白溪電站廠房地基振沖法施工

胡 忠 良

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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白溪電站廠房地基振沖法施工

胡 忠 良

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：采用振沖機(jī)具加密地基土或在地基中建造碎(卵)石樁柱并與周圍土體組成復(fù)合地基，以提高地基的強(qiáng)度和抗滑及抗震穩(wěn)定性的地基處理技術(shù)稱為振沖法。采用振沖法對(duì)地基進(jìn)行處理，目前已廣泛應(yīng)用于水利水電、火力發(fā)電廠、公路、鐵路及石油、化工等工業(yè)和民用建筑工程的地基處理，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：白溪電站；振沖法；地基處理；承載力；施工技術(shù)

1工程概述

白溪電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣境內(nèi)的黑水河干流，為河床式電站，共安裝3臺(tái)軸流式機(jī)組，總裝機(jī)容量2.4萬(wàn)kW。

在廠房基礎(chǔ)開挖過(guò)程中，揭示整個(gè)廠房地基土層屬中粗砂，局部為礫砂。由于設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)資料不充分，遂在施工現(xiàn)場(chǎng)采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆探得知砂層厚度為7～8 m，底部為基巖。地基承載力低于設(shè)計(jì)指標(biāo)(fspk≥0.3 MPa)，需要進(jìn)行加固處理。

2處理方案的選擇

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力觸探情況、土層情況、振沖試樁情況、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料及《水利水電工程振沖法地基處理技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，決定對(duì)該工程地基處理加固采用以下方法：不加填料的振沖密實(shí)法與振沖置換法(即振沖碎石樁法)相結(jié)合，并以振沖置換法為輔進(jìn)行地基加固。

3振沖孔的布置與設(shè)計(jì)

該工程采用大面積滿堂處理，樁體布置采用等邊三角形，基礎(chǔ)外布置2排保護(hù)樁。根據(jù)計(jì)算公式：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

式中振沖復(fù)合地基承載力特征值fspk=300 kPa；樁體承載力特征值fpk=600 kPa；振沖處理后樁間土承載力特征值fsk=220 kPa；樁土面積置換率m=(fspk-fsk) /(fpk-fsk)=0.21。計(jì)算公式：

m=D2/De2

式中樁體直徑D=0.9 m；一根樁分擔(dān)的處理地布孔范圍：廠房基礎(chǔ)外延2排。

基面積的等效圓直徑De=1.05S；樁距S=1.85 m；布樁間距S=1.7 m，排距為1.5 m。

振沖處理深度：根據(jù)地質(zhì)情況及基礎(chǔ)埋深，最終確定的振沖處理深度約為6.5 m。

4振沖施工方法

4.1施工準(zhǔn)備

(1)施工場(chǎng)地。

施工場(chǎng)地需要平整，以便于設(shè)備操作施工。將施工大面高程開挖至設(shè)計(jì)建基面高1 m，施工場(chǎng)地四周做好排水溝，確保排水順暢。在施工場(chǎng)地采用竹桿于布孔位置插上作為定位標(biāo)記。將配電柜布置在場(chǎng)地邊緣用于施工用電，采用自動(dòng)控制，人工設(shè)定加密電流值和留振時(shí)間。施工時(shí)，當(dāng)電流和留振時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)。施工用水采用本工程直接引用的施工用水，引水水頭為80 m，水壓力為0.65 MPa。

(2)施工設(shè)備。

本工程需要處理的地基土層為中粗砂且其厚度小于10 m，故選用的設(shè)備為國(guó)產(chǎn)55 kW ZCQ55型振沖器，配備8 t汽車吊和0.8 m3裝載機(jī)輔助施工。ZCQ55型振沖器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

在振沖正式施工前，首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，熟悉并驗(yàn)證設(shè)計(jì)確定的施工工藝和加密技術(shù)參數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)部位選在1#機(jī)組下游側(cè)，共進(jìn)行了3組試驗(yàn)，每組12個(gè)孔。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：平均深度為3.36 m，每孔平均填料1.7 m3，從而推算出孔徑為0.8 m。在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整：施工場(chǎng)地開挖至設(shè)計(jì)建基面以上0.3 m，以達(dá)到最佳的有效造孔深度；布孔間距調(diào)整為1.5 m，排距調(diào)整為1.3 m，以獲得最佳的處理效果；確定造孔和加密之各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

表1　ZCQ55型振沖器技術(shù)參數(shù)表

4.2施工工藝

振沖法施工包括造孔、清孔、填料及加密四道工序。

(1)造孔。

造孔是保證施工質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，造孔施工程序?yàn)椋?/p>

①造孔順序，采用圍打和跳打相結(jié)合的方式進(jìn)行逐步加密施工；

②振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，對(duì)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于100 mm。先開啟壓力水泵，待振沖器末端出水口噴水后再啟動(dòng)振沖器，待振沖器運(yùn)行正常后開始造孔；

③造孔過(guò)程中，振沖器處于懸垂?fàn)顟B(tài)。鑒于振沖器與導(dǎo)管之間有橡膠減震器聯(lián)結(jié)，因此，導(dǎo)管稍有偏斜是允許的，但偏斜不能過(guò)大，以防止振沖器偏離貫入方向；

