振動水沖法在粘土心墻砂殼壩加固工程中的應用

劉堅榮

【摘 要】早在上個世紀70年代，振動水沖法就已經(jīng)在我國水利工程中得到應用。振動水沖法應用的目的主要是為了增加地基的承載力，避免地基出現(xiàn)不均勻沉降，在水利工程中，這種方法具有施工方便、工程成本低、施工效果好等特點，是一種快速、經(jīng)濟、有效的加固方法。本文就振動水沖法在粘土心墻砂殼壩加固工程中的應用進行分析，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】粘土心墻；砂殼壩；振動水沖法；應用

由于中國地震災害相對比較頻繁，所以我們在建設土木工程的過程中必須要求工程具有較高的抗震能力，尤其是水利工程，如果施工人員沒有對水利工程設計抗震能力，那么當發(fā)生地震災害時，水利工程就會影響到大范圍，威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。然而在我國大多數(shù)水利工程中，很多都是粘土心墻砂殼壩。在對這種壩體結(jié)構(gòu)施工過程中，由于受到當時條件的影響，導致工程的施工質(zhì)量不合格，抗震能力達不到要求，尤其是在上游的浸潤線區(qū)域，當發(fā)生地震時，壩基的水流就會瞬間提升，從而導致壩殼砂土無法穩(wěn)定，最終導致質(zhì)量問題以及安全事故的發(fā)生。據(jù)此，我們在這種水利工程中應用了振動水沖法進行加固，通過實踐證明，這一技術(shù)可以節(jié)省工程成本，縮短了工程的施工工期，保證了工程的使用質(zhì)量以及使用壽命。由此看來，在砂殼壩中采用振動水沖法是當前又一加固措施。

1.振沖加固機理

在砂殼壩中采用振動水沖法，其工作原理是：首先采用振沖器對工程進行振動與射水，使壩基孔洞中的填料就會逐漸液化，這樣也就可以加快振沖器的下沉。另外，施工人員還需要將相應的填料記入孔壁，并且通過相應機械來對其進行振動，這樣一方面可以擴展填料的液化區(qū)域，另一方面還可以將填料均勻，然后重新排列，提高填料的密實度。在實際工作中，我們可以將加固過程分為三個階段：振擠、浮擠以及固結(jié)。在振沖過程中，振擠與浮擠都是在同一個環(huán)節(jié)完成，其中在對壩基造孔的過程我們稱之為振擠，而對孔洞進行振動過程也就是浮振與振擠的共同作用；當完成振動之后，我們需要使孔洞進行固結(jié)。在整個工作中，砂殼壩的工作效果直接取決于振沖器的工作效果、填料的質(zhì)量、施工質(zhì)量等。

2.振沖區(qū)的確定及設計

在對砂殼壩上游進行振沖加密的過程中，我們不需要考慮壩體的深度以及橫斷面，只需要在易于液化的部位進行加密施工，這種施工同樣能夠設計工程的抗震能力，并且設計非常合理，達到了要求的穩(wěn)定性。當施工單位制定好了所要加固的密實度之后，工程師需要采用有限元分析法來計算工程加固后的動力，這一結(jié)果可以當作最后的驗收標準。此外，工程師還可以采用圓弧滑動法來測定砂殼壩的穩(wěn)定性。如果檢測結(jié)果沒有達到設計的要求，那么工程師必須要適當?shù)恼{(diào)整加固區(qū)域，直到壩體結(jié)構(gòu)符合要求為止。

在采用振動水沖法之前，工程師必須要對振沖法進行合理的設計，在設計過程中，工程需要將振沖器、孔距、施工方法、施工工藝、填料的質(zhì)量等要素進行綜合分析。

振沖設計主要包括：振沖機具的選擇、振沖孔距的確定、振沖施工方法確定、振沖施工工藝確定、振沖填料的要求、壩殼本身的地質(zhì)情況以及施工質(zhì)量的控制等。由于工程相對比較特殊，在設計孔距時不僅需要參考相關(guān)資料確定，更需要對工程進行全面分析，在加固工程開始之前，工程師還應該抽樣進行試驗，這樣才能夠保證實際工程達到設計的要求，如果出現(xiàn)誤差，工程師必須要進行適當?shù)恼{(diào)整，已達到設計要求，滿足工程的使用質(zhì)量。

