振沖碎石樁在水庫除險加固中的應(yīng)用

張守成，曹玉娜，楊繼亮

（1.山東省水利工程局，山東 濟南 250013；2.龍口市水利局，山東 龍口 265701）

1 概述

1.1 工程概況

山東臨朐縣大關(guān)水庫位于臨朐縣大關(guān)鎮(zhèn)大關(guān)村南，濰河支流汶河上游，汶河與唐家河的匯流口處，是一座集防洪為主，兼顧灌溉發(fā)電、養(yǎng)殖相結(jié)合的中型水庫。水庫正常蓄水位240.50m，興利庫容825萬m3；死水位233.30m，死庫容307萬m3。大壩主壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程251.10m。目前存在問題：主壩壩基粗砂及上游砂殼相對密度小，標準貫入擊數(shù)低，主壩上游坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求；在地震作用下主壩上游砂殼、壩基砂層存在液化的可能，威脅大壩安全。鑒于此，經(jīng)經(jīng)濟技術(shù)比較，采取振沖碎石樁加固結(jié)合拋石壓重的工程措施以徹底解決安全隱患保證大壩安全。

1.2 振沖碎石樁加固機理

振沖法是一種有效的地基處理方法。振沖碎石樁加固是利用振沖器水平振動和高壓水的共同作用，在碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、淤泥土等土層中成孔，然后在孔內(nèi)分批填入碎石或卵石等粗料粒成樁，通過在地基中形成密實樁體和擠密作用，與原地基構(gòu)成復(fù)合地基，從而達到提高地基承載力減少建（構(gòu)）筑物沉降量，提高土石壩（堤）體及壩基的穩(wěn)定性，消除可液化土液化的目的。

1.3 振沖碎石樁設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)狀，在大壩上游壩坡樁號0+020～0+620,加固深度為高程233.3～248.45m范圍內(nèi)采用了振沖碎石樁，其布置形式為三角形布置，排距2.6m,孔距3.0m（如圖 1示）。

圖1 振沖樁布置剖面示意圖

1.4 技術(shù)參數(shù)的確定

振沖碎石樁施工前，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況選擇有代表性的地段進行工藝試驗，取得各項技術(shù)參數(shù)，以確保大面積施工質(zhì)量。

本工程選擇兩個試驗區(qū)，每個區(qū)樁數(shù)10根，以不同的數(shù)據(jù)進行試驗，試驗樁的樁距、樁長、布置形式均按設(shè)計要求進行。通過試驗后綜合分析評定，確定施工技術(shù)參數(shù)如下：造孔電流為 40～120A，水壓為 0.4～0.6MPa；密實電流為 80～100A，水壓為 0.2～0.6MPa；留振時間為 8～10s；振密段長度為 50cm，樁徑為 0.8～1.0m。在施工作業(yè)面以下1.0m范圍內(nèi)，振沖器應(yīng)多振壓幾次，以確保樁頭質(zhì)量。

2 施工工藝

2.1 主要機械設(shè)備的選擇

振沖器：BJ-75型 75kW1臺 ；汽車吊：16t1輛；裝載機：ZL-30 1臺；自卸車：1輛；高壓水泵 2臺、泥漿泵2臺；電氣自動控制箱：（電流表150A、電壓表 500V）1套。

2.2 施工步驟

2.2.1 場地清理與修筑施工平臺

施工前清除施工范圍內(nèi)高空和地表障礙物，達到施工要求。由于本工程在水庫大壩上游壩坡施工，需修筑工作平臺，以利于吊車就位。工作平臺位置根據(jù)設(shè)計圖紙及吊車的回旋半徑確定；工作平臺的寬度應(yīng)大于吊車和運料機械通行寬度之和，以滿足施工過程中上料機械的通行；工作平臺應(yīng)力求平整，以利于吊車的行走和就位穩(wěn)固，確保樁位的準確性。

2.2.2 測量放線

恢復(fù)控制線，測量修筑平臺后的斷面高程，放出排水溝及集水坑的位置，做好排水系統(tǒng)，確保施工過程排水暢通。根據(jù)設(shè)計尺寸及布置形式繪制碎石樁施工平面圖，按樁位圖準確放出樁位并編號。

2.2.3 技術(shù)交底

現(xiàn)場技術(shù)人員向工段和班組長進行書面技術(shù)交底，內(nèi)容包括施工方法、技術(shù)資料、質(zhì)量與安全措施等，以防止質(zhì)量、安全事故的發(fā)生。

