玉林橋水電站攔河閘壩閘基振沖碎石樁處理研究

(四川省水利水電勘測設計研究院勘察分院，四川 郫縣，611731)

1 工程概況

玉林橋水電站工程位于峨邊縣境內(nèi)，閘壩位于大渡河右岸Ⅰ級支流官料河下游干河溝一帶，廠址位于官料河河口右岸。正常蓄水位為638.0m，最大壩高19.6m，水庫總庫容143.9萬m3，設計水頭76.68m，總裝機容量51MW，主要建筑物有閘壩、引水隧洞、調壓室、壓力管道、發(fā)電廠房等。該工程于2004年4月開工興建，2008年6月開始運行發(fā)電，目前各項基礎設施及機器設備運行良好。

本工程大壩基礎置于覆蓋層上，為了增加攔河閘壩閘基的地基承載力，保證工程安全，對覆蓋層中分布的砂壤土層進行振沖碎石樁處理。

2 閘壩區(qū)工程地質條件

2.1 地形地貌

閘壩區(qū)河流流向N53°E～S85°E，山頂高程1200m～1400m，河床高程626.0m～628.0m，相對高差575m～760m，屬低山地貌。河床縱坡比降3.8%，河床寬21.0m～35.5m，兩岸山勢陡峻，坡角40°～75°，為“V”型谷。地貌上表現(xiàn)為構造剝蝕和剝蝕堆積地貌。

2.2 地層巖性

基巖為震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbd)之白云巖夾白云質灰?guī)r；第四系地層有河流沖積層、崩坡積層和崩積人工堆積層。其巖性特征詳見表1。

表1閘壩區(qū)地層特征一覽

2.3 水文地質條件

區(qū)內(nèi)地下水按埋藏條件分為孔隙潛水和基巖裂隙水，受地表水和大氣降水補給，向下游或官料河排泄。

2.4 河床覆蓋層分布及力學特征

2.4.1 工程地質特征

閘壩區(qū)河床覆蓋層為第四系全新統(tǒng)河流沖積層，厚20.0m～25.5m，具多層結構特征，從上至下依次為：漂卵礫石夾砂，厚0.67m～5.37m；砂壤土厚4.04m～10.55m，從上游至下游逐漸變??；塊碎石厚1.70m～10.69m，從上游至下游逐漸變厚；卵礫石夾砂，厚4.22m～6.40m。漂卵礫石主要成分為變質巖及火成巖，磨圓度中等，球度及分選性較差。塊碎石成分為白云巖，為近岸崩塌堆積而成。

據(jù)超重型動力觸探資料：漂卵礫石夾砂N120=4.3～12.0擊/10cm，平均值為5.75擊/10cm，屬稍密～中密結構，允許承載力為0.3MPa～0.4MPa；塊碎石N120=4.27～6.9擊/10cm，屬稍密，局部架空，允許承載力為0.2MPa～0.3MPa；卵礫石夾砂N120=5.7～8.8擊/10cm，屬中密，允許承載力為0.4MPa～0.5MPa。據(jù)標準貫入試驗資料：砂壤土N63.5=5.25～6.28擊/30cm，平均值為5.6擊/30cm，允許承載力為0.1MPa。

2.4.2 物理力學特性

根據(jù)坑探及鉆孔對砂壤土取樣試驗，其物理力學特性見表2。

表2砂壤土試驗成果匯總

2.4.3 砂壤土地震液化評價

本區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，根據(jù)液化土的判別標準，對壩區(qū)砂壤土地震液化評價見表3。

表3砂壤土地震液化對比評價

從上表看出，壩區(qū)砂壤土層在Ⅶ度地震作用下存在部分液化的可能。

綜上所述，上部漂卵礫石夾砂結構多為稍密，不宜直接作為閘壩地基；砂壤土承載力低，變形大，且存在地震液化問題，不能直接作為地基持力層；塊碎石局部有架空結構，不均勻變形及滲漏與滲透變形較大，不宜直接作地基持力層；底部的卵礫石夾砂結構多為中密，可作為閘基持力層。如以覆蓋層作為閘壩地基，地質建議采取可靠的抗壓縮變形、防滲和砂土液化的工程處理措施，提高地基承載能力和抗?jié)B性能。

根據(jù)覆蓋層地質條件，設計采取振沖碎石樁的加固措施，孔徑φ1m，間排距2m，梅花型布置。在上部漂卵礫石層上，清除大塊徑1m以上的塊石，通過振沖加固，漂卵礫石層不存在變形的問題，提高砂壤土層的密度及承載力，減少變形，消除在地震條件下液化的可能。

3 施工方案

振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質粘土、素填土和雜填土等地基。對重要的或場地地層復雜的工程，在正式施工前應通過試驗確定其處理效果，由于玉林橋水電站攔河閘基為覆蓋層地基，在進行施工前須進行振沖試驗，以確定較好的施工參數(shù)和處理效果。

3.1 孔位布置

在沖砂閘場地內(nèi)選擇砂壤土埋深較厚地段布置三排振沖樁，按邊長1.5m等邊三角形梅花型布置。

3.2 試驗參數(shù)選擇

表4制樁試驗參數(shù)

