云南魚龍水庫工程壩基振沖復(fù)合地基質(zhì)量檢測試驗研究

崔召　劉家偉　董春偉

摘要：天然軟弱地基力學(xué)性質(zhì)較差，作為水利工程地基基礎(chǔ)無法滿足地基承載力的要求。采用振沖法形成振沖碎石樁復(fù)合地基，能夠提高地基承載力，滿足工程要求。通過開展平板載荷試驗、動力觸探試驗以及標準貫入試驗，對云南魚龍水庫工程復(fù)合地基工程質(zhì)量進行試驗檢測分析研究。研究結(jié)果表明：振沖復(fù)合地基的承載力滿足工程設(shè)計要求，能夠作為該水利工程的基礎(chǔ)。振沖法可應(yīng)用于水利工程軟弱地基的加固處理，提高壩基的承載能力，是一種有效的復(fù)合地基處理方法，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：振沖碎石樁;軟弱地基;地基加固;質(zhì)量檢測;復(fù)合地基承載力; 魚龍水庫

中圖法分類號： TV223.3 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.018

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0106 - 06

0 引 言

水利工程建設(shè)過程中，大壩通常布置于壩址區(qū)河段相對較狹窄段，會出現(xiàn)壩基河床覆蓋層的天然地基承載力無法滿足水利樞紐工程對地基要求的問題。如何對天然軟弱地基進行處理，控制地基變形及基礎(chǔ)不均勻沉降，以實現(xiàn)提高壩基基礎(chǔ)承載力的目標，成為水利工程地基與基礎(chǔ)設(shè)計、施工中的重要研究內(nèi)容。

振沖法是復(fù)合地基的一種處理方法，其在振沖器水平振動和高壓水或輔以高壓空氣的共同作用下，使松散地基土層振密;或在地基土層中成孔后，回填性能穩(wěn)定的硬質(zhì)粗顆粒材料，經(jīng)振密形成增強體（振沖樁），使增強體和周圍地基土形成復(fù)合地基。復(fù)合地基一般由增強體（樁）、基體（樁間土）共同承擔(dān)荷載并協(xié)調(diào)變形[1]，經(jīng)過振沖法地基處理所形成的復(fù)合地基，被稱為振沖復(fù)合地基[2]。

本文以云南省魚龍水庫工程為例，選用振沖碎石樁對壩基河床段飽和軟弱土進行處理。壩基振沖處理完成后，通過開展平板載荷試驗、重型動力觸探試驗、標準貫入試驗，對振沖復(fù)合地基進行質(zhì)量檢測[3]，驗證樁體、樁間土和復(fù)合地基承載力特征值。

1 工程地質(zhì)概況

魚龍水庫工程位于云南省石林縣巴江干流上，壩址距昆明95.5 km，水庫總庫容1 866.8萬m3，壩型為黏土心墻風(fēng)化料壩，最大壩高30.3 m，水庫樞紐工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。

水庫樞紐區(qū)地表主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層和沖洪積層，下第三系路美邑組及二疊系上統(tǒng)陽新組。根據(jù)勘探結(jié)果，河床覆蓋層大致可分為5層，河床覆蓋層具體情況及承載力試驗結(jié)果如表1所示。

從土工試驗成果分析，除第二層礫砂土層外，第一層粉質(zhì)黏土、第三層黏土、第四層粉質(zhì)黏土、第五層粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土均夾有高壓縮性土，所占比例約為11%～29%。因此，壩基土以中等壓縮性土為主，局部屬軟弱壩基土，總體力學(xué)強度較低，存在一定程度的壓縮變形，抗滑穩(wěn)定性較差。

2 振沖復(fù)合地基施工情況

依據(jù)地質(zhì)資料所提供的相關(guān)地層情況，以及設(shè)計所需的樁體密實度指標、設(shè)計樁體承載力等要求，工程所采取的振沖碎石樁樁徑為0.8 m。根據(jù)壩體對地基承載力、抗滑抗震穩(wěn)定的要求，振沖碎石樁的孔、排距劃分為5個區(qū)域，從上游到下游依次為：① S1區(qū)至上游1.80 m排距區(qū)域，樁體排距為1.80 m，樁體間距為2.03 m，按等邊三角形布置;②? S2區(qū)至上游1.50 m排距區(qū)域，樁體排距為1.5 m，樁體間距為1.73 m，按等邊三角形布置;③ S3區(qū)至上游1.30 m排距區(qū)域，樁體排距為1.3 m，樁體間距為1.50 m，按等邊三角形布置;④ X1區(qū)至下游1.30 m排距區(qū)域，樁體排距為1.3 m，樁體間距為1.50 m，按等邊三角形布置;⑤ X2區(qū)至下游1.5 m排距區(qū)域，樁體排距為1.30 m，樁體間距為1.73 m，按等邊三角形布置。

