某電站淤泥質(zhì)壤土與含塊碎石土振沖施工對比

李慶躍 盧 偉 李延剛

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

仁宗海水庫電站是田灣河流域梯級開發(fā)的龍頭水庫電站，工程規(guī)模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等，堆石壩建筑物級別為2級。壩頂高程2 934.00 m，最大壩高約56 m，壩頂長度 830.85 m，壩頂寬度8.00 m。

1.2 壩基工程地質(zhì)條件

仁宗海堆石壩壩基河床覆蓋層最大深度148 m，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自下而上可分為7層，其中與壩基振沖處理有關(guān)的主要是第⑥層含塊碎(卵)礫石土和第⑦層灰色淤泥質(zhì)壤土。第⑥層:含塊碎(卵)礫石土，系干溝洪積物()，分布于河床左岸上部和右岸淺表，揭示厚度8.20 m～30.60 m，頂面埋深0 m～9.2 m。偶有砂層透鏡體，其性狀與第④層的透鏡體類似。顆分試驗(yàn)資料表明，以碎(卵)礫石為主，約占71.7%，塊石占13%，粘粒含量占1.9%，粉粒占 5.9%，小于 5 mm 占18.6%，有效粒徑2.3 mm，平均粒徑42 mm，不均勻系數(shù) Cu=26.96，曲率系數(shù)Cc=1.01，屬不良級配土，天然密度1.95 g/cm3～ 2.39 g/cm3，平均2.25 g/cm3，孔隙比0.152～ 0.548。

該層粗顆?；拘纬晒羌?，力學(xué)性能較好，局部具架空現(xiàn)象，考慮到試驗(yàn)的代表性，結(jié)合土體結(jié)構(gòu)特征、顆粒級配等，類比其他工程經(jīng)驗(yàn)，建議承載力[R]=0.4 MPa～0.6 MPa，變形模量 E0=30 MPa～ 50 MPa，滲透系數(shù) K=2.1×10-2cm/s～ 2.6×10-3cm/s，屬中等～強(qiáng)透水。

1.3 試驗(yàn)背景及目的

對壩基采用振沖碎石樁進(jìn)行處理的方案，處理深度到承載力較高的第⑥層土頂部。

由于需要處理的區(qū)域大部分在水面以下，在施工過程中，需要回填出施工工作面。在仁宗海區(qū)域適合且充足的回填料只有干溝洪積物第⑥層含塊碎(卵)石土，因此采用第⑥層含塊碎(卵)石土對處于水下的施工區(qū)域進(jìn)行回填。這樣就在振沖處理區(qū)域形成了自上而下回填層(第⑥層土)—第⑦層—第⑥層的情況。施工中出現(xiàn)填料量比預(yù)期情況少的現(xiàn)象，因此施工中組織專題試驗(yàn)對回填區(qū)域施工進(jìn)行研究。試驗(yàn)?zāi)康娜缦?1)分析回填區(qū)振沖施工中填料量偏小的原因。2)研究第⑥層、第⑦層在回填區(qū)的分層界限。3)分析第⑥層、第⑦層的施工特點(diǎn)。4)定性評價(jià)施工質(zhì)量，指導(dǎo)施工。

2 試驗(yàn)組織和實(shí)施

1)試驗(yàn)組織。試驗(yàn)前成立試驗(yàn)管理組織結(jié)構(gòu)，編制詳細(xì)試驗(yàn)施工方案，保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。試驗(yàn)從2005年11月16日開始到11月22日結(jié)束，為期一周。

2)試驗(yàn)區(qū)域選定。按照能反映地層差異特點(diǎn)原則，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，選擇4個(gè)施工區(qū)域作為試驗(yàn)區(qū)域，在試驗(yàn)中根據(jù)具體情況兼顧其他區(qū)域。

3)試驗(yàn)施工參數(shù)。采用BJ-75 kW電動(dòng)振沖器施工;空載電流45 A;加密電流100A;留振時(shí)間15 s;加密段長30 cm～50 cm。

4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。去掉由操作、卡孔等原因造成的異常數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本試驗(yàn)共詳細(xì)記錄振沖碎石樁施工過程情況94根，動(dòng)力觸探(N120)6根。根據(jù)現(xiàn)場記錄的數(shù)據(jù)，依據(jù)統(tǒng)計(jì)原則，統(tǒng)計(jì)分析出振沖樁施工在不同深度段的速度(造孔、加密)、特征電流(造孔、加密)、填料量、動(dòng)力觸探擊數(shù)等數(shù)據(jù)見表1。

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總表

3 分層情況及各層施工特點(diǎn)

3.1 分層情況

1)主要地層分界。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)收集到的數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場觀察孔內(nèi)返漿顏色和返漿量變化情況，并結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告分析，試驗(yàn)施工代表的大部分區(qū)域，回填第⑥層厚度大約在3.0 m～8.0 m～10.0 m(個(gè)別地方可能達(dá)到10 m);8.0 m以下直到設(shè)計(jì)深度或者設(shè)計(jì)深度2.0 m～3.0 m以上，基本上屬于第⑦層淤泥質(zhì)壤土;在設(shè)計(jì)深度以下或設(shè)計(jì)深度以上2.0 m～3.0 m范圍內(nèi)，屬于第⑥層，局部屬于第⑤層或第④層(見圖1)。

2)造成回填第⑥層厚度不均的原因?；靥顚雍癖〔痪?，除因第⑦層土天然沉積厚度變化外，主要受到振沖泥漿排放淤積以及回填倒料方式兩個(gè)因素的影響。在施工過程中，受施工場地限制，及時(shí)回填的部位，岸邊淤積的第⑦層粉細(xì)顆粒土就比較薄，回填層厚度就厚些;回填不及時(shí)的部位，岸邊泥漿排放淤積時(shí)間比較長，淤積的土層就厚，回填層就薄些。在汽車回填倒料時(shí)，運(yùn)料車直接將料倒進(jìn)水邊，將排漿所淤積土和河床底淤積層沖擊排擠走，回填層厚度就厚些;運(yùn)料車將料倒在岸上，再由推土機(jī)推進(jìn)水中的回填料擠淤效果就不太好，回填層就薄些。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，回填層較厚的部位，在6.0 m～8.0 m～10 m是回填層土與河床淤泥質(zhì)土混合層。

3.2 各層施工特征

3.2.1 回填第⑥層含塊碎(卵)石土

1)電流:造孔電流普遍較高，一般都在90 A以上，最高可達(dá)150 A以上。在比較厚的區(qū)域，造孔深過5.0 m后電流略有降低，但仍能達(dá)到70 A～95 A，相對還是較高。加密電流普遍比較高，一般情況下能達(dá)到110 A～140 A。2)成樁速度:造孔速度較慢，一般為5 min/m～6 min/m，個(gè)別有大石頭的或者石料含量比較高的部位時(shí)間更長。相反，加密的速度則相當(dāng)快，一般均小于1 min/m。3)填料量:填料量相對來說比較小，一般在 0.5 m3/m～0.8 m3/m。4)動(dòng)力觸探(N120):振沖處理后動(dòng)力觸探擊數(shù)較高，一般在15擊～50擊。

3.2.2 第⑦層土

1)電流:造孔電流普遍在50 A～70 A，很少有超過70A的。加密電流一般在90 A～100 A，很難繼續(xù)升高。2)成樁速度:造孔速度一般比較快，加密速度相對來說就比較慢，有的1 m需要十幾分鐘甚至更長的時(shí)間。3)填料量:比較多，每根樁的60%～80%的填料都用在該段位上。平均每米一般能達(dá)到1.2 m3～2.5 m3，個(gè)別的更多。4)動(dòng)力觸探(N120):樁體的動(dòng)力觸探擊數(shù)普遍低于回填的第⑥層。

3.3 設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高位置或以上2.0 m～3.0 m

1)電流:造孔電流有兩種情況，第一種，造孔到該部位后比較高，一般在100 A～120 A;第二種，到該部位后造孔電流依然很低，在60 A左右。分析原因，第一種情況造孔進(jìn)入該部位比較密實(shí)的土層;第二種情況是由于第⑦層淤泥質(zhì)壤土局部沉積不均勻，沒有達(dá)到密實(shí)層或者是局部大塊石形成架空，電流雖不高但造不下去。該部位加密電流一般比較高，能達(dá)到90 A～130 A，如果是進(jìn)入到密實(shí)層，則一般在110 A～130 A，未進(jìn)入密實(shí)層，則加密電流在90 A～100 A。2)成樁速度:該部位無論是造孔還是加密速度都比較慢。深樁施工提放振沖器阻力比較大，吊車提放速度緩慢;另外進(jìn)入該層因其含石料比較多或者石料粒徑比較大，容易卡孔，速度很慢。3)填料量:該部位靠下的位置樁體加密幾乎不用填料，在振沖器振動(dòng)作用下，碎石含量較高的土層自動(dòng)加密。個(gè)別未進(jìn)入第⑥層的樁體加密則仍需要填料，而且比較多，能達(dá)到 1.2 m3～2.0 m3。4)動(dòng)力觸探(N120):該部位成樁動(dòng)力觸探擊數(shù)比第⑦層淤泥質(zhì)壤土稍高，下部擊數(shù)逐漸更高。

4 結(jié)語

1)從整體上看，進(jìn)入河床回填區(qū)域施工的填料量要小于設(shè)計(jì)填料量。分析原因，主要受回填層和設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高以上2.0 m～3.0 m土層的影響。這兩層含塊碎(卵)石土中碎(卵)礫石約占71.7%，塊石占13%，含石料比較多，在施工中土層能自動(dòng)加密，或者填少量料就可以加密。因此整樁填料量比設(shè)計(jì)少，但是填料的大部分都在第⑦層淤泥質(zhì)壤土，因此在該部位填料量并不少，一般為1.2 m3～2.5 m3。2)根據(jù)施工過程中反映出的電流、時(shí)間、填料量、動(dòng)力觸探等情況，基本上可以判斷回填層厚度一般在3.0 m～8.0 m～10 m。3)在回填層和第⑥層中施工，造孔速度慢，造孔電流高，加密快，加密電流高，填料量較小(甚至可以自動(dòng)加密)，動(dòng)力觸探擊數(shù)高。在第⑦層淤泥質(zhì)壤土中施工，造孔速度快，造孔電流低，加密時(shí)間長，加密電流相對稍低，填料量很大，動(dòng)力觸探擊數(shù)比在回填層稍低。4)從重型動(dòng)力觸探檢測來看，根據(jù)自檢重型動(dòng)力觸探擊數(shù)與原體試驗(yàn)對比以及以往的工程經(jīng)驗(yàn)定性判斷，無論第⑥層(包括回填層)土，還是第⑦層土，振沖處理施工質(zhì)量都比較穩(wěn)定。由于第⑥層(包括回填層)土的各方面物理力學(xué)指標(biāo)都要優(yōu)于第⑦層土，振沖碎石樁成樁的密實(shí)度在該層上要比在第⑦層土中更好。

[1] 趙卯龍.振動(dòng)沉管碎石樁在軟基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(19):92-93.