3.振動水沖法施工

3.1施工設備

振動水沖法施工的主要機械除振動器外，還有吊車、高壓水泵及配電盤等配套設備。

3.2施工工序流程

測量定樁位一振沖器對位一鉆進振沖到設計標底一邊提升振動器邊加料一樁體完成。

3.3施工質(zhì)量控制

a.振沖器定位時其偏差應小于5cm，貫入時，導管傾斜度應小于20，大于20時就要重新貫人造孔。

b.貫人造孔時下噴水口水壓應控制在300～400kPa（視加同深度和地質(zhì)情況而定），如電機電流上升到接近額定電流以上時，應立即停止貫人，并適當加大下噴水口壓力，同時上下起落振沖器，待電流正常后，再繼續(xù)貫入。

c.振沖器貫人到距預定孔深0.3m左右時，應減小下噴水口壓力，同時增大上補水1：1流量，保證孔內(nèi)有充足的水源，以便使砂土在振動力作用下有充足的液化條件，以免影響加固效果。

d.進行填料振密時，應逐段提升、逐段振密，確保留振時間。

e.填料時應在振沖孔四周均勻填料，使之塞滿振沖器四周，以免振沖器偏移?！晏盍纤玫牟牧虾嗔恳∮?%，其有效粒徑D10要不小于0.4mm，其中粒徑大于2mm的礫石含量不超過5%。

4.工程施工

4.1施工設備選擇

根據(jù)工程防滲段的地質(zhì)條件，決定采用多頭小直徑水泥土薄墻工藝。最終檢測采用探坑取樣室內(nèi)試驗及大地雷達檢測方法或建設單位認可的其他檢測方案。其設備選用sJ。_500Ⅱ型多頭小直徑深層攪拌截滲樁機。

4.2施工方法

a.制漿站（第一攪）按照設計水灰比0.9：1.1.3：1配制并攪拌成水泥漿，水泥漿應隨配隨用。

b.用泵把配制好的水泥漿輸送到儲漿罐（第二攪），同時樁機就位調(diào)平。

c.從地面放線定位開挖的槽溝攪拌下沉，同時開啟輸漿泵，輸送漿液至設計樁底高程，定位攪噴3s，然后提升至設計樁頂高程即地面，此過程以地面微微泛漿為最好，否則就調(diào)配漿液水灰比或調(diào)整下沉和提升的速度。

d.關(guān)閉攪拌機械，完成一個單元墻體的施工。

e.向前水平移動，移下底盤對樁位，使前一單元墻體和后一單元墻體的最后一個樁搭接100mm，調(diào)平重復上述護e步驟。

5.指標控制

在施工中應嚴格控制以下指標：

a.混凝土固化劑。主劑一般采用325號、425號普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，水泥摻人量（占天然土重的百分比）一般為8%～15%。

b.混凝土水灰比?？筛鶕?jù)地質(zhì)報告反映的土層性質(zhì)、土的孔隙率、孔洞裂隙情況、土層含水量及室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)初步確定，然后再根據(jù)現(xiàn)場施工情況修正，一般來說水灰比為0.5～2.0。

c.鉆頭直徑。根據(jù)樁深、墻厚及垂直度的要求，可選220。632mm。

d.搭接長度。設計要求的樁與樁之間搭接長度應不小于50mm，隨墻深增加應增加搭接長度。

e.垂直度。施工前應使樁機水平，使鉆桿保持垂直，垂直度誤差不大于11300。

6.結(jié)語

在實際工作中，我們將這種方法運用在多個水利工程中，通過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，這種方法的加固效果良好。近年來，由于振動水沖法具有防滲效果好、成本低、適用范圍廣等特點，因此受到業(yè)界人士的廣泛關(guān)注與青睞。隨著社會的發(fā)展以及技術(shù)水平的不斷提高，相信這種方法還會根據(jù)工程的不同特點不斷改革與完善，實踐證明，這種方法的發(fā)展前景極為廣闊。

【參考文獻】

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