋石定位控制：在平行于所述的壩體6的軸線設(shè)x軸，垂直于壩體6的軸線為y軸，利用x、y軸線將拋石區(qū)劃成網(wǎng)格狀；

⑤、由經(jīng)緯儀指揮拋石：在所述的壩體6的x軸基準(zhǔn)線控制點(diǎn)上布置布置木樁6.1；

同時(shí)架設(shè)經(jīng)緯儀，控制拋石區(qū)位，在木樁6.1拉若干條互相平行的繩索3.1，所述的繩索3.1和y軸將庫(kù)內(nèi)的拋石區(qū)域劃分成若干相同大小的工作區(qū)域，所述的繩索3.1另一端用定位浮箱3.2，每條繩索3.1上按Y軸控制線上每隔l米間距掛浮漂3.1.1作標(biāo)志點(diǎn)，并標(biāo)明所述的浮漂3.1.1距壩體6軸線的距離(圖中的箭頭表示水流的流向，朝向壩坡)；

⑥、定位船和拋石駁船拋石：預(yù)先將定位船7停靠在繩索3.1上；指揮定位船7沿繩索3.1豎向移動(dòng)，始終保持拋石駁船5與定位船7位于同一條水平線上，待所述的拋石駁船5進(jìn)入預(yù)定的拋石區(qū)域后，所述的拋石駁船5按照經(jīng)緯儀、定位船7指揮的區(qū)位和排位航行，進(jìn)行拋石作業(yè)；

⑦、拋石駁船到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，用鋼卷尺量出石料的體積，注意甲板上的石料是否平鋪，嚴(yán)禁石料架空；

⑧、由坡腳向庫(kù)區(qū)內(nèi)順序拋石，利用開體式底卸機(jī)動(dòng)石駁船進(jìn)行拋石施工，便于擠淤；

⑨、每完成3-4層拋石后應(yīng)進(jìn)行一次水下地形測(cè)量，檢查拋石效果，(同時(shí)控制拋石量m1比較H1和H2的高度差以及m和m1的拋石量，每三次或四次的拋投后進(jìn)行一次校準(zhǔn)，對(duì)后續(xù)的拋投量進(jìn)行校正；)

⑩、施工完后采用超聲波探測(cè)儀進(jìn)行水下地形測(cè)量，測(cè)出水下地形分布圖，檢查拋投效果。

待水下拋石完畢后，再沿上游壩體6上的原壩坡面2.1的表面進(jìn)行水上石渣幫坡2處理。

原壩坡面2.1的表面必須清除植物及根莖。

在水上石渣幫坡2上逐層放出各區(qū)的分界線，采用灑白灰線明顯的標(biāo)記，同時(shí)對(duì)所述的水上石渣幫坡2進(jìn)行1m³反鏟配合人工修坡；接著采用HD100型推土機(jī)進(jìn)行平料攤鋪，為保證邊緣壓實(shí)度、預(yù)留接頭部位碾壓收邊量，整個(gè)鋪料層在所述的壩體6的壩面法線方向向兩側(cè)各超填20cm。

某大型水庫(kù)興建于上世紀(jì)50年代，由于當(dāng)時(shí)施工技術(shù)落后，壩體砂層相對(duì)密度低，存在地震液化問題，影響壩坡穩(wěn)定。鑒于加固期間水庫(kù)無(wú)法放空，研究采用“水下拋石、水上石渣料幫坡”壓重法加固，有效解決了壩體液化帶來(lái)的壩坡穩(wěn)定問題，相比放空水庫(kù)后采取置換法加固，節(jié)省投資約700萬(wàn)元。

上述未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。