淺談復(fù)合地基振沖碎石樁施工技術(shù)

郭 浩 東

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談復(fù)合地基振沖碎石樁施工技術(shù)

郭 浩 東

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

豐寧抽水蓄能電站攔沙壩壩基采用直徑1.2 m振沖樁進(jìn)行地基加固以增加其承載力，設(shè)計(jì)要求振沖碎石樁深度進(jìn)入礫石1 m，目前已經(jīng)完成。通過(guò)對(duì)所采用的振沖碎石樁施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，可對(duì)今后類似地層振沖樁施工起到一定的借鑒作用。

復(fù)合地基；振沖碎石樁；施工技術(shù)；豐寧抽水蓄能電站

1 工程概述

河北豐寧抽水蓄能電站下庫(kù)攔沙壩壩軸線位于下水庫(kù)進(jìn)出水口上游，直線距離約1.65 km，壩基為淤泥質(zhì)粉土，采用振沖碎石樁加固處理。在清除設(shè)計(jì)高程以上的淤泥后，為保證施工安全和質(zhì)量，設(shè)計(jì)增加了1 m厚振沖碎石作為施工平臺(tái)，填筑碎石6.9萬(wàn)m3，振沖碎石樁底部與砂卵礫石層相接，深入到砂卵石層1 m。振沖樁樁徑為1.2 m，樁間距為1.5 m×1.5 m，梅花形布置。根據(jù)振沖樁大型荷載試驗(yàn)成果，振沖樁采用20～120 mm級(jí)配碎石，由電站砂石骨料系統(tǒng)集中供料，振沖碎石樁工程量為365 667 m，施工工期為3個(gè)月，需要振沖碎石80萬(wàn)t。

2 振沖樁施工

2.1 供 水

振沖樁施工高峰期最大用水量為160～220 m3/h，振沖施工機(jī)組供水設(shè)備由儲(chǔ)水設(shè)備、水泵、分水盤、壓力表等組成。儲(chǔ)水設(shè)施采用4 m3水箱,分水盤和壓力表的功能為配置水量和水壓。分水盤為三叉式水管結(jié)構(gòu)，主管與水泵出口相聯(lián)，一路叉管與振沖器水管相聯(lián)，安裝壓力表以調(diào)節(jié)供水壓力；一路叉管將多余的水量返回水箱。水源在基坑集水井側(cè)(或河道側(cè))設(shè)置沉淀池，基坑滲水井過(guò)濾沉淀后直接抽用。

2.2 供 電

振沖施工的每個(gè)機(jī)組均包括振沖器、高壓清水泵、排污泵、電焊機(jī)、照明設(shè)備用電等。一套振沖設(shè)備用電量為150 kW左右，因此，根據(jù)施工需要，施工高峰期用電功率約1 650 kW。施工用電分別從攔沙壩左岸和右岸的接入點(diǎn)接入，各機(jī)組配備相應(yīng)的電纜、配電箱、電表等，施工用電獨(dú)立設(shè)置系統(tǒng)，互不干擾。

2.3 施工順序

振沖樁施工工期緊，強(qiáng)度大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)供電要求及后續(xù)施工需要，首先施工攔沙壩軸線上下游各50 m范圍內(nèi)的振沖樁加固處理，以便盡早為防滲墻施工提交施工工作面；同時(shí)，根據(jù)設(shè)備富裕程度及場(chǎng)地布置條件，結(jié)合振沖料供料速度，適時(shí)完成剩余兩側(cè)部分振沖樁的施工。

2.4 主要施工設(shè)備

2.4.1 振沖器

根據(jù)前期試驗(yàn)成果、設(shè)計(jì)要求和地層特點(diǎn)，攔沙壩振沖加固選擇BJ75(功率75 kW)振沖器，其基本性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基本性能參數(shù)表

BJ75型振沖器性能穩(wěn)定、可靠、優(yōu)良。在振沖碎石樁地基施工生產(chǎn)實(shí)踐中，BJ75型振沖器較為常見(jiàn)，工效較快，施工質(zhì)量穩(wěn)定，激振力大，穿透堅(jiān)硬土層的施工能力強(qiáng)，加固后的地基沉降及差異沉降均較小，可滿足施工階段高強(qiáng)度要求。

2.4.2 起吊機(jī)械

起吊力和起吊高度必須滿足施工要求。常用的起吊機(jī)械有汽車吊、履帶吊、打樁機(jī)架和扒桿等。根據(jù)該項(xiàng)目施工樁長(zhǎng)，起吊機(jī)械選用16～25 t汽車吊。

