振沖砂樁加固技術(shù)在全祿水庫(kù)施工中的應(yīng)用

宋前軍

(江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，223001，淮安)

振沖砂樁加固技術(shù)在全祿水庫(kù)施工中的應(yīng)用

宋前軍

(江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，223001，淮安)

振沖砂樁加固技術(shù)是較理想的土石壩加固措施。以廣東中山市全祿水庫(kù)施工為例，分析振沖砂樁在水庫(kù)大壩施工中的運(yùn)用及對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制和質(zhì)量檢驗(yàn)情況。實(shí)踐運(yùn)用說(shuō)明振沖砂樁不僅可以提高壩基土的密實(shí)度、增強(qiáng)壩基復(fù)合地基承載力，而且可以在砂樁內(nèi)形成地下水通道、提高壩基抗“液化”性能，為水庫(kù)長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

振沖砂樁；加固；大壩施工；全祿水庫(kù)；應(yīng)用

水庫(kù)大壩基礎(chǔ)處理的方式多種多樣，振沖砂樁加固法不僅具有施工簡(jiǎn)便、效果可靠、工期短、成本低及環(huán)境污染少等突出優(yōu)點(diǎn)，而且因使壩基相對(duì)密度大大提高而加強(qiáng)壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，所以振沖砂樁加固技術(shù)是較理想的土石壩加固措施?，F(xiàn)以中山市全祿水庫(kù)施工為例，分析探討振沖砂樁在水庫(kù)大壩施工中的運(yùn)用。

一、工程概況

全祿水庫(kù)工程位于廣東省中山市大涌鎮(zhèn)以西2 km石龍山上?？値?kù)容196.18萬(wàn)m3，有效庫(kù)容187.51萬(wàn)m3，最大壩高 28.50 m，大壩軸線長(zhǎng)度515.60 m，是一座以抗咸為主、兼顧防洪的?。?）型新建水庫(kù)工程。工程主要由庫(kù)區(qū)、大壩、溢洪道、放水建筑物、上壩公路、水庫(kù)管理用房等部分組成。本工程大壩基礎(chǔ)采用振沖砂樁進(jìn)行加固處理。中標(biāo)價(jià)為484.599 38萬(wàn)元，工期9個(gè)月；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為合格。

設(shè)計(jì)勘探資料反映壩址區(qū)壩基地層結(jié)構(gòu)由上而下為：黏土、黏土質(zhì)礫、坡織土、全風(fēng)化巖等，其中表層黏土全部清除，黏土質(zhì)礫、坡織土、全風(fēng)化巖為持力層。該區(qū)的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10 g。為了防止壩基在地震時(shí)發(fā)生“液化”使大壩失穩(wěn)而失事，有必要對(duì)壩基采用振沖砂樁加固，即在壩基中沖孔回填砂礫料，形成良好的排水通道，抗御地震“液化”破壞，保證大壩安全、可靠。

二、振沖砂樁的工作原理及工藝參數(shù)

1.施工原理

振沖砂樁施工流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)放樁位→樁機(jī)就位→沉管到設(shè)計(jì)高程→填砂→沖水密實(shí)→振拔管、填料→孔口投料密實(shí)→移機(jī)檢測(cè)。

擠密砂樁法是以振動(dòng)的方式成孔，成孔后在孔中灌填中粗砂密實(shí)而成直徑較大的樁體，利用橫向擠密作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少，而且孔隙被填滿和壓緊。樁體具有較高的承載力，群樁的面積約占加固面積的15%，以致樁和原土組成復(fù)合地基，達(dá)到加固的目的；土中水分可以通過(guò)砂樁流入砂石墊層排走，防止土體液化；在外加預(yù)壓力作用下，軟土中孔隙水壓能較快地消散，從而加快地基沉降固結(jié)速度，提高土的固結(jié)度，增大地基承載力和抗震性能。

2.施工工藝參數(shù)

砂樁處理區(qū)域位于大壩壩基，平均設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)10 m，樁徑為800 mm，間距2.25 m，樁頂高程為10.5～15.8 m，樁位呈梅花形布置。采用樁機(jī)起吊型號(hào)為ZCQ-75的振沖器，用裝載機(jī)配合人工向樁內(nèi)進(jìn)行填料。

砂樁施打工程量55 610 m，樁底穿透淤泥層進(jìn)入中砂層或粉質(zhì)黏土層 50 cm，材料采用中粗砂，大于0.75 mm顆粒含量宜占總重的50%以上，含泥量應(yīng)小于5%，滲透系數(shù)大于0.05 mm/s，施工過(guò)程中樁孔內(nèi)填料量初步按樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)應(yīng)不小于1.5。 施工過(guò)程中砂樁垂直偏差小于1%，樁位偏差小于 50 mm，造孔速度控制在2 m/min內(nèi)，振沖后樁基檢驗(yàn)數(shù)量大于樁數(shù)的0.5%。

