附加質量法在大伙房水庫輸水工程運用

□張立軍（遼寧省國際經濟技術合作集團有限責任公司）

附加質量法在大伙房水庫輸水工程運用

□張立軍（遼寧省國際經濟技術合作集團有限責任公司）

水庫輸水工程在現代社會中扮演的角色越來越重要，因此，對其質量的要求越來越高。在水庫輸水工程施工過程中，需要做好質量檢測工作。從實際檢測結果來看，應該在滿足檢測要求的基礎上，盡量選用簡單、科學的檢測手段和方法。通過大量的工程實例可以發現，質量附加法在水庫輸水工程中應用具有經濟、快速、高質量特點，因此，得到了廣泛應用，并取得了不錯的經濟效益。

附加質量法；水庫輸水工程；檢測

1 工程概況

大伙房水庫輸水工程是一項大基礎建設項目，該工程的修建，解決了遼寧省中部6個城市水資源短缺問題。工程包括2個部分，第一部分包括從渾河向大伙房調水的一期工程，以及從大伙房向受水城市運輸的二期工程，下面主要針對二期工程進行重點分析。

營口盤錦段是二期工程施工中的關鍵一段，通過對地質勘察可以發現，在營口盤錦地段底層為淤泥質底層，承載力值相對較低，因此，在具體施工中，通過粉噴樁對工程進行加固，提高工程的整體質量，從而使工程能夠達到使用標準。施工總長度約為8.90 km，在分析過程中，將工程劃分為3個部分，每約180 m作為一個單元進行處理。依據工程施工合同中的規定，每個單元工程結束之后，在28 d之后，對成樁的質量進行檢測。

2 附加質量法的基本原理

附加質量法依據單自由度彈簧振動理論，在地基土體系上附加一級或多級質量塊ΔQi，直接求地基的動剛度K和參振質量Q0。

利用附加質量法對單樁承載力進行確定，通過對參振土地振動頻率F進行測試，求K。然后通過單樁承載力和動剛度兩者的比例關系，完成對樁承載力的計算。該比例關系的確定是通過靜荷載實驗獲取的，利用承載力特征值屬該樁的K。然后利用比例關系α乘以各個樁的K值，最終獲取每個樁的承載力值。理論公式如下：

式中：ΔQi表示附加質量分級重量，單位kg；Q0表示參振質量，單位kg；fi表示加載Qi時的振動頻率，單位Hz；K表示動剛度，單位kN/m；P表示單樁承載量，單位kN；α表示比例關系系數。

利用附加質量法對單樁承載力進行確定的方法如下：平整處理樁頭，并且在操作上要墊2～3 cm細砂，再在樁頭上安裝承壓板。利用石膏將拾震器固定在承壓板中心，應當將激發點設置在承壓板范圍外200 mm，激振器選用鐵錘的重量為50 kg，工作人員用手提落錘。附加質量塊總重量為100 kg，在加入過程中依據5級分別加入，五個等級的質量分別為0 kg、250 kg、500 kg、750 kg、1 000 kg。在檢測過程中，利用地震儀完成采集樁振動的波形曲線，然后完成對每一級的附加重量Qi進行計算，同時要完成對與Qi相對應的頻率Fi的計算。檢測裝置示意圖如圖1所示。

圖1 檢測裝置示意圖

3 附加質量法在大伙房水庫輸水工程樁體和樁間中的應用

3.1 靜荷載試驗

受建設單位委托，大伙房水庫輸水（二期）工程，營口盤錦地段在檢測過程中，利用地基處理工程粉噴樁靜荷載實驗。2007年8月21號完成了1根樁的復合地基靜荷載實驗，試驗樁號為18-18-141，并在該年的11月27日和28日各完成1根樁的復合地基靜荷載試驗，對應的實驗樁號為18-15-39和18-14-51。通過3次靜荷載實驗加大的最大荷載值為160 kN，通過試驗可以發現，最大沉降量為10.46 mm，并沒達到極限承載力，從最終的結果可以看出，單樁承載力建議值為80 kN，復合地基承載力建議值大小為80 kPa。在問題分析過程中，需要查找原始數據記錄，通過資料整理，最終獲取單樁豎向靜荷載實驗荷載與沉降兩者之間的關系，并繪制出了P-S曲線如圖2所示。

