振沖加固技術在赤石逕水庫地基處理中的應用

余尚興

（韶關市水利水電勘測設計咨詢有限公司 ，廣東 韶關 512000）

0 前 言

水工建筑的主要功能是承載水力，保護水資源，在水利工程建設、農業灌溉等方面發揮著非常重要的作用。水工建筑物的基礎直接決定了建筑的穩定性和安全性，需要嚴格依照相關標準和規范進行設計和加固。對比常規建筑地基，水工建筑地基在要求具備良好穩定性和承載能力的同時，也必須具備較強的防滲性能，這樣才能適用環境要求，保障建筑的安全性。

1 赤石逕水庫概況

赤石逕水庫位于廣東省韶關市仁化縣西部，距仁化縣城9公里，為已建的中型水庫樞紐工程，總庫容1487萬m3。壩址以上集雨面積14.05 km2，全流域面積138.05 km2。水庫四面群山環抱林木茂盛、植被良好，是仁化縣主要的灌溉工程之一。

赤石逕水庫建于1958年5月，當時興建的主要工功能以灌溉為主、兼顧防洪。水庫建成后為仁化縣董塘、丹霞、仁化三鎮1567hm2農田提供灌溉用水，為農業生產打下了良好的基礎。1973年為解決水庫管理經費來源，在壩后建成二級電站，總裝機920kW，由于水量不足效益較差。1974年，赤石逕水庫上游建成集雨面積124km2，總庫容6780萬m3的高坪中型水庫，經13km渠道，引進5.3m3/s流量，除保證凡口鉛鋅礦0.6 m3/s流量生產生活用水外，尚有4.7 m3/s流量，通過火沖坑電站發電后注入赤石逕水庫[1]。此后赤石逕水庫水源充足，水質良好，因此，可行性研究報告中，提出增加向仁化縣城供水的任務。所以，赤石逕水庫工程任務是以灌溉為主，兼顧防洪、發電、供水等，是綜合利用的水庫。

2 振沖加固技術作用機理

振沖加固技術的作用機理體現在兩個方面：一是應力集中效應。碎石樁本身在強度和剛度上遠遠超過了樁間土，而在兩者共同作用時，地震剪應力會集中在碎石樁上，樁間土承受的應力大大減小，相應的減少了超孔隙水壓力引發的液化問題。借助橫向擠密作用，對地基土層進行壓縮，減少孔隙。樁體本身較高的承載力在和樁間土組成復合地基后，能夠實現對于地基的有效加固；二是振沖擠密作用[2]。借助振沖機的振動，確保軟土中的孔隙水壓能夠快速消散，加速地基沉降固結，進一步提升土體的固結度，增強地基的承載力。

振沖加固技術有著很強的適應能力，在砂土、粉土、素填土等地基加固處理中，都能夠取得比較理想的加固效果，理論上，只要地基中小于0.005mm的粒徑含量不超過10%，在借助振沖加固技術進行處理后，擠密效果都可以得到顯著提升。當土壤擠密度處于合理區間范圍時，填料遇到的抵抗阻力較小，需要用到更大半徑的樁體，土體和樁體的結合力更大，加固效果更好。如果土壤擠密度過低，在樁間土松動的情況下，土壤和樁體的結合難以達到平衡，地基加固效果也不夠理想。通常認為，振沖加固技術更適用樁體抗剪切力超過16kPa的區域[3]。

3 振沖加固技術在赤石逕水庫地基處理加 固中的應用

3.1 地質狀況調查

赤石逕水庫位于仁化縣西北部，屬丘陵盆地地貌，以侵蝕～堆積外動力地質作用為主。區內地勢呈南低北高，北部為海拔300～500m的丘陵，山脈走向多為東西向，山體寬厚，山坡為緩斜坡，坡度約20°～40°，植被茂盛，南部沿錦江及其支流董塘河發育有較為廣袤的沖積盆地。

工程區內地貌特征屬丘陵盆地地貌，以侵蝕外動力地質作用為主，堆積外動力地質作用次之。水庫左壩肩山體邊坡淺層土體多次產生大面積滑坡，滑坡體從坡下至坡上由三級次級滑坡組成。2005年5、6月份暴雨季節，邊坡下部以及中部第級堆積層失穩下滑，又產生了大面積滑坡，原排水溝和擋墻被沖毀；第三級潛在滑坡體處于邊坡后緣，地形陡峻，滑面陡傾,坡體結構為：上覆平均厚0.30～3.20m的殘坡積物，下伏基巖為石炭系砂巖、石英砂巖及泥盆系石灰巖，基巖面較陡,雨季接近于臨界失穩狀態。發生險情后采用截流排水、削方減載并設置重力式擋墻加錨索系統對此邊坡進行了加固[4]。

現狀山坡坡度以緩～斜坡為主，植被基本上發育良好。區域除局部小規模滑塌現象，未發現有嚴重危害邊坡穩定的軟弱面及構造組合，也沒有發現邊坡失穩的跡象，邊坡基本上是穩定的，工程區除左壩肩山體滑坡外，未發現其他大規模的崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地質現象[5]。

3.2 地基滲透性分析

壩基地層主要為強風化、弱風化和微風化粉砂巖等。根據現場注水試驗及壓水試驗成果：

強風化粉砂巖為砂狀結構，塊狀構造，灰色～青灰色，巖芯多呈碎塊狀，塊徑約1～5cm，棱角狀，局部夾餅狀、短柱狀，長約5-10cm，斷面粗糙稍有光澤，節理裂隙較發育，裂隙面未變色，為軟巖。滲透系數為2.13×10-3～1.51×10-2cm/s，屬于中等透水，滲透性較強。

