淺談振沖碎石樁加固軟基試驗與應用

張 國 慶，　陸 世 彪，　王　舜，　劉　寧

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，四川 成都　611130)

淺談振沖碎石樁加固軟基試驗與應用

張 國 慶，陸 世 彪，王舜，劉寧

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，四川 成都611130)

摘要：振沖碎石樁加固軟土地基形成復合地基，以提高其承載力，增強整體穩定性，減少沉降量，同時還能顯著增強其抗震能力。以西藏多布水電站泄洪閘地基處理工程為例，介紹了振沖碎石樁加固軟土地基的現場試驗，并對加固效果進行了檢測分析和探討。

關鍵詞：振沖碎石樁；軟基；應用；多布水電站

1概述

多布水電站為西藏自治區“十二五”能源發展規劃重點項目，是尼洋河綜合治理與保護控制性工程，電站位于西藏自治區林芝縣境內，距林芝地區行署所在地八一鎮約28km，川藏公路從左岸通過，交通相對便利。

該工程的主要任務為在保護生態環境的基礎上，以發電為主，兼顧灌溉，采用閘壩式開發方案。工程樞紐主要由河床砂礫石復合壩、左岸泄洪閘、左岸引水發電系統等建筑物組成。壩頂高程為3 079m，最大壩高27.5m。電站裝機容量為4×30MW，單機引用流量206m3/s，4臺機共引水824m3/s。電站屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。工程區地震基本烈度為Ⅶ度，地震設防烈度亦為Ⅶ度。

左岸壩段結構物下部主要由沖積含礫粗中細砂層、沖積含塊石砂卵礫石層、沖積中細砂層以及冰水堆積含塊石砂卵礫石層等組成，級配差且與地表潛水、承壓水貫通，水量豐富，滲透壓力非常大。其中泄洪閘等建筑物基礎存在中粗砂層，厚度為18m左右，該層承載力為300～350kPa，需要采用振沖碎石樁進行加固作為安全儲備，總工程量約8 400m。

壩址區地貌表現為“峽谷”地形特征，河流流向為NE66°，主流偏左岸，河谷呈“U”形，平水期河水位高程為3 054～3 056m，水深約3～4m，谷寬158～187m。

主要發育有現代河谷Ⅲ級階地，峽谷進出口發育漫灘及Ⅰ級堆積階地。左岸山頂高程為4 935m，相對高差1 880m；基巖多分布在高程3 200m以上并構成高山斜谷地貌。右岸為一凸向左岸的條形山梁，呈“鼻狀”，即臨河側山體相對寬厚，向內側逐漸縮窄。

壩址區以燕山晚期——喜馬拉雅期二長花崗巖(γ35-6)和第四系(Q)地層為主，左岸上游出露有二疊系上統(P2)地層。

壩址區河床和左岸階地均為覆蓋層，河床區深厚覆蓋層厚度為52.6～190m，整體呈左岸厚、右岸薄特征，基巖頂板以40°左右坡度由右岸斜插向左岸。左岸臺地覆蓋層厚度變化范圍為251.2～359.3m，平均厚度為300.5m。基巖頂板高程變化范圍為2 730.9～2 830.2m，由左岸向右岸略有變高趨勢，基巖面凸凹不平，左岸臺地中部位置出現了兩個較深凹溝，推測為古河道。左岸覆蓋層厚度超過350m，為巨厚層覆蓋層。

2設計參數

設計要求復合地基承載力特征值為400kPa；現場生產試驗的單樁載荷試驗承載力特征值為750kPa：采用含泥量小于5%的卵礫石等硬質材料，不使用已風化及易腐蝕、軟化的石料。填料粒徑宜為20～80mm，最大粒徑不大于100mm。填料級配經現場試驗確定，不宜使用單級配填料，填料應為良好級配。

3現場試驗

3.1試驗樁參數及布置

現場振沖碎石樁布置1個試驗區，試驗樁按4根×5根布樁，共布置20根試驗樁進行振沖填料加密試驗，將試驗區由第六閘室調整至第一閘室，孔距調整為2.5m，孔徑為1.26～1.38m，等邊三角型布置(圖1)。

3.2試驗工藝

表1　振沖試驗施工技術參數表

圖1　振沖碎石樁平面及檢測點布置示意圖

振沖碎石樁施工主要是利用ZCQ-132振沖器的振動和水沖、風沖成孔，填以砂卵石骨料，借振沖器的水平振動振密填料，形成碎石樁體，與周圍土構成復合地基，提高承載力達到加固的目的。

(1)場地平整及放線定位。

對場區地表進行平整與清理，同時查清可能存在的地下或地上障礙物并做相應的清理處置，以免發生事故。確保現場施工道路的通暢，對振沖供水管路、電纜、排污溝、集污坑、碎石料場、照明設施等進行合理、統一的布置。

場地平整后，由測量人員根據控制點進行現場放線，建立現場施工控制網。振沖施工樁位本著邊施工、邊布設、邊校核的原則進行，所有施工孔位均進行統一編號。施工前，用測量儀器放出每一根樁的中心點位置。樁位標識采用插小木棍的方式，可以避免施工過程中出現漏振、錯振、重復振的現象。

(2)振沖器造孔。

該試驗制樁采用排打法施工，吊車就位時保證平整穩固，確保施工中不發生傾斜、位移。然后起吊振沖器對準樁位，開啟供水泵，待振沖器下端噴水口出水后啟動振沖器。施工前，對振沖施工機具進行試運行，檢查水壓、電壓和振沖器空載電流是否正常。

