某電站淤泥質壤土與含塊碎石土振沖施工對比

李慶躍 盧 偉 李延剛

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

仁宗海水庫電站是田灣河流域梯級開發的龍頭水庫電站，工程規模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等，堆石壩建筑物級別為2級。壩頂高程2 934.00 m，最大壩高約56 m，壩頂長度 830.85 m，壩頂寬度8.00 m。

1.2 壩基工程地質條件

仁宗海堆石壩壩基河床覆蓋層最大深度148 m，層次結構復雜，自下而上可分為7層，其中與壩基振沖處理有關的主要是第⑥層含塊碎(卵)礫石土和第⑦層灰色淤泥質壤土。第⑥層:含塊碎(卵)礫石土，系干溝洪積物()，分布于河床左岸上部和右岸淺表，揭示厚度8.20 m～30.60 m，頂面埋深0 m～9.2 m。偶有砂層透鏡體，其性狀與第④層的透鏡體類似。顆分試驗資料表明，以碎(卵)礫石為主，約占71.7%，塊石占13%，粘粒含量占1.9%，粉粒占 5.9%，小于 5 mm 占18.6%，有效粒徑2.3 mm，平均粒徑42 mm，不均勻系數 Cu=26.96，曲率系數Cc=1.01，屬不良級配土，天然密度1.95 g/cm3～ 2.39 g/cm3，平均2.25 g/cm3，孔隙比0.152～ 0.548。

該層粗顆粒基本形成骨架，力學性能較好，局部具架空現象，考慮到試驗的代表性，結合土體結構特征、顆粒級配等，類比其他工程經驗，建議承載力[R]=0.4 MPa～0.6 MPa，變形模量 E0=30 MPa～ 50 MPa，滲透系數 K=2.1×10-2cm/s～ 2.6×10-3cm/s，屬中等～強透水。

1.3 試驗背景及目的

對壩基采用振沖碎石樁進行處理的方案，處理深度到承載力較高的第⑥層土頂部。

由于需要處理的區域大部分在水面以下，在施工過程中，需要回填出施工工作面。在仁宗海區域適合且充足的回填料只有干溝洪積物第⑥層含塊碎(卵)石土，因此采用第⑥層含塊碎(卵)石土對處于水下的施工區域進行回填。這樣就在振沖處理區域形成了自上而下回填層(第⑥層土)—第⑦層—第⑥層的情況。施工中出現填料量比預期情況少的現象，因此施工中組織專題試驗對回填區域施工進行研究。試驗目的如下:1)分析回填區振沖施工中填料量偏小的原因。2)研究第⑥層、第⑦層在回填區的分層界限。3)分析第⑥層、第⑦層的施工特點。4)定性評價施工質量，指導施工。

2 試驗組織和實施

1)試驗組織。試驗前成立試驗管理組織結構，編制詳細試驗施工方案，保證試驗的順利進行。試驗從2005年11月16日開始到11月22日結束，為期一周。

2)試驗區域選定。按照能反映地層差異特點原則，結合現場施工情況，選擇4個施工區域作為試驗區域，在試驗中根據具體情況兼顧其他區域。

3)試驗施工參數。采用BJ-75 kW電動振沖器施工;空載電流45 A;加密電流100A;留振時間15 s;加密段長30 cm～50 cm。

4)試驗數據統計分析。去掉由操作、卡孔等原因造成的異常數據，對現場采集的數據進行統計分析。本試驗共詳細記錄振沖碎石樁施工過程情況94根，動力觸探(N120)6根。根據現場記錄的數據，依據統計原則，統計分析出振沖樁施工在不同深度段的速度(造孔、加密)、特征電流(造孔、加密)、填料量、動力觸探擊數等數據見表1。

表1 數據統計匯總表

3 分層情況及各層施工特點

3.1 分層情況

1)主要地層分界。根據現場試驗收集到的數據，以及現場觀察孔內返漿顏色和返漿量變化情況，并結合地質勘察報告分析，試驗施工代表的大部分區域，回填第⑥層厚度大約在3.0 m～8.0 m～10.0 m(個別地方可能達到10 m);8.0 m以下直到設計深度或者設計深度2.0 m～3.0 m以上，基本上屬于第⑦層淤泥質壤土;在設計深度以下或設計深度以上2.0 m～3.0 m范圍內，屬于第⑥層，局部屬于第⑤層或第④層(見圖1)。