圖2 靜荷載實驗P-S曲線圖

在具體檢測過程中需要注意，雖然附加質量法在單樁承載力確定上，應用起來相對來說比較容易，并且在問題處理上也具有較高的效率。但是，必須要合理的結合靜力荷載實驗的最終結果開展，因此，靜力荷載試驗點是否具有代表性，將會對附加質量法的最終應用結果造成直接影響。通過大量的工程實踐可以發現，實驗點是否具有代表性，主要取決于工程地質條件（地層性質和結構）上的變化。若工程所在區域的地段較長，地層性質及結構受到的影響因素較多，因此也會存在較大變化，在此背景下如果只用一點實驗成果確定整個場區的地質情況顯然不合理，最終確定的承載力值與實際情況也會存在較大差距［1］。由此可見，在對附加質量法進行應用時，必須通過詳細調查，了解工程區域內的地質環境，掌握工程區域內地質環境的具體變化，需找具有代表性的靜力荷載實驗點，從而對剛度值和比例關系系數加以確定，實現對工程的準確檢測［1］。此外，需要施工人員注意，樁長變化也會對比例相關系數的大小造成不同程度的影響，因此，需要做好相關的修正操作，確保最終檢測結果的科學性與合理性。

3.2 附加質量法的具體應用

在對工程進行分析過程中，通過附加質量法檢測18-18-141號粉噴樁進行單樁豎向承載力檢測，通過PS曲線圖與D-ΔQ曲線圖進行對比，詳細內容見圖3。

通過圖3可以發現，在附加質量法中，D-ΔQ兩者之間的關系為線性關系，并且通過實測也呈現出不錯的線性關系。通過實測可以發現，P-S曲線與D-ΔQ兩者有著良好的對應關系，這也使附加質量法在測試樁基承載力上有了可靠的依據，為提高工程質量提供了強有力的數據支持［3］。

在D-ΔQ曲線圖中，曲線上的斜率K，的倒數表示的就是地基動剛度K，而曲線上ΔQ軸上的截距Q0表示的則為地基土參振重量［4］。通過測試可以發現，該樁動剛度的大小為20 500 kN，利用附加質量法，對實驗樁剛度和允許承載力進行量測，最終獲取的比例系數大小為78×10-4。在具體問題分析過程中，可以發現實測樁實際長度要比工程樁更長，因此，在操作時，要折減檢測樁的承載力，在對單樁承載力進行計算時，比例系數大小取4×10-3，便可以滿足檢測要求，最終的檢測結果也能夠令人滿意［5］。通過靜載實驗獲取承載力的大小，然后再利用獲取的數據除以被檢測樁的動剛度。再通過比例系數乘以各檢測樁動剛度得出所檢測粉噴樁承載力。在此基礎上，確定單樁承載力大小為82.00 kN。

工程在具體分析過程中，采用質量法對工程中的46個粉噴樁單元工程進行了處理，依據統計，此次一共檢測了118根檢測樁，檢測的主要內容是單樁豎向承載力，通過量測獲取的單樁承載力的最小檢測值為82.00 kN，最大值為162.00 kN，平均每天可以完成3根樁檢測工作。

4 結語

水庫工程建設過程中，其質量會受到多個方面因素的影響，因此，需要通過不同的方法對工程的質量進行檢測，在方法的選用上，要考慮工期、便捷性、經濟性等多方面因素。附加質量法目前已應用在多個水庫輸水工程中，并在具體應用中，具有經濟效益好、技術成熟，能夠快速給出相應檢測結論特點。但是需要檢測人員注意，靜力荷載試驗成果是否具有代表性，以及工程地質條件變化，都會對附加質量法的最終應用效果產生影響，因此，為了確保最終檢測結果的合理性，必須做好相應的分析工作。

TV697.41

B

1673-8853（2017）03-0068-02

2016-01-18

編輯：劉長垠 邢博輝

圖3 附加質量法與D-ΔQ曲線圖

張立軍（1975-），男，工程師，主要研究方向水利水電施工及管理。