將振沖器緩慢、穩妥地吊起，對準樁位緩慢下降振沖器至離地面30cm以內，啟動空壓機供風，啟動清水泵供水，待振沖器下端射水口出水的水壓、水量達到穩定時啟動振沖器，拉緊防扭繩索。待振沖器內的偏心塊達到額定轉速時，下放振沖器，使其貫入土中進行造孔。

造孔過程中，振沖器始終保持懸垂狀態，以保證垂直成孔。當電流值超過電機額定電流時，減速或暫停振沖器下沉或上提振沖器，待電流值下降后再繼續向下造孔。

由于該地層滲透性強，砂層本身不液化，施工至6～8m，10～12m時常遇孔口不返水現象，故在振沖器導桿上加了4根φ40水管以加大供水量，直至孔口返水正常，確保造孔成功。

(3)填料。

造孔及清孔后即用裝載機向孔內填料。每一振沖點所需的填料量根據地基土要求達到的密實程度和振沖點間距通過現場試驗確定。為了能順利地填入、振密，填料不宜過猛，每批不宜加填太多，遵循“少吃多餐”的原則。

(4)振密。

依靠振沖器的水平振動力，將填入孔中的石料不斷擠向側壁土層中的同時擠密填料，直到滿足設計要求。樁體加密質量采用加密電流、留振時間、加密段長度作為控制標準。

用無線振沖施工監控儀和電流控制柜同時對加密電流和留振時間進行監視并隨時進行調控。

加密自孔底開始，逐段向上。振沖器每次上提30～50cm，逐段做好振密搭接，以防漏振。

4試驗成果分析

4.1樁體試驗成果

本次試驗設振沖樁20根，實際完成工程量為318m，共完成填料410.2m3，成樁平均直徑為1.28m。

表2　試驗樁成果統計表

從表2中的數據可以看出：

(1)試驗樁樁徑為1.26～1.38m，滿足設計1.2m樁徑的要求；

(2)造孔時間為1.65～7.75h，主要體現在造孔功效低；

(3)由于地質結構致密，造孔電流一般為130～200A,對振沖器電機損壞較大，經常出現電機燒壞現象；

(4)由于砂層本身不易液化，故在造孔過程中，為了成孔，在施工導桿外加了4根40mm直徑的水管，1根40mm直徑的風管，以確保造孔質量。

4.2試驗檢測成果

根據規范要求，在試驗樁施工完7～15d后，在原位進行了以下檢測項目：復合地基承載力檢測1個點、單樁承載力檢測1個點、樁間土承載力檢測1個點、單樁重型動力觸探1個、樁間土重型動力觸探和樁間土標貫試驗1個點等六項質量檢測，檢測結果表明：單樁豎向承載力特征值為942kPa(圖2)，復合地基承載力特征值為451kPa(圖3)，淺層平板載荷p-s曲線見圖4，樁間土承載力特征值為380kPa；檢測結果還表明，碎石樁樁體連續，結構密實，質量良好。

5結語

根據對多布水電站泄洪閘壩基采用振沖碎石樁加固的現場試驗結果和隨后進行的大面積加固實踐可以得出以下結論：

(1)采取132kW振沖器對處理該砂層、提高該砂層承載力至設計值總體上是可行的。

(2)根據試驗檢測結果判定，采取孔距2.5m，等邊三角形布置施工是滿足設計對復合地基和單樁承載力要求的。

(3)因地層中砂卵石層結構面與設計值有所出入，導致部分孔在振沖造孔過程中出現了滯樁現象，故未能達到設計孔深。

(4)由于地層上部漏失量大，既便造孔過程中未遇到砂卵礫石層，但因造孔過程中不返水，極易抱管，導致振沖器設備埋在孔內，故需采取外加水管等有效措施進行處理。

(5)由于該砂層不易出現液化現象，故造孔過程中需要采取大水量配合風壓將孔內廢渣沖出孔外，才能確保造孔成功。

圖2　單樁豎向靜載試驗p-s、s-lgt曲線圖

圖3　單樁復合地基靜載試驗p-s曲線圖　　　　　　　圖4　淺層平板載荷沉降p-s曲線圖

(6)因采取風沖造孔，造孔孔徑均達1.26m以上，故填料量比設計量高出很多。

(7)根據試驗過程資料看，該地層在7.3～9m之間、10.5m以上存在砂卵石夾層，并且水量漏失嚴重，故需采取重復、來回慢速造孔進行處理，但振沖功效極低，成樁時間一般為1.65～7.75h，需要增加人員和設備投入。

(8)對試驗造孔過程中的電流與標貫取芯資料進行分析得知，該地層含有砂卵石夾層，而且砂卵石厚度不均勻，甚至在不同深度存在個別塊石，很難造孔至設計深度，最終決定采用電流進行樁深控制，如電流達180A以上并持續半小時未有振進趨勢，終孔并制樁。

(9)由于該工程對砂層承載力特性要求較常規高，故建議在類似施工過程中，造孔采取風壓、水壓聯動施工并備用外加水管，以確保造孔過程中的水壓、水量、風壓等指標滿足施工需求。

張國慶(1977-)，男，山西河涇人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

陸世彪(1986-)，男，貴州都勻人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

王舜(1981-)，男，重慶長壽人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

劉寧(1981-)，男，河北石家莊人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0026-04

中圖分類號:TV553;TV52;TV53+8.3;TV223;TU472

文獻標識碼:B

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