三、施工方法

1.施工準(zhǔn)備

（1）平整場(chǎng)地

振沖砂樁前，測(cè)量人員測(cè)放出壩基施工范圍，邊線向外放2 m，然后清除壩基范圍內(nèi)障礙物，繼續(xù)整平、初步碾壓，場(chǎng)地平整度、壓實(shí)度滿足機(jī)械施工的要求；同時(shí)合理布置施工機(jī)械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場(chǎng)地的“三通一平”滿足施工要求。

（2）材料檢驗(yàn)

振沖砂料進(jìn)場(chǎng)前，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)批次、數(shù)量及檢驗(yàn)方法對(duì)砂進(jìn)行含泥量、級(jí)配檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)場(chǎng)。振沖砂采用淡水中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.8以上，含泥量小于3%。

（3）機(jī)械設(shè)備

振沖砂樁采用振動(dòng)沉管樁機(jī)，認(rèn)真選型，合理安排機(jī)械進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行組裝、調(diào)試，檢查到場(chǎng)樁機(jī)各項(xiàng)性能，保證運(yùn)轉(zhuǎn)良好。樁機(jī)采用JZB4-5液壓步履式樁機(jī)，內(nèi)置平底活頁(yè)式樁尖，并設(shè)有二次投料口。采用ZCQ-75型振沖器。

（4）人員及技術(shù)

項(xiàng)目部組織進(jìn)場(chǎng)施工人員學(xué)習(xí)施工技術(shù)文件，進(jìn)行安全、技術(shù)培訓(xùn)，并對(duì)砂樁施工安全、技術(shù)要求進(jìn)行交底，使所有參加施工人員明確砂樁施工內(nèi)容、具體操作規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、糾正措施等要求。

（5）工前試樁

施工前進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)定在壩區(qū)中線兩側(cè)。先選取10根樁進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，然后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、密實(shí)度試驗(yàn)，合格后檢驗(yàn)和確定砂樁成樁施工方法、填砂量、拔管速度、留振時(shí)間、留振最大電流等關(guān)鍵工藝參數(shù)，制定實(shí)施性《振沖砂樁施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員及技術(shù)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)。本工程試樁采用的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.放線定位

項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)業(yè)主代表、設(shè)計(jì)及監(jiān)理聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)和書(shū)面交樁，并經(jīng)過(guò)聯(lián)合復(fù)測(cè)無(wú)誤后，用全站儀測(cè)放出控制網(wǎng)和大壩的縱橫向軸線，按設(shè)計(jì)文件要求測(cè)放出不同加固區(qū)域，在各加固區(qū)上用鋼尺和測(cè)線實(shí)地測(cè)放出砂樁樁位并用紅釬設(shè)立標(biāo)記，一樁一簽，保證樁孔中心移位偏差小于50 mm。

3.樁機(jī)就位

將調(diào)試好的樁機(jī)移動(dòng)到備打位，對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對(duì)中，調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿與樁位一致，偏差應(yīng)在10 mm以?xún)?nèi)，鉆孔垂直度誤差小于0.3%；調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；校驗(yàn)鉆桿長(zhǎng)度，并用紅漆在鉆桿上標(biāo)注深度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

4.沉管到位

啟動(dòng)振沖器電機(jī)，振動(dòng)樁管，使樁管緩慢下沉至設(shè)計(jì)深度。樁管下沉入土后，嚴(yán)格控制沉入深度，確保達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。樁管下沉過(guò)程中，沿導(dǎo)向架并始終保持同導(dǎo)桿平行，如發(fā)生樁管偏斜須及時(shí)扶正樁管。

5.樁管灌砂

樁管插入到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，采用間隔法上料。上料時(shí)，嚴(yán)格控制灌砂量，按照計(jì)算灌砂量的1.5倍進(jìn)行灌入控制。在拔管過(guò)程中不斷進(jìn)行補(bǔ)充砂料，直至灌滿樁管。

6.沖水振密

為使填砂密實(shí)，采用沖水法，即向管內(nèi)填砂的同時(shí)向管內(nèi)充水。當(dāng)樁管接近地面時(shí)，停止充水。

表1 試樁成果參數(shù)