壩基振沖施工共布置振沖碎石樁111排，合計14 307根，樁體均按等邊三角形布置，單樁處理深度3.6～19.2 m，累計深度216 005.32 m。樁頂高程分為1 689.5 m，1 688.0 m兩個區(qū)域，樁底以基巖界線控制。

振沖處理后的復(fù)合地基質(zhì)量要求為：① 振沖樁體密實度標準為動力觸探平均貫入10 cm的錘擊數(shù)[≥]8.0擊;② 振沖樁體承載力[≥]350.0 kPa。

3 振沖復(fù)合地基質(zhì)量檢測項目及技術(shù)要求

地基處理屬于隱蔽工程，對施工處理后的地基實施質(zhì)量檢測，是地基處理工程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。振沖施工結(jié)束后，根據(jù)設(shè)計要求和地基處理目的，依據(jù)DL/T 5214-2016《水電水利工程振沖法地基處理技術(shù)規(guī)范》，對振沖樁樁體密度、樁間土處理效果、復(fù)合地基承載力等進行檢測和驗收。

振沖復(fù)合地基質(zhì)量檢測工作采用了3種試驗檢測方法：平板載荷試驗采用淺層平板重物載荷試驗方法[4]，動力觸探試驗采用重型動力觸探（N）試驗方法，以及標準貫入試驗方法。

3.1 淺層平板載荷試驗

淺層平板載荷試驗是在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加荷載、觀測地基土的承受壓力和變形的原位試驗，成果一般用于評價地基土的承載力[5]。

本次試驗檢測采用圓形承壓板，承壓板面積為0.5 m，承壓板的底面用砂子找平。試驗荷載分為8～12級進行加載，單樁復(fù)合試驗的最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計要求壓力值的2.0倍。終止試驗的條件為：① 沉降急劇增大或承壓板周圍的土體明顯側(cè)向擠出;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，單樁復(fù)合試驗的最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的2.0倍[6]。當滿足①、②情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載定為極限荷載。復(fù)合地基或單樁承載力特征值的確定方法為：① 當壓力-沉降曲線上極限荷載能夠確定，而其值不小于對應(yīng)比例界限的2.0倍時，可取比例界限;當其值小于對應(yīng)比例界限的2.0倍時，可以取極限荷載的一半。② 當壓力-沉降曲線為平緩的光滑曲線時，按相對變形量進行確定[5-9]。

3.2 重型動力觸探（N63.5）試驗

重型圓錐動力觸探試驗是利用一定的落錘能量，將與觸探桿相連接的探頭打入土中，根據(jù)打入的難易程度（表示為貫入度或貫入阻力）來判斷土的工程性質(zhì)的一種原位測試方法[10]，一般用于確定碎石類土密實性、極軟巖的力學(xué)分層，評定土的均勻性和物理性質(zhì)、土的強度、地基承載力等。

本次試驗檢測采用錘重為（63.5±0.5） kg的穿心錘，落距為（76±2）cm，自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊。錘擊貫入連續(xù)進行，在探桿上按10 cm一段標明刻度，錘擊過程中記錄每貫入10 cm的錘擊數(shù)和相應(yīng)深度，記錄貫入10 cm的讀數(shù)N，錘擊速率為15～30擊/min。在中密以下的碎石類土、極軟巖等層進行該項試驗，每貫入1.00 m，將探桿轉(zhuǎn)動一圈半;當貫入深度大于10.00 m，每貫入20.00 cm，轉(zhuǎn)動探桿一次，以減小孔壁摩擦力的影響。每貫入0.10 m所需錘擊數(shù)連續(xù)3次超過50擊時，即停止試驗。本次重型動力觸探試驗根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第五版）表3-234對重型圓錐動力觸探試驗錘擊數(shù)進行修正。

3.3 標準貫入試驗

標準貫入試驗一般用于判斷黏性土的稠度、確定黏性土的力學(xué)指標等。本次試驗檢測采用錘重為（63.5±0.5）kg的穿心錘、落距為（76±2）cm、自動脫鉤的自由落錘法進行錘擊，錘擊速率為15～30擊/min。標準貫入試驗鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆進，在黏性土等地層中進行標準貫入試驗，當孔壁不穩(wěn)定時，用套管護壁，鉆至試驗標高以上15 cm處，清除孔底殘土后再進行試驗。貫入器打入土中15 cm后，開始記錄每打入10 cm的錘擊數(shù)，以累計打入30 cm的錘擊數(shù)為標準貫入試驗錘擊數(shù)N[11]。