④在施工過(guò)程中，只宜控制最大造孔速度。本工程將造孔的最大速度控制在≤2 m/min。

(2)清孔。

對(duì)于造孔時(shí)返出的砂較多或孔中有狹窄、縮孔的孔段應(yīng)進(jìn)行清孔。清孔可將振沖器提出孔口或在需要擴(kuò)孔的孔段上下提拉振沖器，使孔口返出的砂量減少，振沖孔應(yīng)順直通暢以利填料沉落。

(3)填料。

填料采用連續(xù)填料方式。在造孔過(guò)程中，將振沖器留在孔內(nèi)，連續(xù)向孔內(nèi)填料，待填料自動(dòng)沉落孔底并被擠密。連續(xù)填料采用裝載機(jī)作業(yè)，人工輔助，做到均勻連續(xù)，由下而上制作樁體直至孔口。

(4)加密。

加密采用填料振沖加密，將填入孔中的填料擠振密實(shí)。振沖法處理采用綜合指標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)控制加密電流、留振時(shí)間與加密段長(zhǎng)度。將加密電流控制在80～90 A，滯留時(shí)間為20 s，水壓控制≥0.6 MPa，水量控制≥15 m3/h，以上四項(xiàng)均同時(shí)滿足時(shí)為最大孔深。

加密時(shí)應(yīng)從孔底開始，逐段向上，中間不得漏振。加密結(jié)束后先停止振沖器運(yùn)行，后停止沖水。

施工過(guò)程中每一孔(樁)都必須有完整的原始記錄，記錄應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、字跡清晰，不得隨意涂改。

5質(zhì)量控制

施工過(guò)程中的質(zhì)量控制要求主要有：樁位偏差、成樁深度、填料質(zhì)量和數(shù)量、施工工藝參數(shù)等。

5.1樁位偏差

若使成樁后的樁位偏差達(dá)到規(guī)范要求，首先在造孔時(shí)要控制孔位偏移。造孔過(guò)程中發(fā)生孔位偏移的原因及糾正方法如下：

(1)振沖器導(dǎo)管上端橫拉桿拉繩的拉力方向或松緊程度不合適而造成振沖器偏移。糾正的方法為調(diào)整拉繩方向和松緊度。

(2)導(dǎo)管彎曲或減振器變形導(dǎo)致振沖器與減振器、導(dǎo)管不在同一垂直線上。糾正的方法為調(diào)直導(dǎo)管、修理減振器或更換導(dǎo)管和減振器。

(3)施工從一側(cè)填料而擠壓振沖器導(dǎo)致樁位偏移。糾正的方法為改變填料方向，從孔的四周均勻加入填料。

(4)制樁結(jié)束發(fā)現(xiàn)樁位偏移超過(guò)規(guī)范或設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)找準(zhǔn)樁位重新造孔，加密成樁。

5.2成樁深度

成樁深度的控制應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)在振沖器和導(dǎo)管安裝完成后，應(yīng)用鋼尺丈量并在振沖器和導(dǎo)管上用紅油漆作出長(zhǎng)度標(biāo)記，以0.2 m為一段，使操作人員據(jù)此控制振沖器入土的深度；

(2)依據(jù)地面高程確定造孔應(yīng)達(dá)到的深度。

5.3填料

5.3.1填料質(zhì)量

(1)填料質(zhì)量應(yīng)符合《水利水電工程振沖法處理地基技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定要求，即骨料宜采用含泥量不大于5%、有一定級(jí)配的卵石，粒徑要求為20～80 mm；

(2)在填料中應(yīng)含一定數(shù)量(一般小于20%)的、粒徑為0.5～20 mm的細(xì)粒料，有利于提高樁體的密實(shí)度和強(qiáng)度。

5.3.2填料數(shù)量

(1)采用裝載機(jī)填料時(shí)，要注意每次鏟斗裝料的多少及其散落在孔外的數(shù)量。

(2)要核對(duì)進(jìn)入施工場(chǎng)地填料的總量和填入孔內(nèi)填料的總量，若發(fā)現(xiàn)后者大于前者時(shí)，應(yīng)檢查施工記錄并妥善處理。

(3)每次填料厚度不大于50 cm。

5.4施工技術(shù)參數(shù)的控制

施工技術(shù)參數(shù)包括加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)、水壓及填料數(shù)量。

施工工藝參數(shù)控制時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)為保證加密電流和留振時(shí)間的準(zhǔn)確性，施工時(shí)應(yīng)采用電氣自動(dòng)控制裝置。在振沖施工過(guò)程中，所設(shè)定的加密電流、留振時(shí)間可能會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)核定和調(diào)整；

(2)施工中應(yīng)確保加密電流、留振時(shí)間和加密段長(zhǎng)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，否則不能結(jié)束一個(gè)段長(zhǎng)的加密；

