淺談?wù)駴_碎石樁加固軟基試驗與應用

張 國 慶，　陸 世 彪，　王　舜，　劉　寧

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，四川 成都　611130)

淺談?wù)駴_碎石樁加固軟基試驗與應用

張 國 慶，陸 世 彪，王舜，劉寧

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，四川 成都611130)

摘要：振沖碎石樁加固軟土地基形成復合地基，以提高其承載力，增強整體穩(wěn)定性，減少沉降量，同時還能顯著增強其抗震能力。以西藏多布水電站泄洪閘地基處理工程為例，介紹了振沖碎石樁加固軟土地基的現(xiàn)場試驗，并對加固效果進行了檢測分析和探討。

關(guān)鍵詞：振沖碎石樁；軟基；應用；多布水電站

1概述

多布水電站為西藏自治區(qū)“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃重點項目，是尼洋河綜合治理與保護控制性工程，電站位于西藏自治區(qū)林芝縣境內(nèi)，距林芝地區(qū)行署所在地八一鎮(zhèn)約28km，川藏公路從左岸通過，交通相對便利。

該工程的主要任務(wù)為在保護生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，以發(fā)電為主，兼顧灌溉，采用閘壩式開發(fā)方案。工程樞紐主要由河床砂礫石復合壩、左岸泄洪閘、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。壩頂高程為3 079m，最大壩高27.5m。電站裝機容量為4×30MW，單機引用流量206m3/s，4臺機共引水824m3/s。電站屬Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震設(shè)防烈度亦為Ⅶ度。

左岸壩段結(jié)構(gòu)物下部主要由沖積含礫粗中細砂層、沖積含塊石砂卵礫石層、沖積中細砂層以及冰水堆積含塊石砂卵礫石層等組成，級配差且與地表潛水、承壓水貫通，水量豐富，滲透壓力非常大。其中泄洪閘等建筑物基礎(chǔ)存在中粗砂層，厚度為18m左右，該層承載力為300～350kPa，需要采用振沖碎石樁進行加固作為安全儲備，總工程量約8 400m。

壩址區(qū)地貌表現(xiàn)為“峽谷”地形特征，河流流向為NE66°，主流偏左岸，河谷呈“U”形，平水期河水位高程為3 054～3 056m，水深約3～4m，谷寬158～187m。

主要發(fā)育有現(xiàn)代河谷Ⅲ級階地，峽谷進出口發(fā)育漫灘及Ⅰ級堆積階地。左岸山頂高程為4 935m，相對高差1 880m；基巖多分布在高程3 200m以上并構(gòu)成高山斜谷地貌。右岸為一凸向左岸的條形山梁，呈“鼻狀”，即臨河側(cè)山體相對寬厚，向內(nèi)側(cè)逐漸縮窄。

壩址區(qū)以燕山晚期——喜馬拉雅期二長花崗巖(γ35-6)和第四系(Q)地層為主，左岸上游出露有二疊系上統(tǒng)(P2)地層。

壩址區(qū)河床和左岸階地均為覆蓋層，河床區(qū)深厚覆蓋層厚度為52.6～190m，整體呈左岸厚、右岸薄特征，基巖頂板以40°左右坡度由右岸斜插向左岸。左岸臺地覆蓋層厚度變化范圍為251.2～359.3m，平均厚度為300.5m。基巖頂板高程變化范圍為2 730.9～2 830.2m，由左岸向右岸略有變高趨勢，基巖面凸凹不平，左岸臺地中部位置出現(xiàn)了兩個較深凹溝，推測為古河道。左岸覆蓋層厚度超過350m，為巨厚層覆蓋層。

2設(shè)計參數(shù)

設(shè)計要求復合地基承載力特征值為400kPa；現(xiàn)場生產(chǎn)試驗的單樁載荷試驗承載力特征值為750kPa：采用含泥量小于5%的卵礫石等硬質(zhì)材料，不使用已風化及易腐蝕、軟化的石料。填料粒徑宜為20～80mm，最大粒徑不大于100mm。填料級配經(jīng)現(xiàn)場試驗確定，不宜使用單級配填料，填料應為良好級配。