7.振管投料

填滿砂料后，首先把樁管提高1 m左右，樁端合頁(yè)自動(dòng)打開(kāi)，樁管內(nèi)砂料在自重的作用下流入孔內(nèi)。留振30 s后，觀察料斗中砂料變化情況，確定合頁(yè)是否打開(kāi)，如砂料不減少，繼續(xù)向上提升振動(dòng)樁管，到合頁(yè)打開(kāi)為止。邊開(kāi)振動(dòng)器振動(dòng)邊緩慢提升樁管，提升速度為1 m/min。節(jié)奏控制在0.5 m/L，留振30 s；擠壓時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)，以樁管難以下沉為準(zhǔn)。邊振動(dòng)邊加水，不斷補(bǔ)充砂料，如此反復(fù)升降樁管，直到樁管口到孔口附近。在此過(guò)程中要控制成樁樁頂高程，控制灌砂量滿足設(shè)計(jì)要求，即實(shí)際灌砂量不小于計(jì)算值的150%。

8.沉管出孔

經(jīng)檢測(cè)，在樁頂高程及實(shí)際灌砂量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，提升樁管離開(kāi)樁孔。

9.孔口投料

當(dāng)樁管出孔后，砂樁末端約1 m左右未沖滿，采用人工邊向樁內(nèi)投砂邊向樁內(nèi)充水，用振搗棒振搗密實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

10.移機(jī)備打

完成一根砂樁施工后，樁管提至移車(chē)位，樁管尖對(duì)準(zhǔn)下一樁位，準(zhǔn)備下一根樁施工。

四、質(zhì)量控制

為了保證振沖砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合施工規(guī)范、設(shè)計(jì)文件的要求，在砂料進(jìn)場(chǎng)前，按檢驗(yàn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行原材料檢驗(yàn)，要求為級(jí)配良好的中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.8以上，其含泥量不大于3%。檢驗(yàn)數(shù)量上，同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格且連續(xù)進(jìn)場(chǎng)的砂料，每3000m3為一批，不足3 000 m3按一批計(jì)。

①施工順序及總體部署。總體施工分 4個(gè)施工區(qū)，左右壩肩處、壩基橫軸線兩側(cè)各一個(gè)施工區(qū)。采用4臺(tái)樁機(jī)同時(shí)施工，從壩基縱軸線開(kāi)始向兩側(cè)方向推進(jìn)，采用 “間隔跳打”法施工，即先打第一排樁，接著向前推進(jìn)隔一排打第三排樁，然后再退回一排打第二排樁，依此類(lèi)推。

②樁長(zhǎng)控制。振沖砂樁前，用紅漆在樁管上做好滿足設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的高度控制線，作為施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員控制標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格控制樁頂高程和樁底高程，確保樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求，全部貫穿液化土層。

③嚴(yán)格控制砂樁施工質(zhì)量“三要素”。留振時(shí)間、密實(shí)電流和填料量是砂樁質(zhì)量控制三要素。

留振時(shí)間控制。留振時(shí)間是振沖器提升一段距離后停住，保持振動(dòng)所需要的時(shí)間。留振時(shí)間與振沖器提升和下降的速度有關(guān)，上升或下降速度越快，留振時(shí)間越長(zhǎng)。留振時(shí)間以密實(shí)電流是否達(dá)到規(guī)定值進(jìn)行控制。施工中嚴(yán)格控制留振時(shí)間在30 s，振沖器提升速度控制為1 m/min，下降沖孔速度為2 m/min。

密實(shí)電流控制。密實(shí)電流是指振沖器停止下沉或提升，固定于某一點(diǎn)振動(dòng)一定時(shí)間后，振沖器上所指示的穩(wěn)定的電流值，這一穩(wěn)定電流代表填料的密實(shí)程度。在施工中嚴(yán)格控制在80～120 A。

填料量控制。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件規(guī)定的“充盈系數(shù)應(yīng)不小于1.5”的規(guī)定要求進(jìn)行控制?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)立地磅，嚴(yán)格控制每根砂樁的用砂量。施工中按10%數(shù)量抽查計(jì)算砂樁的灌砂量。

④樁管垂直度控制。在依靠樁機(jī)自身進(jìn)行垂直度控制外，施工時(shí)在樁機(jī)一側(cè)且平行于樁管的位置，設(shè)立樁管垂直度觀測(cè)架，以便隨時(shí)校正樁管豎直度。

表2 砂樁參數(shù)控制

⑤硬土層或孤石的處理。在砂樁施打時(shí)，如遇硬土層或孤石，首先立即停機(jī)并留振1 min，然后在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，接著考慮在鄰位樁上進(jìn)行變更處理。

⑥密實(shí)度控制。嚴(yán)格控制每段砂樁的留振時(shí)間，正常在30 s；嚴(yán)格控制留振電流，正常為55A；嚴(yán)格控制沖水量，確保沖水充足；嚴(yán)格控制每樁實(shí)際用砂量，確保充盈系數(shù)。成樁達(dá)到規(guī)定的靜置時(shí)間后采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)砂樁進(jìn)行密實(shí)度檢測(cè)，檢測(cè)頻率為砂樁總量的2%，隨機(jī)抽查砂樁的連續(xù)性和完整性。