2.4.3 電氣控制設(shè)備

電氣控制裝置除用于施工配電外，還具有控制施工技術(shù)指標(biāo)的功能，即可控制振沖施工中造孔電流、加密電流、留振時(shí)間等。BJ75型振沖設(shè)備采用自動(dòng)方式控制加密電流值和留振時(shí)間，施工過(guò)程中，當(dāng)電流和留振時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)其會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)采用紅燈進(jìn)行警示以指導(dǎo)施工。

2.4.4 填 料

采用1.5～3 m3裝載機(jī)上料。

2.4.5 施工準(zhǔn)備

振沖施工開(kāi)工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行壩基驗(yàn)收，完成1 m厚度的褥墊層回填，將壩基回填至設(shè)計(jì)高程，同時(shí)與監(jiān)理工程師聯(lián)系，確定振沖碎石樁的施工質(zhì)量控制辦法、試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目、試驗(yàn)檢測(cè)程序、頻次等內(nèi)容，將施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃分并測(cè)量放線，確定每臺(tái)振沖器的施工范圍等。

2.4.6 振沖樁施工工序

(1)清理場(chǎng)地，接通電源、水源。

(2)施工機(jī)具就位，起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。

(3)造 孔：

①振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，先開(kāi)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、開(kāi)始造孔時(shí),將振沖器徐徐貫入土中，直至設(shè)計(jì)要求的持力層。

②造孔過(guò)程中振沖器應(yīng)處于懸垂?fàn)顟B(tài)。振沖器與導(dǎo)管之間設(shè)置有橡膠減震器聯(lián)結(jié)，因此，導(dǎo)管有稍微偏斜是允許的，但偏斜不能過(guò)大，以防止振沖器偏離貫入方向；

③造孔的速度和能力取決于地基土質(zhì)和振沖器類型及水沖壓力等，在該淤泥質(zhì)壤土地層中成孔速度較快。

(4)清孔：造孔時(shí)返出的泥漿稠或孔中有狹窄或縮孔地段時(shí)應(yīng)進(jìn)行清孔。清孔時(shí)，將振沖器提出孔口或在需要擴(kuò)孔的洞段上下反復(fù)提拉振沖器，使孔口返出的泥漿變稀，保證振沖孔順直通暢以利填料沉落。

(5)填料加密：采用強(qiáng)迫填料制樁工藝。制樁時(shí)連續(xù)施工，加密從孔底開(kāi)始，逐段向上，中間沒(méi)有漏振。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的加密電流和留振時(shí)間后，將振沖器上提繼續(xù)進(jìn)行下一段的加密。

(6)重復(fù)上一步驟工作，自下而上，直至加密到設(shè)計(jì)要求的樁頂標(biāo)高。

(7)關(guān)閉振沖器，關(guān)水，制樁結(jié)束。

3 振沖施工質(zhì)量保證及預(yù)防措施

施工過(guò)程中質(zhì)量控制的要素主要有：樁位偏差、施工深度、填料量、施工技術(shù)參數(shù)及其在施工過(guò)程中對(duì)樁體密實(shí)度和樁間土加密效果進(jìn)行隨機(jī)抽檢。

3.1 樁位偏差控制

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

①土質(zhì)不均勻，造孔時(shí)向土質(zhì)軟的一側(cè)偏移。

糾正方法：既可使振沖器向硬土一邊造孔，其偏移量的多少在現(xiàn)場(chǎng)施工中確定，亦可在軟土一側(cè)倒入填料以阻止樁位偏移。

②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。

糾正方法：調(diào)整拉繩的方向和松緊度。

③振沖器與導(dǎo)管安裝時(shí)中心線不在垂直線上或?qū)Ч軓澢?/p>

糾正方法：調(diào)整振沖器與導(dǎo)管的中心線在垂直線上，對(duì)彎曲的導(dǎo)管應(yīng)調(diào)直或更換。

④施工時(shí)從一側(cè)填料擠壓振沖器而導(dǎo)致樁位偏移。

糾正方法：改變調(diào)料方向，從孔位四周加入填料。

⑤當(dāng)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。

3.2 樁長(zhǎng)的控制

(1)在振沖器和導(dǎo)管組裝完成后，應(yīng)用鋼尺丈量并在振沖器和導(dǎo)桿上標(biāo)出長(zhǎng)度標(biāo)記，一般0.5 m為一段，操作人員據(jù)此控制振沖器的入土深度。

(2)應(yīng)了解地面高程變化情況，依據(jù)地面高程確定應(yīng)造孔的深度。

(3)施工中地面下沉或淤積抬高時(shí)，對(duì)振沖器入土深度要做相應(yīng)調(diào)整，以確保成樁長(zhǎng)度。

3.3 填料量的控制

(1)一定要注意每次裝載機(jī)鏟斗裝料的多少及散落在孔外的數(shù)量。

(2)要核對(duì)進(jìn)入施工場(chǎng)地的填料總量和填入孔內(nèi)填料的總量。

3.4 施工技術(shù)參數(shù)控制

施工技術(shù)參數(shù)有：加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)度、造孔水壓、加密水壓及填料數(shù)量。