3現(xiàn)場試驗

3.1試驗樁參數(shù)及布置

現(xiàn)場振沖碎石樁布置1個試驗區(qū)，試驗樁按4根×5根布樁，共布置20根試驗樁進行振沖填料加密試驗，將試驗區(qū)由第六閘室調(diào)整至第一閘室，孔距調(diào)整為2.5m，孔徑為1.26～1.38m，等邊三角型布置(圖1)。

3.2試驗工藝

表1　振沖試驗施工技術(shù)參數(shù)表

圖1　振沖碎石樁平面及檢測點布置示意圖

振沖碎石樁施工主要是利用ZCQ-132振沖器的振動和水沖、風沖成孔，填以砂卵石骨料，借振沖器的水平振動振密填料，形成碎石樁體，與周圍土構(gòu)成復合地基，提高承載力達到加固的目的。

(1)場地平整及放線定位。

對場區(qū)地表進行平整與清理，同時查清可能存在的地下或地上障礙物并做相應的清理處置，以免發(fā)生事故。確?，F(xiàn)場施工道路的通暢，對振沖供水管路、電纜、排污溝、集污坑、碎石料場、照明設(shè)施等進行合理、統(tǒng)一的布置。

場地平整后，由測量人員根據(jù)控制點進行現(xiàn)場放線，建立現(xiàn)場施工控制網(wǎng)。振沖施工樁位本著邊施工、邊布設(shè)、邊校核的原則進行，所有施工孔位均進行統(tǒng)一編號。施工前，用測量儀器放出每一根樁的中心點位置。樁位標識采用插小木棍的方式，可以避免施工過程中出現(xiàn)漏振、錯振、重復振的現(xiàn)象。

(2)振沖器造孔。

該試驗制樁采用排打法施工，吊車就位時保證平整穩(wěn)固，確保施工中不發(fā)生傾斜、位移。然后起吊振沖器對準樁位，開啟供水泵，待振沖器下端噴水口出水后啟動振沖器。施工前，對振沖施工機具進行試運行，檢查水壓、電壓和振沖器空載電流是否正常。

將振沖器緩慢、穩(wěn)妥地吊起，對準樁位緩慢下降振沖器至離地面30cm以內(nèi)，啟動空壓機供風，啟動清水泵供水，待振沖器下端射水口出水的水壓、水量達到穩(wěn)定時啟動振沖器，拉緊防扭繩索。待振沖器內(nèi)的偏心塊達到額定轉(zhuǎn)速時，下放振沖器，使其貫入土中進行造孔。

造孔過程中，振沖器始終保持懸垂狀態(tài)，以保證垂直成孔。當電流值超過電機額定電流時，減速或暫停振沖器下沉或上提振沖器，待電流值下降后再繼續(xù)向下造孔。

由于該地層滲透性強，砂層本身不液化，施工至6～8m，10～12m時常遇孔口不返水現(xiàn)象，故在振沖器導桿上加了4根φ40水管以加大供水量，直至孔口返水正常，確保造孔成功。

(3)填料。

造孔及清孔后即用裝載機向孔內(nèi)填料。每一振沖點所需的填料量根據(jù)地基土要求達到的密實程度和振沖點間距通過現(xiàn)場試驗確定。為了能順利地填入、振密，填料不宜過猛，每批不宜加填太多，遵循“少吃多餐”的原則。

(4)振密。

依靠振沖器的水平振動力，將填入孔中的石料不斷擠向側(cè)壁土層中的同時擠密填料，直到滿足設(shè)計要求。樁體加密質(zhì)量采用加密電流、留振時間、加密段長度作為控制標準。