⑦斷樁控制。要嚴(yán)格按試樁確定的工藝性技術(shù)參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度、留振時(shí)間、留振電流，采用“先反插后提管”的方法防止塌孔、縮孔卡管活頁(yè)打不開(kāi)等現(xiàn)象發(fā)生。

⑧做好現(xiàn)場(chǎng)施工記錄。對(duì)粒料粒徑、含泥量、樁位、樁長(zhǎng)、樁徑、樁距、垂直度、填料量、沖水量、留振時(shí)間、留振電流進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，定機(jī)定人，現(xiàn)場(chǎng)管理人員24 h跟機(jī)作業(yè)，要求一樁一編號(hào)、一樁一張記錄單，記錄項(xiàng)目要齊全，字跡清楚，不得隨意涂改，保證每顆樁原始記錄真實(shí)，并按規(guī)定要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)成樁進(jìn)行全程控制，確保成樁質(zhì)量。砂樁的間距、樁徑、垂直度允許偏差及檢驗(yàn)方法見(jiàn)表2。

⑨卡、堵管處理?？ü軙r(shí)，及時(shí)整修樁管活頁(yè)，使活頁(yè)開(kāi)啟靈活。為防堵管，可以在樁管就位時(shí)，采用在管底預(yù)鋪砂料的方法，防止淤泥擠入樁底活瓣縫隙；雨天施工，因料場(chǎng)砂料含水量較大，樁管內(nèi)的砂容易在激振力作用下達(dá)到密實(shí)而不易下落料，所以應(yīng)每次少加料，常提升振動(dòng)樁管防止堵管，及時(shí)清除裝載機(jī)中的泥團(tuán)。

⑩表層處理。在全部樁施工完以后，對(duì)壩基深度0.5～1.0 m范圍內(nèi)樁頂進(jìn)行二次整平、振動(dòng)碾壓處理。

五、振沖砂樁質(zhì)量檢驗(yàn)

1.技術(shù)文件查驗(yàn)

施工過(guò)程中及完工后，對(duì)振沖砂樁的下列資料進(jìn)行查驗(yàn)：①制樁記錄及制樁一覽圖，仔細(xì)核對(duì)留振時(shí)間、填料量、振密電流、樁長(zhǎng)、樁位、樁徑等資料；②查驗(yàn)總的來(lái)料量，以便核對(duì)樁的實(shí)際用料量資料；③對(duì)填料的材質(zhì)進(jìn)行必要的強(qiáng)度、級(jí)配與含泥量試驗(yàn)。以上查驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

2.現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)與測(cè)試

①在查驗(yàn)施工記錄基礎(chǔ)上進(jìn)行如下查驗(yàn)：實(shí)地測(cè)量樁位、樁長(zhǎng)、樁徑，對(duì)偏樁、漏樁采取有效的補(bǔ)救措施；必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖，查驗(yàn)樁徑、填料、密實(shí)度。查驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)局部樁頭部位有缺陷，經(jīng)復(fù)打、補(bǔ)樁等措施達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

②現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。采用灌砂法或環(huán)刀法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的密實(shí)度測(cè)試，也可用標(biāo)貫和靜力觸探進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)選擇有代表性的或土質(zhì)較差的部位。測(cè)點(diǎn)放在樁與樁中心或振沖點(diǎn)與振沖點(diǎn)的中間處。檢驗(yàn)點(diǎn)為100～200顆樁選取1～2孔，總數(shù)不得少于3孔。

本工程的所有砂樁、樁間土及復(fù)合地基經(jīng)委托第三方檢測(cè)全部合格，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

責(zé)任編輯 張瑜洪

Application of sand vibroflotation piles for strengthening of dam in Quanlu Reservoir//

Song Qianjun

Sand vibroflotation piles can be used for strengthening of earth and rockfill dam.Taking Quanlu Reservoir in Zhongshan of Guangdong Province as an example,performance evaluation of sand vibroflotation piles in terms of quality control and inspection during the process of reservoir construction were carried out.It is demonstrated that sand vibroflotation piles can ensure safe and long-term operation of the reservoir,as it not only increases the density of dam foundation soil and bearing capacity of composite foundation,but also has an“anti-liquefaction”function by forming underground passage within sand pile.

sand vibroflotation piles;strengthening;dam construction;Quanlu Reservoir;apppliction

TV697.32

：B

：1000-1123（2017）08-0056-03

2017-03-18

宋前軍，工程師。