當(dāng)采用加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)度為綜合指標(biāo)時(shí)，填料數(shù)量受上述指標(biāo)所約束。

施工技術(shù)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，施工中采用了電氣自動(dòng)控制裝置。在振動(dòng)條件下使用，所設(shè)定的加密電流值、留振時(shí)間和加密段時(shí)間可能發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)調(diào)整；

(2)確保加密電流、留振時(shí)間和加密段長(zhǎng)度達(dá)到要求，否則不能結(jié)束一個(gè)段長(zhǎng)的加密；

(3)振沖器的空載電流由于某種原因會(huì)有一定的波動(dòng)?？蛰d電流的控制也是施工中應(yīng)注意的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在施工中應(yīng)經(jīng)常對(duì)振沖器的空載電流進(jìn)行測(cè)量記錄，當(dāng)其與常規(guī)的空載電流差別較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢修設(shè)備或適當(dāng)調(diào)整加密電流，以保證施工質(zhì)量。

3.5 特殊情況的處理

振沖施工涉及的地層在施工過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生抱卡導(dǎo)桿的情況，將會(huì)影響施工工效和質(zhì)量。一般采取以下措施可確保振沖成樁順利進(jìn)行。

①采用大直徑、高強(qiáng)度導(dǎo)桿，減小導(dǎo)桿與振沖器連接處的直徑突變，增加造孔設(shè)備自重，增強(qiáng)其穿透能力，可降低砂礫石層抱卡導(dǎo)桿的幾率。

②當(dāng)出現(xiàn)抱卡導(dǎo)桿跡象時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止下放振沖器，讓振沖器停留在原深度，加大水壓預(yù)沖一段時(shí)間，然后緩慢下放振沖器，在該地段附近多次上下提拉振沖器清孔，防止卡孔，實(shí)現(xiàn)穿透。

③當(dāng)振沖器不慎卡埋在孔中、采用以上措施無(wú)效時(shí)，可使用大噸位吊車提住，啟動(dòng)振沖器緩慢上提，多次啟動(dòng)直至其被提出；若一時(shí)不能提出，可暫停電機(jī)運(yùn)行，繼續(xù)水沖，過(guò)一段時(shí)間待障礙物束縛振沖器及導(dǎo)管的應(yīng)力解除后再按上述步驟提拔；而當(dāng)振沖器電機(jī)損壞、吊車不能提出時(shí)，可以采用其他振沖器在其周圍打孔，或用反鏟開(kāi)挖一定深度以減小阻力，再使用反鏟或裝載機(jī)配合吊車提拔。

④地層中存在夾層。當(dāng)施工中存在硬夾層、造孔電流超過(guò)100 A時(shí)，為驗(yàn)證該層是否為最終持力層，應(yīng)通過(guò)多次上提、下放振沖器進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)達(dá)到終孔條件假象，以提高樁體的有效處理深度，保證工程質(zhì)量；在土層軟弱、加密電流不易達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，采取振沖器提出孔口，追料壓到軟弱層并多次重復(fù)上述過(guò)程，增加該施工段的填料量、減小加密段長(zhǎng)，以保證樁體密實(shí)度。

3.6 保證樁頭密實(shí)度的技術(shù)措施

(1)加密位置應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)設(shè)置高程以上1 m，以保證樁頂密實(shí)度；

(2)加密接近樁頂時(shí)，孔口堆料強(qiáng)打并反復(fù)振搗，延長(zhǎng)樁頂部留振時(shí)間、增加振搗次數(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前該電站下庫(kù)攔沙壩振沖樁按照上述技術(shù)要求已經(jīng)全部施工完成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由業(yè)主委托的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、樁間土室內(nèi)土工試驗(yàn)、樁體密實(shí)度重型(超重型)動(dòng)力觸探試驗(yàn)、復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)樁體材料室內(nèi)剪切試驗(yàn)均進(jìn)行了檢測(cè)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果全部滿足設(shè)計(jì)要求。因此，在振沖樁施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行施工，才能確保地基處理之工程質(zhì)量和安全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，同時(shí)對(duì)所投入的振沖設(shè)備臺(tái)(套)數(shù)和施工時(shí)段進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，振沖施工工效在河床沖積層淤泥質(zhì)黏土和砂礫石層中約為6 000～9 000 m/月·機(jī)組。筆者在文中介紹的施工技術(shù)和資源配置可以在今后類似地層施工時(shí)予以借鑒。

郭浩東(1968- )，男，河南漯河人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

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2017- 04- 10

TV52;TV553;TV223.2

B

1001- 2184(2017)04- 0006- 03