(3)應(yīng)定期檢查電氣設(shè)備，對(duì)于不合格、老化、失靈的元器件應(yīng)及時(shí)予以更換。

6質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收

6.1復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

(1)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的壓板可以采用圓形或方形，面積為一根樁所承擔(dān)的處理面積。多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的壓板可以采用方形或矩形，壓板面積應(yīng)與試驗(yàn)樁所承擔(dān)的處理面積相同。

(2)壓板底高程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。碎石墊層是復(fù)合地基的組成部分，壓板下應(yīng)設(shè)150 mm厚的碎石墊層和20～40 mm厚的中粗砂找平層。

(3)試驗(yàn)設(shè)備和堆載反力的選擇應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求值的2倍。

(4)試驗(yàn)加荷分級(jí)為8～12級(jí)，總加載量不得小于設(shè)計(jì)要求值的2倍。

(5)每加一級(jí)荷載(Q)，在加荷前后應(yīng)各讀記壓板沉降量(S)一次，以后每隔半小時(shí)讀記一次，當(dāng)1 h內(nèi)的沉降量小于0.1 mm時(shí)，即可加下一級(jí)荷載。

(6)當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止試驗(yàn)：

①沉降量急劇增大，土被擠出或壓板周圍土出現(xiàn)明顯的隆起；

②累計(jì)的沉降量已大于壓板寬度或直徑的6%；

③總加載量已為設(shè)計(jì)要求值的2倍以上。

(7)卸載可分為三級(jí)、等量進(jìn)行，每卸一級(jí)，讀取回彈量，直至1 h內(nèi)的變形量小于0.1 mm。

(8)復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按下列規(guī)定之一確定：

①當(dāng)Q～s曲線上有明顯的比例界限時(shí)，可取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載；

②當(dāng)極限荷載小于比例界限荷載值的2倍時(shí)，可取極限荷載的1/2；

③按相對(duì)變形取值：對(duì)粘性土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土為主的地基可取s/b或s/d=0.015～0.02所對(duì)應(yīng)的荷載值(b和d分別為壓板寬度和直徑)；對(duì)于砂質(zhì)粉土、砂土為主的地基，可取s/b或s/d=0.01～0.015所對(duì)應(yīng)的荷載值。

(9)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)。當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，可取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值。

6.2樁間土載荷試驗(yàn)

(1)樁間土載荷試驗(yàn)宜采用圓形壓板，直徑宜大于500 mm，試坑寬度不應(yīng)小于壓板直徑的3倍。

(2)壓板底高程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，壓板宜嵌入試坑底面100～200 mm，壓板下應(yīng)有20～40 mm厚的細(xì)礫或中粗砂找平層。

(3)試驗(yàn)設(shè)備和堆載荷重的選擇應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求值的2.5倍。

(4)試驗(yàn)加荷分級(jí)為8～12級(jí)，總加載量不得小于設(shè)計(jì)要求值的2倍。

(5)每級(jí)加載后，按10 min、10 min、15 min、15 min讀取一次沉降量。以后為每隔0.5 h讀1次沉降量，當(dāng)連續(xù)2 h內(nèi)每小時(shí)的沉降量小于0.1 mm時(shí)，則認(rèn)為已趨于穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。

(6)當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：

①承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；

②累計(jì)的沉降量已大于壓板直徑的6%；

③在某級(jí)荷載下，24 h內(nèi)沉降速度不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

④總加載量已為設(shè)計(jì)要求的2倍以上。

(7)樁間土承載力特征值的確定：

①當(dāng)Q～s曲線上有明顯的比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；

②當(dāng)極限荷載小于比例界限荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的1/2；

③不能按上述兩點(diǎn)確定時(shí)，對(duì)低壓縮性土和砂土，可取s/d=0.01～0.015時(shí)的對(duì)應(yīng)值，對(duì)于中高壓縮性土，可取s/d=0.015～0.02時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載值。

(8)同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)小于3點(diǎn)、基本值的極差不得超過(guò)平均值的30%時(shí)，取其平均值為樁間土承載力特征值。

7結(jié)語(yǔ)

該工程振沖施工結(jié)束后，對(duì)已振沖部分的地基進(jìn)行了動(dòng)力觸探(50個(gè)點(diǎn))及靜荷載試驗(yàn)(5個(gè)點(diǎn))，試驗(yàn)結(jié)果表明：加固處理后的地基承載力特征值達(dá)至0.3MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

胡忠良(1972-)，男，四川資中人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

由中水五局承建的國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的蓄能電站首臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝成功

10月22日15時(shí)30分，由中水五局制安分局承建的國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站——37.5萬(wàn)千瓦的浙江仙居抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝成功，為實(shí)現(xiàn)2016年1月首臺(tái)機(jī)組發(fā)電奠定了基礎(chǔ)。仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣境內(nèi)，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺(tái)單機(jī)容量37.5萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量150萬(wàn)千瓦，電站年平均發(fā)電量25.125億千瓦小時(shí)，年平均抽水電量32.63億千瓦小時(shí)。該電站機(jī)組目前為國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能機(jī)組。由中水五局承建了該電站4臺(tái)機(jī)組的機(jī)電安裝和大型地下廠房工程。

收稿日期:2015-10-20

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0001-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV52

作者簡(jiǎn)介: