振沖碎石樁施工工法在吉牛水電站首部樞紐中的應用

歐陽偉生

（湖南水利水電工程監理承包總公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概述

吉牛水電站位于大渡河一級支流革什扎河流域丹巴縣境內，由閘壩首部樞紐、22 km長引水系統、廠房樞紐工程組成。其中，閘壩首部樞紐建筑物包括左岸進水口、沖沙閘、泄洪閘和右岸擋水壩，閘壩壩頂高程為2 380.00 m，最大壩高23.00 m。

首部樞紐基礎地質情況：閘壩地基出露的基巖為震旦系下統變粒巖，并夾有云英片巖，巖層總體產狀N20～40、E/SE∠30～50，與河谷大角度相交，傾向下游偏右岸。變粒巖單層厚度一般大于2 m，具中細粒結構，厚層～塊狀構造，礦物成分主要為石英、長石及少量黑云母。閘壩區域基礎覆蓋層較厚，根據鉆孔資料最大覆蓋層厚度達80.80 m，且巖層結構較為復雜，自下而上劃分為4層，具體情況為：第①、②層均為礫石層，分別夾帶泥卵石和漂砂卵石，第③層為細砂層，上部地層③-2為中細砂含礫、下部地層③-1為粉細砂；第④層為礫石層，含漂砂卵石。

為有效提高閘壩地基承載力、減小建筑物沉降量，消除地基液化等問題，首部樞紐工程基礎處理設計采用振沖碎石樁，平均樁長23 m，共有樁數1 436根。振沖碎石樁現場布置呈等邊三角形，設計成樁直徑0.9 m，樁體間距2.0 m，碎石樁深入到巖層第③-1層底部。

2 振沖碎石樁施工

2.1 施工準備

1）施工現場總體規劃：全面規劃布置場內施工交通、施工排水、棄料場、沉淀池與清水池，同時做好現場照明設施，保證夜間連續施工。

2）場平：振沖碎石樁施工前先進行場地平整，根據“寧填勿挖”的原則進行，全面清除地面較為堅硬固體物，方便鉆孔設備順利鉆進。

3）場地清理：主要采用推土機、裝載機進行，在機械無法作業的區域采用人工挖除，現場清理應滿足振沖碎石樁樁頂設計標高。

4）現場測量與樁位布置：根據設計詳圖，現場繪制樁位測量布置圖，提交監理復核同意后，進行正式的施工測量布樁。同時，對每個測量定位的樁位按圖編號，并做好樁位標識。

5）技術交底。施工前，在現場施工準備工作基本就緒的條件下，技術負責人應把設計技術要求對現場施工人員進行班前培訓，落實各項技術質量保證措施。

2.2 振沖碎石樁施工工藝（圖1）

圖1 施工工藝流程

2.3 單孔振沖碎石樁施工

2.3.1 沖擊鉆引孔

1）按施工圖紙放線確定的樁位埋設護筒，注意護筒埋設安裝的現場環境條件，及時與工作平臺固定，避免坍孔時護筒沉落或發生偏斜；護筒埋設好后，鉆機就位。根據批準的實施方案，護筒高1.5 m，直徑為1 m，護筒埋深1.3 m，頂部高出地面0.2 m；護筒中心與樁位中心的偏差應控制在5 cm以內。

2）泥漿制備。泥漿制備采用泥漿攪拌機攪拌，泥漿比重控制在1.1～1.25。

3）引孔。根據現場地質情況，鉆孔采用CZ-30型沖擊鉆機引孔，當引孔鉆機穿透閘壩基礎下方約21 m處的漂木層后，換用ZCQ-130振沖器進行引孔施工。鉆進過程中，應認真做好各項鉆孔過程記錄，及時與設計提供的勘探資料比對。若發現現場實際地層與設計資料不一致時，及時書面報請監理工程師，明確處理措施。

2.3.2 振沖器引孔與驗收

沖擊鉆引孔到位后，挪移沖擊鉆后立即進行振沖器引孔，引孔時按試驗確定的參數控制好水壓、水量及貫入速度。在引孔過程中，振沖器每貫入1～2 m，即記錄好該段的電流、水壓和時間；當引孔接近樁孔設計深度時，適當減小射水壓力，保持振沖器適當停留在孔底，直到貫入到設計終孔孔深。組織聯合驗收，檢查孔位、孔深、孔徑、孔斜合格后，實施清孔，清除孔內石渣，以確保工序施工質量。

2.4 填 料

填料采用級配良好的碎石，其飽和抗壓強度大于40 MPa，含泥量不大于3%，且無腐蝕性，填料粒徑控制在20～150 mm之間。填料時，采用強迫填料法，自下而上分段實施，邊振邊填；填料過程中保持小水量補給，滿足填料為飽和狀態的要求。注意：填料前應保證振沖器能貫入到原拔起前深度，防止漏振；填料過程中，沿孔口四周均勻下料，防止樁體傾斜，并嚴格控制每次加料數量，以不超過成樁0.5 m為宜。

2.5 振 密

樁體密實度直接關系到成樁的質量。振沖樁的密實度一般以振沖電機工作時顯示的電流作為控制標準。本工程采用ZCQ-130振沖器，加密電流90～180 A，留振時間10～12 s，加密段長度0.2～0.5 m。根據上述控制標準，從孔底開始逐段進行振密施工，直到設計壩基開挖高程以上1.0～1.5 m。

