鄧家溝水庫大壩受沖擊成孔樁振動影響研究

胡培良，李愛兵

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012；2. 金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室， 湖南 長沙 410012)

鄧家溝水庫位于貴州省習(xí)水縣境內(nèi)，因修建仁懷至赤水高速公路需要，線路跨水庫修建鄧家溝水庫大橋。該大橋有12個樁基采用沖擊成孔灌注樁施工方案，為研究該施工方法對水庫大壩影響程度，主要采用現(xiàn)場監(jiān)測及理論研究相結(jié)合的方式。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

鄧家溝水庫大橋位于習(xí)水縣桑木鎮(zhèn)森林村，為路線跨越水庫而建設(shè)。橋址區(qū)屬中切壟脊中山地貌，微地貌為寬谷，路線穿越段寬谷呈近南北向展布，寬谷兩岸地形坡度較陡，約30～40°，區(qū)內(nèi)橋軸線經(jīng)過地面最高處標(biāo)高為887.67 m，最低處標(biāo)高為842.507 m，相對高差約為45 m。植被弱發(fā)育。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探揭露及室內(nèi)巖土試驗結(jié)果，勘探深度范圍內(nèi)地層上部主要由第四系坡殘積(Q4el+dl)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥、碎石土、塊石土組成，下伏基巖為奧陶系上統(tǒng)(O1m)灰?guī)r、泥巖，中下統(tǒng)(O2+3)灰?guī)r。第四系土層分布在溝谷及斜坡地區(qū)，厚度較大，主要為第四系坡殘積(Q4el+dl)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥、碎石土、及塊石土，下伏基巖為奧陶系上統(tǒng)(O1m)泥巖、灰?guī)r，中下統(tǒng)(O2+3)灰?guī)r。地層產(chǎn)狀198°∠15°、250°∠20°。依據(jù)其成因類型、地質(zhì)時代、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、風(fēng)化程度及強(qiáng)度差異分為4層。橋址區(qū)地表水發(fā)育，主要為水庫，匯水面積大，路線跨越段水庫寬約120～180 m，水深5 m左右，水量受大氣降水影響。

1.2 項目介紹

橋址區(qū)與鄧家溝水庫大壩較近，位于橋址區(qū)的左側(cè)，最近的直線距離只有37 m左右。

大橋中心里程左線為ZK60+456.0，右線為YK60+469.0，左線起訖樁號ZK60+321.96～ZK60+608.04，全長286.08 m，設(shè)計為7×40 m PC T 梁；右線起訖樁號YK60+343.96～YK60+594.54，全長250.58 m。

其中進(jìn)行沖擊成孔灌注樁施工的12個樁基為Z3#-1、Z3#-2、Z4#-1、Z4#-2、Z5#-1、Z5#-2、Y2#-1、Y2#-2、Y3#-1、Y3#-2、Y4#-1、Y4#-2(見圖1)。樁下基巖均為中風(fēng)化泥巖；該橋其他樁位并不采用沖擊成孔灌注樁施工方式。其中距大壩最近的沖擊成孔灌注樁鉆孔為Z3#-1號樁基。在施工期間，水庫水位已放至排水孔以下，估計深度為1 m左右；沖擊錘質(zhì)量為7～8 t，沖程為2～3 m，泥漿比重為1.05～1.20。

圖1 振動監(jiān)測點(diǎn)及施工樁位

2 監(jiān)測系統(tǒng)測點(diǎn)布置[1-5]〗

本次監(jiān)測采用的儀器為UBOX-5016振動智能監(jiān)測儀，完整的振動監(jiān)測過程可以分為3個部分，分別是測試參數(shù)準(zhǔn)備、現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)回放。

固定測點(diǎn)布置分別在水庫壩頂、水庫壩基臺階以及水庫附近的裸露基巖上，每個測點(diǎn)設(shè)置3個觀測方向，分別用于安裝垂直、徑向和切向3個方向速度傳感器，監(jiān)測鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩的振動影響；并且對水庫大壩周邊采用部分臨時點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，測點(diǎn)具體布置見表1，測點(diǎn)分布實(shí)際照片見圖2。

監(jiān)測點(diǎn)距離Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1具體距離詳細(xì)情況見表1。其中：1號與9號點(diǎn)位于壩體接近中央位置基礎(chǔ)，監(jiān)測壩體中央基礎(chǔ)部分振動情況；2號位于壩體中央上部，監(jiān)測壩體中央上部壩頂處振動情況；4號和5號位于監(jiān)控壩體上部溢水孔處，監(jiān)測上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的振動情況；8號位于該壩體原有裂紋處，監(jiān)測該裂紋處產(chǎn)生的振動情況；6號和7號分別位于壩體兩端，監(jiān)測該大壩兩端振動情況；3號位于接近大壩的裸露基巖處，通過該處監(jiān)測該大壩附近基巖的振動情況。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際布置

監(jiān)測位置至Z3#-1距離/m至Y3#-2距離/m至Y3#-1距離/m168120112266120116388140140466120118566120118692152145787145135871130120966130123

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

3.1 監(jiān)測結(jié)果

沖擊成孔灌注樁施工順序為Y3#-2、Z3#-1和Y3#-1，前期施工為安全起見，先施工距水庫大壩較遠(yuǎn)的樁號，后期為了監(jiān)測需要施工了最近的Z3#-1，從而判斷施工振動對大壩的影響程度。