4 質(zhì)量檢測結(jié)果分析

4.1 淺層平板載荷試驗檢測結(jié)果

淺層平板載荷試驗共布置了8個測點，其中樁體布置4個測點，樁間土布置4個測點。S2區(qū)樁體上布置2個測點，分別為S2區(qū)A單元1號樁體、S2區(qū)B單元1號樁體，編號為S2-A-1、S2-B-1;X2區(qū)樁體上布置2個測點，分別為X2區(qū)A單元1號樁體、X2區(qū)B單元1號樁體，編為X2-A-1、X2-B-1，樁徑均為800.0 mm，承壓板面積均為0.5 m。樁體淺層平板載荷試驗檢測成果如表2所示。

S2區(qū)樁間土上布置2個測點，測點位置分別為S2區(qū)A單元1號樁與2號樁樁間土、S2區(qū)B單元1號樁與2號樁樁間土，編號為S2-A-（1-2）、S2-B-（1-2）;X2區(qū)樁間土上布置2個測點，測點位置分別為X2區(qū)A單元1號樁與2號樁樁間土、X2區(qū)B單元1號樁與2號樁樁間土，編號為X2-A-（1-2）、X2-B-（1-2）。樁體間距均為1.73 m，承壓板面積均為0.5 m。樁間土淺層平板載荷試驗檢測成果如表3所示。

檢測結(jié)果表明：S2區(qū)和X2區(qū)碎石樁樁體承載力特征值為350.0 kPa和394.0 kPa，均不小于350.0 kPa，滿足地基承載力要求。S2區(qū)碎石樁樁間土承載力特征值均為94.0 kPa，X2區(qū)振沖碎石樁樁體承載力特征值為94.0，84.0 kPa。樁體承載力特征值偏高而樁間土的承載力特征值較低。從承壓板外部土體的觀測來看，樁體進行淺層平板載荷試驗直到試驗結(jié)束，承壓板周邊土體均沒有出現(xiàn)擠脹現(xiàn)象，而樁間土進行淺層平板載荷試驗，承壓板周邊的土體呈現(xiàn)明顯的擠脹現(xiàn)象[4]。

4.2 重型動力觸探試驗檢測結(jié)果

重型動力觸探試驗共布置了20個測點，測點均布置在樁體上，深度共計313.80 m。S1區(qū)、S2區(qū)、S3區(qū)、X1區(qū)、X2區(qū)各布置4個測點。測點編號格式為XX-Y-1，XX為測區(qū)編號，Y為測區(qū)中單元編號，1為樁體編號。如S3-A-2代表S3測區(qū)A單元2號樁體。重型動力觸探N與地基承載力σ的關(guān)系見圖1。

重型動力觸探試驗檢測成果如表4所示。檢測結(jié)果表明：S1區(qū)碎石樁樁體動力觸探平均貫入10 cm的修正錘擊數(shù)平均擊數(shù)范圍值為14.0～18.0擊，均滿足≥8.0擊的設(shè)計要求;碎石樁樁體承載力值范圍為561.0～678.0 kPa，平均值為621.0 kPa，均滿足樁體承載力≥350.0 kPa的設(shè)計要求。S2區(qū)碎石樁樁體動力觸探平均貫入10 cm的修正錘擊數(shù)平均擊數(shù)范圍值為13.0～16.0擊，均滿足≥8.0擊的設(shè)計要求;碎石樁樁體承載力值范圍為528.0～624.0 kPa，平均值為560.0 kPa，均滿足樁體承載力≥350.0 kPa的設(shè)計要求。S3區(qū)碎石樁樁體動力觸探平均貫入10 cm的修正錘擊數(shù)平均擊數(shù)范圍為12.0～13.0擊，均滿足≥8.0擊的設(shè)計要求;碎石樁樁體承載力值范圍為510.0～558.0 kPa，平均值為533.0 kPa，均滿足樁體承載力≥350.0 kPa的設(shè)計要求。X1區(qū)碎石樁樁體動力觸探平均貫入10 cm的修正錘擊數(shù)平均擊數(shù)范圍值為12.0～14.0擊，均滿足≥8.0擊的設(shè)計要求;碎石樁樁體承載力值范圍為489.0～561.0 kPa，平均值為518.0 kPa，均滿足樁體承載力≥350.0 kPa的設(shè)計要求。X2區(qū)碎石樁樁體動力觸探平均貫入10 cm的修正錘擊數(shù)平均擊數(shù)范圍為11.0～12.0擊，均滿足≥8.0擊的設(shè)計要求;碎石樁樁體承載力值范圍為456.0～516.0 kPa，平均值為488.0 kPa，均滿足樁體承載力≥350.0 kPa的設(shè)計要求。

