吊洞水庫白云巖人工砂石骨料系統生產工藝優化與探討

【摘要】將白云巖人工骨料大規模運用于水利工程建設，吊洞水庫系貴州省首次，在全國也屈指可數。根據工程建設過程中出現的料源選擇、砂石骨料加工系統工藝布置、半成品及成品骨料加工運輸和混凝土生產質量控制等方面的問題，對吊洞水庫白云巖人工骨料的質量控制過程及其對混凝土性能的影響進行了研究。最大限度地克服了白云巖巖質特性、砂石系統工藝布置的地形限制及成品骨科運輸造成的人工骨料品質上的缺陷，保證了水庫大壩混凝土的施工質量。其工程經驗可為同類工程參考。

【關鍵詞】白云巖；人工骨料；質量控制；吊洞水庫

1、概述

吊洞水庫壩址位于興仁鎮點烈村擺泥河上游狹窄河段，距黔東南州丹寨縣興仁鎮3km、距丹寨縣城約19km，距都勻北67km，距貴陽市195 km。

吊洞水庫供水工程是以工業供水為主，兼有灌溉的一項綜合性水利工程。該樞紐由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪表孔、左岸壩身底孔、右岸供水引水系統、右河岸式泵房等建筑物組成。

根據野外地質勘察資料，工程區白云巖分布較廣，其中工程區無天然砂料，本工程石料場靠近壩址左岸小點烈寨子東側的陡坡山體，距小點烈寨子通村公路180～230m。地表高程925.00～850.00m，地形坡度40°左右，順向坡，基巖基本裸露，巖性為寒武系中上統婁山關群第一段（∈2～3ls1）肉紅色中厚～厚層塊狀細晶白云巖，巖層產狀N25°E /NW∠11°，單層厚1～3m，巖體較堅硬，單軸濕抗壓強度Rb=50～～60Mpa，巖體質量較好；儲量計算采用平均厚度法，開采面積約6.4萬m2，取料時去除約3m厚的無用層，有用層平均厚度約17m，剝離量約19萬m3，有用儲量約110萬m3，剝采比約0.17；石料場質量及儲量均能滿足設計要求，開采范圍位于地下水位之上，地下水對開采無較大影響。

大壩各類混凝土工程量總計22.84萬m3。根據推薦配合比計算，砂石骨料理論用量總計329400m3，其中砂118013m3（占比35.8%）、小石72811m3（占比22.1%）、中石91431m3（占比27.8%）、大石54500m3（占比14.3%）。

本標段工程混凝土總量約19.6萬m3，需加工成品砂石料約29.40萬m3。根據混凝土施工月高峰強度，計算出相對應的砂石骨料加工系統的生產能力為168t/h。

2、砂石加工系統生產工藝流程及設備情況

2.1 基本情況

根據工程施工進度及混凝土澆筑強度曲線，本系統必須滿足成品骨料設計生產能力170t/h，系統處理能力260t/h，故砂石系統在滿足水利水電工程砂石系統設計導則（DL/T5098—1999）要求的前提下，本系統成品骨料設計生產能力為180t/h。同時，為滿足混凝土澆筑高峰期對骨料的需求，分別設置了大石40～80（2500m3）、中石20～40（3000m3）、小石5～20（3000m3）、人工砂0.15～5（13000m3）的骨料堆場。

2.2 系統布置

根據總體規劃，本工程砂石加工系統布置在大壩右岸上壩公路和料場公路起點的740m高程，砂石拌合系統占地面積為1.3萬m3，其中規劃混凝土拌合系統占地2500m2，砂石加工系統占地5000m2，成品料倉占地5500m2。

該系統充分利用地形條件依山而建。從上至下為依次為進料口、初碎車間、洗石、預篩分車間、中細碎、篩分車間、中轉料倉、成品料倉和制砂車間。系統設計生產能力為180t/h。

