振沖砂石樁在羅家堡水庫大壩基礎處理中的應用

潘 紅 嶺

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

振沖法對于處理軟弱地基，特別是加固覆蓋層較深的軟弱地基發揮了其施工設備簡單、操作簡便、施工速度快、安全可靠、經濟合理的特點。筆者根據羅家堡水庫工程振沖砂石樁的施工情況，詳細介紹了振沖砂石樁在壩基處理中的應用。

振沖砂石樁施工采用振沖器沖孔并將填入的砂石料振動密實。振沖器起振后，有很大的水平向振動力及端部射水的沖擊力，利用高壓水以2 m/min的速度將振沖器擠入地基中并下沉到加固設計標高處，在軟弱土層中形成孔眼，然后清孔，逐步將孔眼內的稠泥漿用高壓水清洗并排出孔外，沖孔形成后向孔內添加粗砂、礫石、碎石、卵石等填料，其粒徑為5～200 mm。振沖器振動砂石料由下至上逐段進行，當每段填料在振沖器的強大推力下達到設計要求的密實度后，振沖器即可向上提升，進行上一段填料的振動，振動密實直至設計頂高程，進而形成一根具有一定直徑和一定密實度的振沖樁體，與此同時，周圍土體也在一定范圍內被擠密實[1，2]。

對于黏性土地基，因為飽和軟黏土的透水性較差，振動力不能使土體中的孔隙水迅速排除而減少孔隙比，此時，振動力主要是將添加的填料擠密并將其擠密到周圍黏土中形成粗大密實的樁柱，使樁柱與軟性黏土一起構成復合地基。復合地基承受荷載后，由于原地基和樁柱的材料變形模量不同而使土中的應力重新分布，應力會相對集中到樁柱上去，因此，在沒有提高軟黏土承載能力的情況下，整個地基承載力得到了提高[3]。

羅家堡水庫壩址位于重慶市黔江區馬喇鎮肖家河河床上，是一座具有農業灌溉和供水等綜合效益的中型水利工程。擋水建筑物為瀝青混凝土心墻石渣壩，壩頂寬7 m，壩底寬度為125.5 m，最大壩高30.7 m，壩頂軸線長203.4 m。

該工程河床部位覆蓋層厚達35.1 m，待清除表面的腐植土和淤泥質粉質黏土后，主要由粉質黏土和碎石土組成。土層含水率為33%～41%，飽和度為100%，壓縮系數為0.51～6.2 MPa-1，具有高壓縮性、低強度、低承載力的特點。需對大壩軟弱地基進行處理。待清除覆蓋層表面的腐植土和淤泥質粉質黏土后，大壩基礎置于經振沖砂石樁處理后的基礎上。Φ1 m振沖砂石樁共計打入119 203 m。

2 壩基處理方案

為保證壩坡穩定和減少壩體沉降，同時加快施工期土層固結速度，提高復合地基承載力，確保大壩基礎加固達到設計和有關規范要求，壩基采用Φ1 m的振沖砂石樁進行處理，振沖砂石樁樁底至巖層頂面。振沖砂石樁的間距布置分兩種情況，在壩體主要受力區樁體間距為1.5 m×1.5 m，其余區域為1.8 m×1.8 m。

該工程壩基振沖樁工程施工分為A、B、C、D、E、F、G、H共8個施工區，振沖樁各區覆蓋層厚度均不相同。A、B、C、D區位于大壩中心位置，覆蓋層深度約為20～35 m，振沖樁工程量約為86 000 m，其中A、B施工區樁體間距為1.5 m×1.5 m，C、D施工區樁體間距為1.8 m×1.8 m，樁體采用等邊三角形布置；E、F區位于大壩左岸且靠近左岸岸坡，覆蓋層深度約為10～20 m，振沖樁工程量約20 000 m，樁體間距為1.8 m×1.8 m，樁體采用等邊三角形布置；G、H區位于大壩右岸且靠近右岸岸坡，部分振沖樁在肖家溝河溝內，覆蓋層深度約為6～10 m，振沖樁工程量約為14 000 m，樁體間距為1.8 m×1.8 m，樁體采用等邊三角形布置。振沖砂石樁布置情況見圖1。

圖1 振沖砂石樁平面布置圖

根據設計文件要求，在主體工程樁施工前需進行振沖砂石樁施工試驗，以確定可以指導主體工程樁施工的各項施工參數。

3 生產性工藝試驗

3.1 試驗區設置

該工程試樁共布置了4個試驗區，試驗區共設置50根振沖砂石樁，樁體采用等邊三角形布置，每個試驗區振沖砂石樁深度不同且樁體間距不同，具體情況見表1。

①試驗1區，位于壩體上游、覆蓋層10～20 m區域，樁間排距為1.8 m，試樁數量為7根。

②試驗2區，位于壩體下游、覆蓋層20～35 m區域，位于河床中間位置，樁間排距為1.8 m，試樁數量為7根。

表1 試驗區振沖砂石樁布置情況表

③試驗3區，位于壩體下游、覆蓋層20～35 m區域，位于河床中間位置，樁間排距為1.5 m，試樁數量為29根。 1.5 m×1.5 m的振沖砂石樁位于大壩基礎主要受力區，需增加試樁數量。

