振沖加固法在日照水庫(kù)加固工程的應(yīng)用

梁成軍

（日照水庫(kù)管理局，山東　日照　276816）

振沖加固法在日照水庫(kù)加固工程的應(yīng)用

梁成軍

（日照水庫(kù)管理局，山東日照276816）

振沖法加固已經(jīng)廣泛應(yīng)用到松散砂殼壩壩殼的抗震加固中。本文簡(jiǎn)要介紹了振沖加固原理，并以振沖加固法在日照水庫(kù)主壩抗震加固工程的應(yīng)用為例，歸納總結(jié)了振沖加固的施工方法、質(zhì)量控制重點(diǎn)、質(zhì)量檢測(cè)方法和加固效果。

振沖加固；除險(xiǎn)加固；質(zhì)量控制；應(yīng)用效果

日照水庫(kù)位于日照市東港區(qū)駐地以西16 km處，始建于1958年10月，于1959年6月基本建成，是一座多年調(diào)節(jié)綜合利用的大（2）型水庫(kù)，總庫(kù)容3.180 5億m3。水庫(kù)樞紐工程包括主副壩、南北放水洞、水電站、溢洪道4部分。現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)百年設(shè)計(jì)、5 000年校核。

1　主壩砂殼存在問(wèn)題及處理方案

2000年4月，山東省水利廳委托相關(guān)單位對(duì)日照水庫(kù)工程進(jìn)行了安全鑒定。主壩0+600～1+ 050段的壩殼料以砂為主，并夾雜風(fēng)化巖的碎屑、碎塊及壤土，土質(zhì)不均，為不良級(jí)配的礫質(zhì)中砂，局部為良好級(jí)配的礫質(zhì)中砂、礫質(zhì)極細(xì)砂，呈松散狀態(tài)。主要指標(biāo)為：標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3～6擊，干密度1.33～1.55 g/cm3，相對(duì)密度0.34～0.64，滲透系數(shù)2.28×10-2～4.4×10-2cm/s；不均勻系數(shù)一般為6.8～12.7，水上休止角為34.6°、水下休止角為30.8°。經(jīng)鑒定：主壩上游砂殼松散，砂殼及壩基遇地震存在液化的可能，須對(duì)大壩砂殼進(jìn)行抗震加固處理。

為解決主壩0+600～1+050段上游壩殼松散問(wèn)題，除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)方案比選采用振沖加固方案。自高程31.0～43.0 m，大約為上游砂殼厚度的1/2范圍內(nèi)實(shí)施；振沖樁底高程應(yīng)高于壩基高程0.60 m，且保證離開(kāi)心墻2.0 m，以確保心墻和壩基的穩(wěn)定。樁號(hào)0+750～0+960壩段，順壩軸線方向樁距1.5 m、垂直壩軸線方向排距1.3 m，梅花形布置；樁號(hào)0+600～0+750壩、0+960～1+050壩段，順壩軸線方向樁距1.5 m、垂直壩軸線方向排距1.5 m，亦為梅花形布置。采用377-55 kW振沖器，振沖填加料采用純凈粗砂，振沖順序?yàn)橛上轮辽稀Ｕ駴_加固后，使壩體砂殼的相對(duì)密度達(dá)到Dr≥0.75。

2　振沖加固原理

用振沖法加固砂坡，是使砂土先期振動(dòng)液化，重新填料固結(jié)，以提高砂坡的密度。即在振沖器不斷振動(dòng)和射水的過(guò)程中，使孔內(nèi)附近砂土和填料液化，便于振沖器下沉，同時(shí)將懸浮砂粒及填料擠入孔壁，并傳播振動(dòng)和滲透壓力，擴(kuò)大液化區(qū)，使土粒重新排列、固結(jié)密實(shí)。用振沖法加固砂坡的實(shí)質(zhì)，主要是利用震擠、液化、重新固結(jié)的作用來(lái)提高砂土的密度。

3　主壩砂殼振沖加固施工

3.1振沖試驗(yàn)

設(shè)計(jì)時(shí)初擬了施工工藝參數(shù)，但在施工前需要通過(guò)振沖試驗(yàn)確定相應(yīng)的施工技術(shù)參數(shù)。日照水庫(kù)振沖加固施工性能試驗(yàn)共布置4個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布設(shè)四排樁，0+600～0+610、0+630～0+ 640、0+730～0+740三個(gè)試驗(yàn)區(qū)，樁距、排距均為1.5 m，0+870～0+880試驗(yàn)區(qū)，樁距1.5 m，排距1.3 m，均呈梅花樁布置。振沖效果檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本次設(shè)計(jì)的孔距、排距能達(dá)到其加密效果（相對(duì)密度≥0.75），振沖時(shí)應(yīng)按以下5項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行控制：振沖孔定位偏差不大于5 cm；鉆進(jìn)時(shí)水壓控制在0.4～0.6 MPa，振沖電流80～100 A；造孔貫入速度控制在1～2 m/min；提升間距≤45 cm；留振時(shí)間不小于80 s。