弱風化粉砂巖為砂狀結構，塊狀構造，巖芯多呈短柱狀，長約5～15cm，局部夾餅狀、碎塊狀，塊徑約1～5cm，棱角狀，斷面粗糙，稍有光澤，節理裂隙較發育，裂隙面未變色，為軟巖。壓水試驗透水率為2.5～10.0Lu，屬于弱透水，平均值為5.4Lu。

微風化粉砂巖為砂狀結構，塊狀構造，灰色～青灰色，巖芯呈短柱狀，長約5～25cm，斷面粗糙，稍有光澤，節理裂隙稍微發育，裂隙面未變色，為較軟巖。壓水試驗透水率為2.4～5.5Lu，屬于弱透水，平均值為3.8Lu[6]。

3.3 做好施工準備

①應該對施工現場進行清理，避免雜物影響工程的質量和和進度，如果施工范圍內，存在淤泥等難以清理的物質，可以借助拋石擠淤的方法，將淤泥從施工區域擠出，以確保施工的順利進行；②應該做好測量放樣。結合該工程的實際情況，在測量放樣中，可以采用標記法，對每根樁體的位置進行核對和標記，要求其能夠與設計圖紙保持高度一致；③應該加強技術交底。確定好碎石樁位置后，需要對施工人員進行技術交底，確保其了解施工方案，明確振沖加固技術的施工方法，避免在施工中出現失誤。不僅如此，考慮水工建筑基礎的實際情況，在運用振沖加固技術進行處理時，還需要準備好施工材料和施工設備，如碎石填料、金屬材料、振沖器、起重機等，這樣才能最大限度地保障施工的質量和效率；四是確定施工范圍。振沖技術的應用能夠切實提高地基加固效果，如果在進行地基加固的過程中，發現地基結構松散，需要調整施工范圍，在土質擠密區域進行施工。若土質擠密效果不理想，其對于填料的阻力較小，必須加大樁體直徑，提高土體和樁體之間的結合力，保證基礎的牢固性。在地基加固外圍區域，應該加寬約4m，確保地基加固的充分性，外圍需要設置振動樁和碎石樁，提升基礎處理效果。

3.4 重視樁位布設

通常情況下，樁位布設采用的形式有矩形、正方形和等邊三角形3種，矩形最為常見，正方形適用于大面積加固，等邊三角形則適用于單獨基礎的小面積加固。在對樁間距進行設置時，應該將現場的地質條件考慮在內，如果自然土的強度較大，可以適當的加大樁間距，如果自然土的強度較小，則需要適當減小樁間距[7]。孔位間距的計算同樣非常關鍵，在計算孔位間距時，需要確保相鄰樁體之間具備較強的阻力，提升樁體結構的穩定性和承載能力。結合該工程的實際情況分析，最終采用的是三角形的基礎結構。

3.5 確定樁體長度

應該依照地基土質確定樁體長度，若地基為軟土且深度較大，需要增大樁體長度，反之則可以使用短樁。結合該工程的實際情況，在考慮各方面影響因素的情況下，采用的是9.4m的短樁，通過適當縮小樁間距的方式來確保地基具備較高的承載能力。應該對振沖深度進行控制，在土質砂層較淺的區域，可以穿過砂層來全面加固地基，在土質砂層較深的區域，可以根據地質情況考慮樁體長度。

3.6 做好填料施工

填料施工的效果會對碎石振沖的效果產生直接影響，可以將樁體更好地擠壓到軟土層中。在地基力的影響下，石料間的相互作用能夠更好的保障地基的穩定性和可靠性。石料將本身有孔隙的存在，可能影響水體的滲透效果，若在相對疏松的砂石區域進行振沖擠密，可以將石料和砂礫充分混合后填充，保證填充的密實性。

3.7 施工質量控制

①施工過程質量控制。在針對地基進行振沖加固處理的過程中，需要對施工用水量進行嚴格控制，避免水量不足引發的塌孔等質量問題。應該對水壓進行嚴格控制，水壓的調節需要結合施工現場土壤的性質進行，例如，在該工程中，地基土體的強度相對較小，需要適當減小水壓，如果是高強度土體，則需要增大水壓；②施工質量檢查。在完成振沖加固處理約30d后，施工單位和監理單位需要安排專人做好施工質量的檢查驗收，要求抽檢數量不能低于樁體總數的2%。完成地基加固處理后，可以通過靜載試驗的方式，對樁體的施工質量進行檢驗，確保基礎施工能夠很好地滿足水工建筑的整體要求。

3.8 加固效果分析

對加固效果進行靜載荷試驗，通過振沖施工前后不同靜載荷下的位移，對地基加固程度進行檢測。靜荷載分布設置為0～900kPa，每次以100kPa遞增，結果如表1所示。

表1 振沖施工前后靜荷載試驗

位移和靜荷載承載力的大小表現為線性變化，施工前靜荷載從400kPa增長到500kPa時，位移出現了較大的變化，表明此時靜荷載位移處于突變點。之后靜荷載的增長表現平穩，表明振沖加固后，地基的穩定性可以得到保障。對比施工前后，地基的承載力得到顯著提升，可以滿足工程實際需求[8]。

4 結 語

總而言之，在水工建筑物設計中，應用振沖加固技術對地基進行處理，，可以顯著提高地基的穩定性和承載能力，保證建筑整體的施工效果。在實踐中，施工單位需要切實做好前期施工準備工作，結合現場地質勘察數據，對振沖加固技術進行合理應用，將技術的優勢充分發揮出來，切實提高水工建筑地基的承載能力和穩定性，滿足建筑地基使用的現實需求，實現對于水力資源的開發利用，繼而帶動區域經濟的快速發展。