3.3 制樁工藝

單樁工藝流程：①定位孔試機→②振沖造孔→③清孔→④加料振密→⑤終孔位移。振沖施工按下列步驟進行：

(1)清理平整施工場地，布置樁位；

(2)施工機具就位，使振沖器對準樁位，開水開電，檢查水壓、電壓和振沖器的空載電流是否正常；

(3)啟動供水泵和振沖器，將振沖器按1m/min～2m/min的速度徐徐下沉，下沉時電流值不能超過電機的額定值。造孔速度為0.5m/min～2.0m/min，直至達到設計孔深。在開孔過程中，要記錄振沖器各深度的電流值和時間；

(4)造孔后提升振沖器直至孔口，再放至孔底，重復兩三次擴大孔徑并使孔內(nèi)泥漿變稀，開始填料制樁；

(5)邊振動邊下料，根據(jù)少吃多餐的原則，用裝載機輔以人工填料，每次加料0.5m3后進行振密，由于填料的不斷擠入，孔壁土的約束力逐漸增大，一旦約束力與振沖器產(chǎn)生的振力相等，樁徑則不再擴大，便達到了密實電流。當電流達到規(guī)定的密實電流時和規(guī)定的留振時間后，將振沖器提升30cm～50cm；

(6)重復以上步驟，自下而上逐漸制作樁體直至孔口，記錄各段深度的填料量、最終電流值和留振時間，并均應符合設計規(guī)定；

(7)關閉振沖器和水泵。

4 質量檢測

在施工結束后，采用載荷試驗和動力觸探試驗檢測加固后復合地基承載力值及加固效果。該工程現(xiàn)場檢測載荷試驗3點，動探試驗檢測45點，檢測點平面位置示意見圖1。

圖1 載荷試驗示意

4.1 載荷試驗

本次試驗采用模擬建筑物地基豎向受壓的實際工作條件的試驗方法—慢速維持荷載法進行。

4.1.1 加載裝置

碎石樁采用正三角形布置，樁距1.5m，單樁承擔的加固面積1.95m2，故采用面積為2.0m2的方形剛性壓板。試驗采用2000kN液壓千斤頂加載。荷載大小用0.4級精密度壓力表量測，千斤頂反力通過反力梁用堆載來平衡。

4.1.2 沉降量測裝置

沉降位移用百分表進行量測，在壓板的兩個正交方向，對稱壓板中心安置4只百分表，百分表通過磁性表座固定在基準梁上，基準梁一端固定，另一端自由。4只百分表測的沉降量的平均值即為壓板中心的沉降量。

4.1.3 試驗方法

(1)加荷載等級劃分：加載分8級、卸載共分4級進行，具體的加載等級詳見試驗成果匯總表(表5、表6、表7)。

(2)沉降觀測：每加一級荷載，按10min、10min、10min、15min、15min讀記壓板沉降1次，以后按每30min讀記一次。

(3)沉降相對穩(wěn)定標準：當1h內(nèi)沉降量小于0.1mm時，認為該級已經(jīng)達到相對穩(wěn)定，可進行下一級加載。

(4)終止加載條件：當出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：

①沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起；

②承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%；

③當達不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設計要求壓力值的2倍。

(5)卸載級數(shù)：可為加載級數(shù)的一半，等量進行，每卸一級，間隔半小時，讀記回彈量，待卸完全后間隔3h讀記總回彈量。

表5靜載點ZH1(127#樁)試驗結果匯總

表6靜載點ZH2(53#樁)試驗結果匯總

表7靜載點ZH3(274#樁)試驗結果匯總

4.2 動力觸探試驗

本次檢測采用超重型動力觸探，按《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001)有關要求進行試驗。根據(jù)所測樁體或樁間土密實度，結合載荷試驗成果，水平向進行比較，綜合評價該場地復合地基的承載力及均勻性。

5 試驗結果分析

5.1 載荷試驗

加載等級及載荷試驗成果匯總見表5-表7。通過繪制P-S曲線(圖2、圖3、圖4)，根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79-2002)，按照相對變形值確定復合地基承載力特征值。對于場內(nèi)各點，壓板下主要以砂土為主，取s/b=0.010，即s=14mm所對應的荷載為該點地基承載力特征值。

由于各點沉降均較小，按照相對變形值所得承載力均大于施加荷載的一半，故取所施加荷載的一半為其承載力特征值。所得復合地基承載力特征值詳見載荷試驗分析成果匯總表(表8)。

圖2 靜載點ZH1試驗P-S曲線

圖3 靜載點ZH2試驗P-S曲線

圖4 靜載點ZH3試驗P-S曲線

5.2 動力觸探試驗

本次檢測采用超重型動力觸探，全場共檢測45點，其中振沖樁23點，樁間土22點。試驗成果表明，樁間土均有不同程度的擠密效果，振沖樁體較密實，在處理深度范圍內(nèi)沒有軟弱夾層，整個場地均勻性較好。

6 結語

本次載荷試驗檢測的振沖樁復合地基承載力特征值均不低于289kPa，樁間土均有不同程度的擠密效果，振沖樁體較密實，在處理深度范圍內(nèi)沒有軟弱夾層，整個場地均勻性較好，滿足設計要求。根據(jù)業(yè)主四川明達集團峨邊電能有限責任公司編制的《玉林橋水電站工程竣工安全鑒定運行自檢報告》中大壩運行情況部分結論，該電站運行12年情況表明，左岸非溢流壩、泄洪沖砂閘、右岸非溢流壩均運行良好，無變形、位移和滲漏情況。

振沖碎石樁法處理軟土地基不僅效果好、速度快，而且節(jié)省工程造價、適用性廣。隨著施工工藝的日益成熟，振沖碎石樁將會在更多的工程建設中得到應用。