另外，通過(guò)對(duì)主壩前坡0+600～1+050四個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)不同深度標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)、干密度、相對(duì)密度相關(guān)分析，繪制振沖前后標(biāo)準(zhǔn)貫入平均擊數(shù)對(duì)照?qǐng)D，建立不同深度與標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)關(guān)系曲線。根據(jù)相關(guān)曲線成果，日照水庫(kù)主壩振沖加固工程，若滿足相對(duì)密度0.75的要求，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)需在17擊以上，且隨深度的增加而增多。

3.2振沖加固施工

為加快施工進(jìn)度，避免施工干擾，本次振沖加固工程共劃分為9個(gè)施工段，自標(biāo)號(hào)0+600開(kāi)始，每50 m作為一段，至1+050段結(jié)束，每一段配備16 t吊車1臺(tái)，振沖設(shè)備1臺(tái)（套），各段平行施工。

施工前，按規(guī)定進(jìn)行砂料（原壩體砂、外購(gòu)砂）的最大干密度、最小干密度、自然干密度的檢測(cè)，檢測(cè)按照隨機(jī)抽樣的原則進(jìn)行，根據(jù)施工前原壩體干密度與施工后干密度進(jìn)行比較，確定加固效果。

振沖施工程序?yàn)椋簣?chǎng)地平整→振沖機(jī)械定位→振沖造孔→造孔結(jié)束→上提40～50 cm→填料振沖→逐層振沖加固→振沖器提出孔口→下一個(gè)振沖孔施工。

施工方法采用排孔法，由一端開(kāi)始，依次逐步造孔至另一端，由高程31.5 m依次到高程43.0 m。吊車就位后先將振沖器懸吊，對(duì)準(zhǔn)孔位，開(kāi)動(dòng)振沖器，打開(kāi)水源，檢查水壓、電壓和振沖器空載電流，一切正常后開(kāi)始噴水下鉆。振沖器在其自身重量和振動(dòng)噴水作用下，以1～2 m/min的速度慢慢沉入砂中，每鉆入0.5～1 m，在該段高度懸留5～10 s擴(kuò)孔，待孔內(nèi)泥漿溢出時(shí)，再繼續(xù)沉入。造孔時(shí)如遇有硬層電流上升到額定電流值，暫停下落，適當(dāng)加大噴水口壓力，并上下起落振沖器，直到穿過(guò)硬層后再繼續(xù)貫入。振沖貫入時(shí)詳細(xì)記錄造孔電流、水壓和時(shí)間。當(dāng)下沉達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，振沖器在孔底適當(dāng)留振，排除泥漿進(jìn)行清孔，直至孔口返出泥漿變稀為止。清孔完畢后，用裝載機(jī)將砂料運(yùn)至振沖孔口附近，人工向孔內(nèi)均勻填料，填料采用連續(xù)填料法，達(dá)到留振時(shí)間80 s后將振沖器上提40～50 cm，繼續(xù)加料振密，如此反復(fù)直至樁頂。

3.3質(zhì)量控制與檢測(cè)

振沖加固的效果，主要與振沖器的性能、砂坡材料的特性、施工情況及邊界條件和起始條件等有關(guān)。在振沖器選定、砂坡材料的特性已定的情況下，施工情況尤為重要。施工工藝掌握的好壞直接關(guān)系到施工質(zhì)量和加固效果。因此，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程，重點(diǎn)把握造孔和填料關(guān)。施工過(guò)程中，振沖器定位偏差不大于5 cm，振沖器貫入時(shí)保持垂直，保證成孔中心與施工圖紙定位中心偏差不大于10 cm，造孔完成后的樁頂中心與定位中心偏差小于樁孔直徑的0.2倍。施工中嚴(yán)格控制貫入速度、提升高度和留振時(shí)間，保證填料充足。

對(duì)于加固后的砂殼或壩基質(zhì)量，可以選擇采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、探井或波速法等適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行檢查測(cè)定。本工程檢查方法采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法，振沖完成14 d后進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)單元振沖孔設(shè)1組檢查孔。本工程總計(jì)振沖孔7 858個(gè)，進(jìn)尺6萬(wàn)余米，共劃分為30個(gè)單元，標(biāo)貫試驗(yàn)30組，做標(biāo)貫試驗(yàn)482段次，試驗(yàn)結(jié)果全部合格，整體工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。

4　結(jié)語(yǔ)

振沖法加固地基技術(shù)，在20世紀(jì)70年代中期引進(jìn)我國(guó)，由于該項(xiàng)技術(shù)機(jī)理明確、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、不用三材、造價(jià)低廉、技術(shù)效果好等原因，先后在交通、水利、電力和工業(yè)民用建筑等部門得到了廣泛推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明，振沖法在日照水庫(kù)主壩抗震加固中，通過(guò)精心設(shè)計(jì)和規(guī)范施工，嚴(yán)格質(zhì)量控制與檢測(cè)，達(dá)到了預(yù)期的加固目的。

［1］白永年，吳士寧，王洪恩.土石壩加固［M］.北京：水利電力出版社，1992.280-303.

（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-04-25

梁成軍（1968—），男，助理工程師