3、工藝改造原因、分析及成果

3.1 設計方案

根據地質勘查成果，為滿足堆石壩的變形、基礎固結及穩定要求，以提高地基承載力及減少變形沉降量，形成人工復合地基?；A處理方案為：覆蓋層基礎上游側采用C30防滲墻隔水，墻頂采用連接板與河床趾板相接。壩基分3個區域進行基礎處理：河床左側A區采用振沖碎石樁處理，至上游到下游分為A1區和A2區，碎石樁均采用等腰三角形布置，A1區為防滲墻變形控制區，位于防滲墻上下游8m范圍；A2區為壩體變形控制區，下游邊界至壩軸線下游35m范圍，沿河道長56m；河床右側B區采用振動碾碾壓處理。

左岸粉質粘土層底部在壩基開挖完成后深9～13m，下伏基巖，粉質粘土層為主要處理對象，因此左岸碎石樁底部深入基巖。

壩基基礎處理屬于大面積的滿堂處理，故樁位宜采用等腰三角形布置。根據壩基處理分區，A1區樁距采用1.5m，A2區樁距采用2.5m，樁徑均為1.1m。

2.1 施工程序

振沖碎石樁的施工主要包括：試驗準備、施工試樁、振沖樁施工、成樁檢查等幾個方面的內容。

3、振沖施工方法及施工工藝控制

3.1 振沖碎石樁施工工序

（1）對位：吊車垂直吊起振沖器，使噴水口對準樁孔位置，偏差小于50mm；

（2）造孔：打開水源和電源，檢查水壓（0.6～0.8MPa，水量200～300l/min）、電壓（380V）、成孔電流25～30A，振沖器以1m/min速度造孔，當振沖器下沉到設計孔深0.3m開始清孔；

（3）清孔：成孔后一般需要1～2min清孔，以便回水將稠泥漿帶出，以降低孔內泥漿密度，易于下料；

（4）投料：用機動翻斗車將20～40mm碎石運至樁孔處，成孔后將振沖器提出孔口，由孔口投料；

（5）制樁：制樁電源50～60A，達到振密電流后，留振30s，以1.5m/min速度提升振沖器，待孔內料高0.8m左右再繼續下放振沖器，擠密達到密實電流，直至達到設計高度后上部虛填0.7m左右石料，并用振沖器下壓，保證樁頭強度；

（6）移位至新孔位。

3.2 施工工藝控制

振沖施工過程可以通過填料量、密實電流和留振時間三個參數來控制，振沖碎石樁的質量是以振沖器振動時的工作電流達到規定值為控制標準。

試驗確定技術參數如下：（1）密實電流；（1）填料量；（2）留振時間；（3）樁間距；（4）水源壓力、水量、制樁時水壓、水量；（5）振沖器貫入速度；（5）振密提升高度：振密后段提升高度。

4、振沖施工質量控制與檢測

4.1 控制標準：

（1）樁數、樁徑、填料質量符合設計要求。碎石塊（粒徑不大于50mm）以及采用石場的石料，通過試驗確定出最佳級配，一般經級配后碎石料干重度γ=18.7KN/m3。保證每孔填料量，并做好填料現場記錄。

（2）樁身的密實度符合施工規范。

（3）允許偏差項目： 成孔中心位移△1≤50mm；成孔垂直度△2≤1.5%；樁徑誤差△3≤20mm；孔深誤差△4≤100mm。

4.2 防止質量通病措施

（1）機組就位檢查樁位樁管直徑范圍內的地面土質，如遇到較大的硬塊，由人工清理后再沉管成樁。如因下部地層不均勻引起的樁管跑偏，應提出樁管，查明原因，向孔內填入較大硬物導順樁管，確保樁位準確及樁管垂直后在沉管成樁。