4.3 標準貫入試驗檢測結(jié)果

標準貫入試驗共布置了20個測點，測點均布置在樁間土體上，深度共計320.00 m。S1區(qū)、S2區(qū)、S3區(qū)、X1區(qū)、X2區(qū)各布置4個測點。測點編號格式為XX-Y-（1-2），XX為測區(qū)編號，Y為測區(qū)中單元編號，（1-2）為樁間土體編號。如X2-C-（1-2）代表X2測區(qū)C單元1號樁與2號樁樁間土。標準貫入試驗與地基承載力如圖2所示。

標準貫入試驗檢測成果如表5所示，檢測結(jié)果表明：檢測區(qū)域內(nèi)樁間土均為可塑狀態(tài)，S1區(qū)樁間土承載力值范圍為138.0～148.0 kPa，平均值為142.0 kPa。S2區(qū)樁間土承載力值范圍為148.0～160.0 kPa，平均值為155.0 kPa。S3區(qū)樁間土承載力值范圍為120.0～166.0 kPa，平均值為147.0 kPa。X1區(qū)樁間土承載力值范圍為120.0～160.0 kPa，平均值為146.0 kPa。X2區(qū)樁間土承載力值范圍為148.0～162.0 kPa，平均值為154.0 kPa。

5 振沖樁復(fù)合地基承載力特征值的確定

振沖樁復(fù)合地基承載力特征值根據(jù)下式計算：

f=mf+（1-m）f （1）

m=dd （2）

式中：f為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;f為樁體承載力特征值，kPa;f為樁間土承載力特征值，kPa;m為面積置換率;d為樁長范圍內(nèi)的平均樁徑，m，平均樁徑為0.80 m;d為單樁等效影響圓直徑，m，等邊三角形布樁de=1.05s，其中[s]為樁的間距，m。

復(fù)合地基承載力特征值成果如表6所示，振沖碎石樁5個區(qū)域的樁體承載力、樁間土承載力和復(fù)合地基承載力均滿足地基承載力設(shè)計要求，振沖碎石樁區(qū)域復(fù)合地基承載力檢測成果如表7所示。

6 結(jié) 語

通過對云南魚龍水庫工程壩基振沖復(fù)合地基采用淺層平板載荷試驗、重型動力觸探試驗、標準貫入試驗等試驗檢測方法，計算得出振沖碎石樁復(fù)合地基承載力特征值，并采用各種試驗檢測方法進行驗證，綜合評價了復(fù)合地基工程質(zhì)量[4]。該水庫樞紐區(qū)分布于第四系全新統(tǒng)殘坡積層和沖洪積層飽和軟弱地基，通過采用振沖法處理形成振沖復(fù)合地基[12]，復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計要求，能夠作為該水利樞紐的基礎(chǔ)，并因此避免了水利樞紐工程基坑的持續(xù)開挖工作，節(jié)約了工程成本，縮短了建設(shè)工期。

目前，該水利工程已下閘蓄水運行超過1 a，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：壩基沉降量在設(shè)計允許沉降量范圍內(nèi)，工程運行正常，無不良情況發(fā)生。該水利工程振沖復(fù)合地基技術(shù)的成功運用表明，振沖法可以應(yīng)用于水利工程軟弱地基的加固處理，能夠提高壩基的承載能力，是一種有效可行的復(fù)合地基處理方法，能夠取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文研究為今后類似的水利工程地基處理方法提供了一定程度的技術(shù)支撐。

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（編輯：李 慧）

Test and research on quality inspection of dam vibro-impact composite foundation of Yulong Reservoir in Yunnan Province

CUI Zhao，LIU Jiawei，DONG Chunwei

（Yunnan KEN & GOD Rock & Soil Engineering Detection Co.， Ltd.， Kunming 650225， China）

Abstract：The natural soft foundation has poor mechanical properties and cannot meet the requirements of bearing capacity as the foundation of water conservancy projects. The vibro-impact method can be used to form a composite foundation of vibro-impact gravel piles， which can improve the bearing capacity of the foundation and meet the engineering requirements. Through plate load test， dynamic penetration test and standard penetration test， the quality check of composite foundation of Yulong Reservoir in Yunan Province was tested， analyzed and researched. The results showed that the bearing capacity of the vibro-impact composite foundation could meet the engineering design requirements and could be used as the foundation of the project. The vibro-impact method can be used to strengthen the soft foundation of water conservancy projects and improve the bearing capacity of the dam foundation. It is an effective composite foundation treatment method， and can achieve better economic and social benefits.

Key words：vibro stone pile;soft and weak foundation;foundation reinforcement;quality test and check;composite foundation bearing capacity; Yulong Reservoir