2.6 振沖記錄

在振沖施工過程中，要求全程準確記錄好各時段、各工序的施工記錄，包括電流值、水壓和時間；填料每上升0.5 m，分段記錄好填料量、振密電流、水壓，做到記錄完整、真實、清晰。

3 質量標準與控制

3.1 振沖碎石樁施工質量標準

在施工過程中，應隨時檢查振沖器的性能，包括電流表、電壓表的靈敏度；全程檢查振密電流、供水壓力、供水量、填料量、孔底留振時間、振沖點位置、振沖器施工參數等。其質量檢查標準見表1。

表1 質量檢查標準

施工完成后，由監理指定部位進行地基承載力試驗檢驗。

3.2 振沖碎石樁施工質量控制

3.2.1 造孔質量控制

造孔施工工序質量控制主要包括孔位、孔斜、孔徑、孔深的控制，嚴格按程序辦事。其中：孔位中心根據首部樞紐控制網及其控制基準，精準測量放樣，確定孔位，經業主、監理、設計、施工四方聯合檢驗后格后方可開始造孔。

振沖器造孔過程中，應保證振沖器始終處于自重懸垂狀態，避免造成孔斜；為保證孔徑質量，振沖器應做到下振、上提重復2～3遍以達到擴孔目的。為保證孔深質量，在振沖器導管上每隔1 m用電焊做一標記，便于及時判斷是否達到設計孔深，最終保證導管上部露出地面在1 m以上。

3.2.2 制樁質量控制

影響制樁質量的因素主要包括水壓、加密電流、填料量和加密段長度。

在造孔的過程中，根據土質和強度確定水壓和水量，同時保證孔內充滿水，防止塌孔。在接近孔底時，降低水壓，防止樁底以下的土層受到沖擊破壞。在填料振密過程中宜采用比較小的水壓和水量。

加密電流是指振沖器在規定的留振時間內，電流穩定于某一數值，該電流即作為填料密實度的加密電流，當這一穩定電流數值超過規定的加密電流時，該段樁體才能判斷為加密施工完畢。

在填料過程中，人工作業，均勻下料，不宜過猛過急，嚴格控制加密段長在30～50 cm，以保證樁體密實度滿足設計要求。

3.2.3 振沖樁施工過程與質量檢查驗收

1）施工方法選擇。在施工過程中，根據實際施工設備情況，進行了兩種方案的試驗比較：

一是采用“130 kW直接振沖法”試驗：在試驗孔附近任意選點進行振沖試驗，共試驗12個孔，振沖造孔至5～6 m，結果無法貫入，振沖器劇烈跳動，電流過大。試驗結果表明采用“直接振沖”的方法無法貫穿第④層。

二是采用“沖擊鉆造引孔后振沖”的方案施工。選用CZ-30A型沖擊鉆機，開孔直徑85 cm，孔位偏差不超過5 cm，孔深達到地基③層底部或穿過振沖器無法穿透的部位；孔斜率不超過1%，具體的施工情況見表2。

表2 造孔施工記錄表

通過比較，選定“沖擊鉆造引孔后振沖”的方案施工，施工完成后進行試驗檢測。

2）質量檢查檢測主要結論如下：

根據動力觸探和標貫試驗結果，振沖碎石樁在設計深度范圍內均勻性較好，密實度滿足設計要求。

根據單樁豎向抗壓靜載荷試驗和超重型動力觸探檢測結果，單樁豎向承載力特征值≥700 kN，壓縮模量≥60 MPa。

根據復合地基的計算結果，樁距2.0 m的復合地基承載力為（368～369）kPa>300 kPa；壓縮模量為（25.4～25.6）MPa>25 MPa；復合地基抗剪強度為：φsp=31.8°～31.9°>25°，在VII度地震條件下近震、遠震均不液化，滿足設計要求；樁距2.5 m的復合地基承載力為（311～326）kPa>300 kPa；壓 縮 模 量 為（18.4～19.6）MPa＜25 MPa；復合地基抗剪強度為：φsp=31.5°～32.0°>25°，在VII度地震條件下近震、遠震均不液化，滿足設計要求；樁距3.0 m的復合地基承載力為（267～269）kPa＜300 kPa；壓縮模量為（15.9～16.1）MPa＜25 MPa；復合地基抗剪強度為：φsp=29.8°～30.1°>25°，在VII度地震條件下近震、遠震均不液化，滿足設計要求。

4 結論

吉牛水電站閘壩壩基采取振沖碎石樁處理完成后，通過14組樁體超重型動力觸探試驗、14組樁間土標貫試驗及5組復合地基靜載試驗等多種檢測方法，分別對單樁的承載力和復合地基的承載力、抗液化等指標進行了檢測。

檢測結果表明：振沖碎石樁的密實度達到設計要求密實狀態，在設計深度范圍內，樁體均勻性較好；樁間土標貫擊數均大于Ⅶ度地震液化標準貫入錘擊數臨界值。靜載試驗成果及原位測試結果表明復合地基承載力>350 kPa，滿足設計要求。最終，振沖碎石樁在吉牛電站閘壩、廠房地基處理中得到了全面的應用。