用無線振沖施工監(jiān)控儀和電流控制柜同時對加密電流和留振時間進行監(jiān)視并隨時進行調(diào)控。

加密自孔底開始，逐段向上。振沖器每次上提30～50cm，逐段做好振密搭接，以防漏振。

4試驗成果分析

4.1樁體試驗成果

本次試驗設(shè)振沖樁20根，實際完成工程量為318m，共完成填料410.2m3，成樁平均直徑為1.28m。

表2　試驗樁成果統(tǒng)計表

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出：

(1)試驗樁樁徑為1.26～1.38m，滿足設(shè)計1.2m樁徑的要求；

(2)造孔時間為1.65～7.75h，主要體現(xiàn)在造孔功效低；

(3)由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)致密，造孔電流一般為130～200A,對振沖器電機損壞較大，經(jīng)常出現(xiàn)電機燒壞現(xiàn)象；

(4)由于砂層本身不易液化，故在造孔過程中，為了成孔，在施工導桿外加了4根40mm直徑的水管，1根40mm直徑的風管，以確保造孔質(zhì)量。

4.2試驗檢測成果

根據(jù)規(guī)范要求，在試驗樁施工完7～15d后，在原位進行了以下檢測項目：復合地基承載力檢測1個點、單樁承載力檢測1個點、樁間土承載力檢測1個點、單樁重型動力觸探1個、樁間土重型動力觸探和樁間土標貫試驗1個點等六項質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果表明：單樁豎向承載力特征值為942kPa(圖2)，復合地基承載力特征值為451kPa(圖3)，淺層平板載荷p-s曲線見圖4，樁間土承載力特征值為380kPa；檢測結(jié)果還表明，碎石樁樁體連續(xù)，結(jié)構(gòu)密實，質(zhì)量良好。

5結(jié)語

根據(jù)對多布水電站泄洪閘壩基采用振沖碎石樁加固的現(xiàn)場試驗結(jié)果和隨后進行的大面積加固實踐可以得出以下結(jié)論：

(1)采取132kW振沖器對處理該砂層、提高該砂層承載力至設(shè)計值總體上是可行的。

(2)根據(jù)試驗檢測結(jié)果判定，采取孔距2.5m，等邊三角形布置施工是滿足設(shè)計對復合地基和單樁承載力要求的。

(3)因地層中砂卵石層結(jié)構(gòu)面與設(shè)計值有所出入，導致部分孔在振沖造孔過程中出現(xiàn)了滯樁現(xiàn)象，故未能達到設(shè)計孔深。

(4)由于地層上部漏失量大，既便造孔過程中未遇到砂卵礫石層，但因造孔過程中不返水，極易抱管，導致振沖器設(shè)備埋在孔內(nèi)，故需采取外加水管等有效措施進行處理。

(5)由于該砂層不易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，故造孔過程中需要采取大水量配合風壓將孔內(nèi)廢渣沖出孔外，才能確保造孔成功。

圖2　單樁豎向靜載試驗p-s、s-lgt曲線圖

圖3　單樁復合地基靜載試驗p-s曲線圖　　　　　　　圖4　淺層平板載荷沉降p-s曲線圖

(6)因采取風沖造孔，造孔孔徑均達1.26m以上，故填料量比設(shè)計量高出很多。

(7)根據(jù)試驗過程資料看，該地層在7.3～9m之間、10.5m以上存在砂卵石夾層，并且水量漏失嚴重，故需采取重復、來回慢速造孔進行處理，但振沖功效極低，成樁時間一般為1.65～7.75h，需要增加人員和設(shè)備投入。

(8)對試驗造孔過程中的電流與標貫取芯資料進行分析得知，該地層含有砂卵石夾層，而且砂卵石厚度不均勻，甚至在不同深度存在個別塊石，很難造孔至設(shè)計深度，最終決定采用電流進行樁深控制，如電流達180A以上并持續(xù)半小時未有振進趨勢，終孔并制樁。

(9)由于該工程對砂層承載力特性要求較常規(guī)高，故建議在類似施工過程中，造孔采取風壓、水壓聯(lián)動施工并備用外加水管，以確保造孔過程中的水壓、水量、風壓等指標滿足施工需求。

張國慶(1977-)，男，山西河涇人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

陸世彪(1986-)，男，貴州都勻人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

王舜(1981-)，男，重慶長壽人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

劉寧(1981-)，男，河北石家莊人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0026-04

中圖分類號:TV553;TV52;TV53+8.3;TV223;TU472

文獻標識碼:B

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