2.3 振沖碎石樁施工工藝

2.3.1 施工工藝流程

孔位定點→吊車、振沖器就位→開啟水泵啟動振沖器→振沖器貫入地層至設(shè)計深度→提升振沖器清孔→下入填充料并自下而上分段振密至地面→全孔加固結(jié)束成樁→轉(zhuǎn)移孔位。

2.3.2 造孔

在完成測量放線、吊機就位并將振沖器起吊對準樁位后即可開始造孔。開啟高壓水泵（調(diào)整水泵壓力為0.4～0.6MPa）供水后，啟動振沖器，待振沖器運轉(zhuǎn)正常后，使振沖器徐徐貫入土中，下降速率控制在0.5～2.0m/min，到達設(shè)計加固深度時，造孔終止。振沖器每貫入1～2m孔段，應(yīng)記錄一次造孔電流、水壓和時間。

2.3.3 清孔

造孔結(jié)束后，當(dāng)孔內(nèi)泥漿濃稠或孔口窄小時，則需清孔。將振沖器提出孔口或需要清孔的位置，再下放振沖器，如此一兩次，使孔內(nèi)泥漿變稀孔口擴大，清孔結(jié)束。

2.3.4 填料振密制樁

清孔后調(diào)整水壓在0.2～0.6MPa之間，向孔內(nèi)傾倒部分石料，每次填料厚度不大于50cm,根據(jù)孔內(nèi)石料沉降情況提升或下降振沖器以加速石子沉落到孔底,然后將振沖器沉入填料中進行振密制樁，待達到規(guī)定的振密電流和留振時間后，將振沖器上提30～50cm，如此反復(fù)，逐段填料加密至孔口，制樁完成。振密段長度控制在30～50cm，記錄好各段深度的填料量。

2.4 主要工序質(zhì)量控制措施

2.4.1 碎石填料質(zhì)量控制

為保證樁體的質(zhì)量，碎石料最大料粒徑控制在10cm,含泥量≤5%,無風(fēng)化、無污染、新鮮性能穩(wěn)定的硬質(zhì)碎石，采用連續(xù)級配，并按規(guī)范要求進行抽檢,所用填料必須符合設(shè)計規(guī)范要求。

2.4.2 造孔質(zhì)量控制

造孔是保證施工質(zhì)量的首要條件，偏差必須符合規(guī)范要求。振沖器尖端噴水中心與孔位中心偏差不大于5cm，成孔中心與設(shè)計定位中心偏差小于10cm,造孔深度不應(yīng)淺于設(shè)計深度以上0.3～0.5m，造孔完成后的樁頂中心與定位中心偏差不大于樁孔直徑的0.2倍。造孔時振沖器應(yīng)保持懸垂狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)振沖器偏離樁位應(yīng)及時調(diào)整，其偏斜不大于樁長的3%。造孔速度、水壓嚴格按試驗取得的參數(shù)控制。

2.4.3 清孔質(zhì)量控制

造孔完成后即可清孔。振沖器在孔內(nèi)上下提拉1～2次，直至振沖器在孔內(nèi)順直通暢或漿液變稀為止，清孔應(yīng)清到孔底。

2.4.4 樁體振密質(zhì)量控制

振密是振沖法施工的關(guān)鍵工序，振密標準采用振密電流、留振時間、加密長度三個指標控制。振密電流、留振時間采用電氣化自動控制系統(tǒng)控制，并及時檢查其準確性。為保證振密長度的準確性，在振沖器導(dǎo)管上焊上以1.0m或0.5m為刻度的標志，使操作人員能較準確的掌握處理深度及加密段的長度。填料量反映了土的特征，當(dāng)填料量與規(guī)定數(shù)量有較大差距時，可調(diào)整技術(shù)參數(shù)，確保工程質(zhì)量。振密必須從孔底開始，逐段向上填料振密，中間不得漏振，在施工作業(yè)面以下1.0m范圍內(nèi)，振沖器應(yīng)多振壓幾次，以確保樁頭質(zhì)量。

施工過程中由專人填寫施工記錄表，對成樁過程的各項數(shù)據(jù)務(wù)必填寫詳細，完整、真實、準確、清晰。

3 振沖加固效果檢測

本工程質(zhì)量委托山東省水利工程檢測中心進行檢測，進行了樁體密實度和樁間砂殼密實度檢測。按規(guī)范要求，選取了總樁數(shù)的 3%對樁體進行了重型（2）動力觸探跟蹤檢測，平均灌入10cm的錘擊數(shù)均大于5擊，符合設(shè)計要求。對樁間砂殼的擠密效果進行了取樣跟蹤檢測，經(jīng)試驗相對密度均大于0.75，符合設(shè)計要求。