④試驗4區，位于壩體下游左岸側、覆蓋層4～10 m區域，樁間排距為1.8 m，試樁數量為7根。

3.2 試樁機械的配置

振沖砂石樁的施工機械主要為振沖器及吊裝設備。由于不同功率的振沖器貫入深度不同，且大壩基礎中存在粗大木材、施工過程中容易發生抱卡導桿的情況而影響施工功效及質量，試樁施工時采用了不同的設備型號及配套設備。振沖器選用150 kW、130 kW振沖器，起吊設備采用汽車吊及履帶吊。試樁區的機械配置情況見表2，不同型號振沖器的主要規格和技術參數見表3。

3.3 施工參數的選取

根據不同試樁設備且依據工程設計要求及試驗結果確定的試樁參數見表4。

表2 振沖砂石樁各試樁區設備配置表

表3 振沖器主要規格和技術參數表

表4 振沖樁擬定施工參數表

4 振沖砂石樁的施工方法

4.1 施工工藝

擬定施工設備及施工參數后，進行試樁施工并檢測其施工質量是否滿足設計要求。在滿足設計要求的情況下，利用確定的施工參數進行工程樁施工。

4.2 施工準備

振沖樁施工前，先進行三通一平，施工定位測量放線、定軸線，用木樁將軸線定位在不易被破壞的基坑側面，將軸線用全站儀引入基坑內并用竹簽標示樁位，以免漏孔、漏振，搭建好臨時操控平臺，設置排水溝、集水坑及沉淀池等。

4.3 定位與造孔

振沖器起吊設備(汽車吊或履帶吊)就位后應平整穩固，確保在施工中不發生傾斜、位移，然后起吊振沖器對準樁位，開啟供水泵。待振沖器下端射水口出水的水壓(0.3～0.8 MPa)、水量達到工藝要求時，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地基中進行造孔。造孔過程中，振沖器應始終保持懸垂狀態以保證垂直成孔，造孔過程中，記錄造孔時的水壓、電流值、造孔速度及返水情況。根據施工參數，該工程造孔水壓采用0.3～0.8 MPa；振沖器貫入速率不超過2 m/min；振沖器下沉過程中的電流值不超過電機的額定值，造孔過程中將隨時清理孔口泥渣，振沖器每貫入土中1～2 m孔段記錄一次造孔電流、水壓和時間，直至貫入到施工圖規定的完孔深度。當造孔完畢，將振沖器上下反復提拔2～3次，以保證造孔的孔徑。振沖砂石樁定位及造孔情況見圖2。

圖2 振沖砂石樁的定位造孔

4.4 填料與制樁

成孔后即可進行填料及制樁工序。制樁時將水壓控制在0.1～0.5 MPa。填料方式主要有連續填料、間斷填料、強迫填料三種方法。連續填料法優先于后兩種方法，尤其適合深度較大的振沖砂石樁。孔壁較穩定且孔深小于6 m的振沖砂石樁適用于間斷填料法。強迫填料適用于大功率振沖器。該工程大壩基槽軟弱，振沖器提出孔口后孔壁容易塌落，加入回填料時，容易導致樁體沉降。

振沖砂石樁樁體回填料采用粗砂+碎石，最大粒徑為20 cm，禁止采用單級配石料，砂石料應采用砂石、卵石、角礫、粗(中)砂等性能穩定的硬質材料，含泥量不大于5%。回填料由裝載機連續加料，加料不能過猛[4]。

樁體質量采用加密電流、留振時間、加密段長度作為控制標準。加密自孔底開始，逐段向上。振沖器每次上提50～60 cm，逐段做好振密搭接，以防漏振。加密時按試驗確定的加密電流135 A(180 A)控制，每段留振時間為10～13 s(15～18 s)。制樁振密加固至孔口設計標高時，先停止振沖器運轉，再停止供水泵。振沖樁填料、制樁情況見圖3。

圖3 振沖砂石樁填料與振密

4.5 振沖質量控制

振沖砂石樁質量控制的關鍵主要是加密電流的大小、留振時間的設定及留振長度的控制。

加密電流控制系統與振沖器配套的自動控制系統為振沖器的一整套設備，因此，控制系統的設置是施工的關鍵，亦將減少人為操作引起的質量問題。

留振時間是根據施工參數進行人工控制，留振時間要控制在10～12 s。留振長度根據振沖器導桿上焊刻的標尺進行控制，須將其控制在0.5～0.6 m。制樁完成后，保證樁體平均樁徑不小于設計樁徑1 m。

5 施工質量的檢測、檢驗方法

振沖砂石樁施工結束后，待復合地基應力釋放后方能進行質量檢測，黏土地基間隔時間為3～4周，粉土地基為2～3周。

振沖樁施工質量的檢驗主要采用復合地基承載力試驗。復合地基承載力試驗采用靜載試驗，承載力試驗所用的承壓板為正方形。承壓板的中心應與樁的中心保持一致[5]。該工程試驗樁經檢測得知：復合地基承載力達到220 kPa，樁體干密度及密實度均滿足設計要求，所選用的參數合理，滿足施工需要。

6 結 語

振沖法加固地基應用廣泛，對處理堆石壩基礎具有以下優點：

(1)施工機具簡單、施工工藝容易操作，施工速度快，質量容易控制，地基加固效果好。

(2)與傳統開挖換填工藝相比，避免了出現深基坑、大開挖等施工情況，降低了安全風險，節約了投資。