2)造成回填第⑥層厚度不均的原因。回填層厚薄不均，除因第⑦層土天然沉積厚度變化外，主要受到振沖泥漿排放淤積以及回填倒料方式兩個因素的影響。在施工過程中，受施工場地限制，及時回填的部位，岸邊淤積的第⑦層粉細顆粒土就比較薄，回填層厚度就厚些;回填不及時的部位，岸邊泥漿排放淤積時間比較長，淤積的土層就厚，回填層就薄些。在汽車回填倒料時，運料車直接將料倒進水邊，將排漿所淤積土和河床底淤積層沖擊排擠走，回填層厚度就厚些;運料車將料倒在岸上，再由推土機推進水中的回填料擠淤效果就不太好，回填層就薄些。根據相關數據分析，回填層較厚的部位，在6.0 m～8.0 m～10 m是回填層土與河床淤泥質土混合層。

3.2 各層施工特征

3.2.1 回填第⑥層含塊碎(卵)石土

1)電流:造孔電流普遍較高，一般都在90 A以上，最高可達150 A以上。在比較厚的區域，造孔深過5.0 m后電流略有降低，但仍能達到70 A～95 A，相對還是較高。加密電流普遍比較高，一般情況下能達到110 A～140 A。2)成樁速度:造孔速度較慢，一般為5 min/m～6 min/m，個別有大石頭的或者石料含量比較高的部位時間更長。相反，加密的速度則相當快，一般均小于1 min/m。3)填料量:填料量相對來說比較小，一般在 0.5 m3/m～0.8 m3/m。4)動力觸探(N120):振沖處理后動力觸探擊數較高，一般在15擊～50擊。

3.2.2 第⑦層土

1)電流:造孔電流普遍在50 A～70 A，很少有超過70A的。加密電流一般在90 A～100 A，很難繼續升高。2)成樁速度:造孔速度一般比較快，加密速度相對來說就比較慢，有的1 m需要十幾分鐘甚至更長的時間。3)填料量:比較多，每根樁的60%～80%的填料都用在該段位上。平均每米一般能達到1.2 m3～2.5 m3，個別的更多。4)動力觸探(N120):樁體的動力觸探擊數普遍低于回填的第⑥層。

3.3 設計樁底標高位置或以上2.0 m～3.0 m

1)電流:造孔電流有兩種情況，第一種，造孔到該部位后比較高，一般在100 A～120 A;第二種，到該部位后造孔電流依然很低，在60 A左右。分析原因，第一種情況造孔進入該部位比較密實的土層;第二種情況是由于第⑦層淤泥質壤土局部沉積不均勻，沒有達到密實層或者是局部大塊石形成架空，電流雖不高但造不下去。該部位加密電流一般比較高，能達到90 A～130 A，如果是進入到密實層，則一般在110 A～130 A，未進入密實層，則加密電流在90 A～100 A。2)成樁速度:該部位無論是造孔還是加密速度都比較慢。深樁施工提放振沖器阻力比較大，吊車提放速度緩慢;另外進入該層因其含石料比較多或者石料粒徑比較大，容易卡孔，速度很慢。3)填料量:該部位靠下的位置樁體加密幾乎不用填料，在振沖器振動作用下，碎石含量較高的土層自動加密。個別未進入第⑥層的樁體加密則仍需要填料，而且比較多，能達到 1.2 m3～2.0 m3。4)動力觸探(N120):該部位成樁動力觸探擊數比第⑦層淤泥質壤土稍高，下部擊數逐漸更高。

4 結語

1)從整體上看，進入河床回填區域施工的填料量要小于設計填料量。分析原因，主要受回填層和設計樁底標高以上2.0 m～3.0 m土層的影響。這兩層含塊碎(卵)石土中碎(卵)礫石約占71.7%，塊石占13%，含石料比較多，在施工中土層能自動加密，或者填少量料就可以加密。因此整樁填料量比設計少，但是填料的大部分都在第⑦層淤泥質壤土，因此在該部位填料量并不少，一般為1.2 m3～2.5 m3。2)根據施工過程中反映出的電流、時間、填料量、動力觸探等情況，基本上可以判斷回填層厚度一般在3.0 m～8.0 m～10 m。3)在回填層和第⑥層中施工，造孔速度慢，造孔電流高，加密快，加密電流高，填料量較小(甚至可以自動加密)，動力觸探擊數高。在第⑦層淤泥質壤土中施工，造孔速度快，造孔電流低，加密時間長，加密電流相對稍低，填料量很大，動力觸探擊數比在回填層稍低。4)從重型動力觸探檢測來看，根據自檢重型動力觸探擊數與原體試驗對比以及以往的工程經驗定性判斷，無論第⑥層(包括回填層)土，還是第⑦層土，振沖處理施工質量都比較穩定。由于第⑥層(包括回填層)土的各方面物理力學指標都要優于第⑦層土，振沖碎石樁成樁的密實度在該層上要比在第⑦層土中更好。

[1] 趙卯龍.振動沉管碎石樁在軟基處理中的應用[J].山西建筑，2008，34(19):92-93.