在Y3#-2施工期間僅布置了1、2、3號監(jiān)測點(diǎn)，在施工過程中，監(jiān)測儀器均為被觸發(fā)，未監(jiān)測到任何振動數(shù)據(jù)。

在Z3#-1施工期間，施工至3 m左右，1、2、3號監(jiān)測點(diǎn)未監(jiān)測到任何振動數(shù)據(jù)。在其施工至6～7 m深時，又相應(yīng)增加了4、5號監(jiān)測點(diǎn)。在沖擊過程中， 4號監(jiān)測點(diǎn)測試到相關(guān)振動數(shù)據(jù)，具體測試數(shù)據(jù)見表2，實(shí)測振動波形及頻譜圖見圖3、圖4。

表2 Z3#-1施工期間監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖3 實(shí)測代表性波形

圖4 實(shí)測代表性頻譜

在Y3#-1施工期間，又增加布置了6～9號監(jiān)測點(diǎn)，在其施工至5 m時均未測試到任何數(shù)據(jù)。

3.2 結(jié)果分析[6-7]

根據(jù)GB6722-2011《爆破安全規(guī)程》、DL/T5333-2005《水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》，對于水庫大壩質(zhì)點(diǎn)振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)參考水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)為：

水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備，質(zhì)點(diǎn)振動峰值速度不大于0.5 cm/s。

根據(jù)表2監(jiān)測結(jié)果，鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩周邊產(chǎn)生的振動速度最大值為0.068 cm/s，均未超過該大壩質(zhì)點(diǎn)振動控制標(biāo)準(zhǔn)(0.5cm/s)，不會對該大壩造成損傷。

3.3 理論對比[7-8]

根據(jù)該項目采用沖擊錘重7～8 t，沖程為2～3 m，泥漿比重為1.05～1.20，從而計算該沖擊錘所做的功最大為：W=204 kJ,僅相當(dāng)于0.058 kg炸藥。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中爆破安全振動安全允許距離：

(2)

式中，R—爆破振動安全允許距離，最近值66 m；

Q—炸藥量，kg；

V—保護(hù)對象振動允許速度，0.5 cm/s；

K、α—與爆破點(diǎn)至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，泥巖為軟巖石，K和α取值分別為300和1.9。計算得：Q=11.8 kg。

按沖擊錘所做功相當(dāng)于0.058 kg炸藥進(jìn)行爆破振動計算得：V=0.017 cm/s，其值也遠(yuǎn)小于0.5 cm/s的允許值。

理論計算同實(shí)際監(jiān)測結(jié)果吻合，監(jiān)測結(jié)果可信。

4 結(jié) 論

通過對鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩的振動監(jiān)測結(jié)果的分析研究，可以得出如下結(jié)論：

(1) 沖擊錘質(zhì)量7～8 t，沖程為2～3 m時，對Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1樁位進(jìn)行沖擊成孔灌注樁施工時，并未觸發(fā)大壩壩體、大壩基礎(chǔ)以及臨近基巖處監(jiān)測儀器，未采集到任何數(shù)據(jù)，故不會對鄧家溝水庫大壩壩體產(chǎn)生損傷。因而在控制沖程以及沖擊錘質(zhì)量不變的前提下，對于其他9個樁基進(jìn)行沖擊成孔灌注樁施工，并不會對大壩產(chǎn)生損傷。

(2) 后經(jīng)過加設(shè)監(jiān)測測點(diǎn)4、5，該Z3#-1樁位沖擊成孔灌注樁施工對水庫大壩上方溢水孔上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動速度最大值為0.068 cm/s，仍未超過水庫大壩質(zhì)點(diǎn)振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)0.5 cm/s，表明Z3#-1樁位沖擊成孔灌注樁施工方式并未對大壩上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生損傷。在增加監(jiān)測點(diǎn)后，Y3#-1號樁施工并未觸發(fā)1～9號所有監(jiān)測點(diǎn)。

因而在控制沖程以及沖擊錘質(zhì)量不變的前提下，對于10個樁基進(jìn)行沖擊成孔灌注樁施工，并不會對大壩上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生損傷。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡 兵，徐 穎.露天礦山深孔臺階爆破振動監(jiān)測與分析[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報，2012，27(2)：92-94.

[2]趙明生，池恩安，魏 興.孔內(nèi)微差起爆降振技術(shù)在路塹開挖爆破中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2013，33(2):118-120.

[3]黃衛(wèi)清，穆大耀，譚俊倫，等.蘭坪鉛鋅礦露天礦爆破震動監(jiān)測與分析[J].礦冶，2012，21(2)：79-83.

[4]譚捍華，孫進(jìn)忠，祁生文.強(qiáng)夯振動衰減規(guī)律的研究[J].工程勘察，2001(5)：11-14.

[5]褚宏憲，史慧杰.強(qiáng)夯振動監(jiān)測應(yīng)用分析[J].物探與化探，2005，29(1)：88-92.

[6]DL/T5333-2005.水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程[S].

[7]GB6722-2011.爆破安全規(guī)程[S].

[8]庫特烏佐夫，等.爆破工程師手冊[M].劉清泉，劉學(xué)山，畢衛(wèi)國.北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.