（2）樁尖難開，造成帶料。沉管前認真檢查樁尖，保證其靈活，如果因地層特點，樁尖難打開時，可上拔樁管一定高度后加料，然后需在拔樁管位置適當留振，保證樁底碎石密實。

（3）下料不均勻，使樁體不連續。如果下料困難可向樁管內加水，控制提升速度及留振時間，消除局部帶料問題，或及時反插保證填料量。

（4）樁頂帶料。可在樁頂帶料區段及時反插保證填料量。

4.3 復合地基質量檢測

4.3.1 檢測目的和要求

本工程主要采用單樁復合地基載荷試驗確定處理后復合地基承載力特征值，要求進行現場檢測。振沖施工結束后，除破土地基外，應間隔一定時間方可進行質量檢驗。對粘性土地基，間隔時間可取3～4周；對粉土地基，可取2～3周。振沖樁的施工質量檢驗可用單樁載荷試驗。試驗用圓形壓板的直徑與樁的直徑相等。可按每200～400根樁隨機抽取一根進行檢驗，但總數不得少于3根。對砂土或粉土層中的振沖樁，除用單樁載荷試驗檢驗外，尚可用標準貫入、靜力觸探等試驗對樁間上進行處理前后的對比檢驗。對不加填料的振沖密實法處理的砂土地基，處理效果檢驗宜用標準貫入、動力觸探或其它合適的試驗方法。檢驗點應選擇在有代表性的或地基土質較差的地段，并位于振沖點圍成的單元形心處。檢驗點數量可按每100～200個振沖點選取1孔，總數不得少于3孔。

4.3.2 試驗設備配置

試驗采用壓重平臺反力裝置，加載及反力系統由液壓千斤頂、鋼梁、承壓板、配重組成。加壓由一臺500kN的液壓千斤頂及其配套加壓系統來完成，加載值由量程60MPa等級0.4級壓力表量測。沉降觀測采用通常使用的基準梁、百分表觀測系統。在壓板的兩個正交直徑方向對稱安置四個量程50mm（精度0.01mm）的百分表，百分表經萬能表架固定于兩根6m長的工字鋼組成的基準梁上。

4.3.3 試驗方法

本次檢測采用單樁復合地基載荷試驗，壓板邊長為1.1m，壓板下鋪中粗砂找平（厚度50～150mm）。試驗最大加荷至280kPa，每級加載值為預估極限荷載的1/10。

每加一級荷載的前、后應分別測記1次壓板下沉量，以后每0.5h測記一次，當連續2h內，每1h小于0.1mm時，認為壓板下沉量已趨穩定，即加下一級荷載。

當出現下列情況之一時，可終止加載：

①壓板周圍的土，出現明顯的側向擠出；

②沉降s急劇增大、壓力-沉降（P-s）曲線出現陡降段；

③在某一級荷載下，24h內沉降速率不能達到穩定標準；

④累計沉降量已大于壓板直徑的6%（63.00mm）；

⑤當達不到極限荷載，而已達到方案設計最大加載壓力。

荷載可分為3～4級，每卸一級荷載測記回彈量，直至變形穩定。

4.3.4 單樁復合地基載荷試驗結果及分析

4.3.4.1 試驗數據整理

根據試驗記錄，分別繪制P（荷載）～s（沉降）曲線及s（沉降）～ t（時間）曲線。P（荷載）～s（沉降）曲線反映了不同荷載作用下，沉降量變化趨勢；s（沉降）～ t（時間）曲線反映了在相同時間段，不同荷載作用下的沉降情況。

當壓力-沉降曲線是平緩的光滑曲線時可按相對變形值確定復合地基承載力；對振沖樁復合地基：當以粉土或砂土為主的地基可取s/b=0.01所對應的壓力；按相對變形值確定的承載力特征值不應大于最大加載壓力的一半。其中：s——相對變形值，mm；b——承壓板的寬度，mm。

5、結語

通過對本工程振沖碎石樁的施工，按照《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB50202-2002）、《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）、《巖土靜力載荷試驗規程》（YBJ17-90）等規范要求和設計的有關特殊檢測要求，組織了單樁復合地基承載力及變形等一系列檢測試驗，試驗成果均滿足設計要求。對于粉質黏土的軟基處理，振沖碎石樁施工技術具有實施簡單、工期快、經濟有效的特點。

本文通過對振沖碎石樁施工的成功經驗的總結，一是供同行和類似工程施工參考，二是旨在推廣振沖碎石樁基礎處理技術在有關工程的應用。

參考文獻：

[1]關艷平.仁宗海水庫大壩地基振沖碎石樁處理施工技術[J].四川水利，2006（6）：9。

[2]沈容根.用振沖樁加固湯浦水庫壩基[J]。浙江水利科技，1998（1）：47。

作者簡介：蔡強（1970～），男（仡佬族），貴州銅仁人， 大學本科，高級工程師，主要從事：水利水電工程施工組織設計工作。