振冲碎石桩在水库除险加固中的应用

2010-04-25张守成曹玉娜杨继亮

山东水利 2010年3期

张守成，曹玉娜，杨继亮

（1.山东省水利工程局，山东济南 250013；2.龙口市水利局，山东龙口 265701）

1 概述

1.1 工程概况

山东临朐县大关水库位于临朐县大关镇大关村南，潍河支流汶河上游，汶河与唐家河的汇流口处，是一座集防洪为主，兼顾灌溉发电、养殖相结合的中型水库。水库正常蓄水位240.50m，兴利库容825万m3；死水位233.30m，死库容307万m3。大坝主坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程251.10m。目前存在问题：主坝坝基粗砂及上游砂壳相对密度小，标准贯入击数低，主坝上游坡抗滑稳定系数不满足规范要求；在地震作用下主坝上游砂壳、坝基砂层存在液化的可能，威胁大坝安全。鉴于此，经经济技术比较，采取振冲碎石桩加固结合抛石压重的工程措施以彻底解决安全隐患保证大坝安全。

1.2 振冲碎石桩加固机理

振冲法是一种有效的地基处理方法。振冲碎石桩加固是利用振冲器水平振动和高压水的共同作用，在碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、淤泥土等土层中成孔，然后在孔内分批填入碎石或卵石等粗料粒成桩，通过在地基中形成密实桩体和挤密作用，与原地基构成复合地基，从而达到提高地基承载力减少建（构）筑物沉降量，提高土石坝（堤）体及坝基的稳定性，消除可液化土液化的目的。

1.3 振冲碎石桩设计

根据现状，在大坝上游坝坡桩号0+020～0+620,加固深度为高程233.3～248.45m范围内采用了振冲碎石桩，其布置形式为三角形布置，排距2.6m,孔距3.0m（如图 1示）。

图1 振冲桩布置剖面示意图

1.4 技术参数的确定

振冲碎石桩施工前，根据现场的实际情况选择有代表性的地段进行工艺试验，取得各项技术参数，以确保大面积施工质量。

本工程选择两个试验区，每个区桩数10根，以不同的数据进行试验，试验桩的桩距、桩长、布置形式均按设计要求进行。通过试验后综合分析评定，确定施工技术参数如下：造孔电流为 40～120A，水压为 0.4～0.6MPa；密实电流为 80～100A，水压为 0.2～0.6MPa；留振时间为 8～10s；振密段长度为 50cm，桩径为 0.8～1.0m。在施工作业面以下1.0m范围内，振冲器应多振压几次，以确保桩头质量。

2 施工工艺

2.1 主要机械设备的选择

振冲器：BJ-75型 75kW1台；汽车吊：16t1辆；装载机：ZL-30 1台；自卸车：1辆；高压水泵 2台、泥浆泵2台；电气自动控制箱：（电流表150A、电压表 500V）1套。

2.2 施工步骤

2.2.1 场地清理与修筑施工平台

施工前清除施工范围内高空和地表障碍物，达到施工要求。由于本工程在水库大坝上游坝坡施工，需修筑工作平台，以利于吊车就位。工作平台位置根据设计图纸及吊车的回旋半径确定；工作平台的宽度应大于吊车和运料机械通行宽度之和，以满足施工过程中上料机械的通行；工作平台应力求平整，以利于吊车的行走和就位稳固，确保桩位的准确性。

2.2.2 测量放线

恢复控制线，测量修筑平台后的断面高程，放出排水沟及集水坑的位置，做好排水系统，确保施工过程排水畅通。根据设计尺寸及布置形式绘制碎石桩施工平面图，按桩位图准确放出桩位并编号。

2.2.3 技术交底

现场技术人员向工段和班组长进行书面技术交底，内容包括施工方法、技术资料、质量与安全措施等，以防止质量、安全事故的发生。

2.3 振冲碎石桩施工工艺

2.3.1 施工工艺流程

孔位定点→吊车、振冲器就位→开启水泵启动振冲器→振冲器贯入地层至设计深度→提升振冲器清孔→下入填充料并自下而上分段振密至地面→全孔加固结束成桩→转移孔位。

2.3.2 造孔

在完成测量放线、吊机就位并将振冲器起吊对准桩位后即可开始造孔。开启高压水泵（调整水泵压力为0.4～0.6MPa）供水后，启动振冲器，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，下降速率控制在0.5～2.0m/min，到达设计加固深度时，造孔终止。振冲器每贯入1～2m孔段，应记录一次造孔电流、水压和时间。

2.3.3 清孔

造孔结束后，当孔内泥浆浓稠或孔口窄小时，则需清孔。将振冲器提出孔口或需要清孔的位置，再下放振冲器，如此一两次，使孔内泥浆变稀孔口扩大，清孔结束。

2.3.4 填料振密制桩

清孔后调整水压在0.2～0.6MPa之间，向孔内倾倒部分石料，每次填料厚度不大于50cm,根据孔内石料沉降情况提升或下降振冲器以加速石子沉落到孔底,然后将振冲器沉入填料中进行振密制桩，待达到规定的振密电流和留振时间后，将振冲器上提30～50cm，如此反复，逐段填料加密至孔口，制桩完成。振密段长度控制在30～50cm，记录好各段深度的填料量。

2.4 主要工序质量控制措施

2.4.1 碎石填料质量控制

为保证桩体的质量，碎石料最大料粒径控制在10cm,含泥量≤5%,无风化、无污染、新鲜性能稳定的硬质碎石，采用连续级配，并按规范要求进行抽检,所用填料必须符合设计规范要求。

2.4.2 造孔质量控制

造孔是保证施工质量的首要条件，偏差必须符合规范要求。振冲器尖端喷水中心与孔位中心偏差不大于5cm，成孔中心与设计定位中心偏差小于10cm,造孔深度不应浅于设计深度以上0.3～0.5m，造孔完成后的桩顶中心与定位中心偏差不大于桩孔直径的0.2倍。造孔时振冲器应保持悬垂状态，若发现振冲器偏离桩位应及时调整，其偏斜不大于桩长的3%。造孔速度、水压严格按试验取得的参数控制。

2.4.3 清孔质量控制

造孔完成后即可清孔。振冲器在孔内上下提拉1～2次，直至振冲器在孔内顺直通畅或浆液变稀为止，清孔应清到孔底。

2.4.4 桩体振密质量控制

振密是振冲法施工的关键工序，振密标准采用振密电流、留振时间、加密长度三个指标控制。振密电流、留振时间采用电气化自动控制系统控制，并及时检查其准确性。为保证振密长度的准确性，在振冲器导管上焊上以1.0m或0.5m为刻度的标志，使操作人员能较准确的掌握处理深度及加密段的长度。填料量反映了土的特征，当填料量与规定数量有较大差距时，可调整技术参数，确保工程质量。振密必须从孔底开始，逐段向上填料振密，中间不得漏振，在施工作业面以下1.0m范围内，振冲器应多振压几次，以确保桩头质量。

施工过程中由专人填写施工记录表，对成桩过程的各项数据务必填写详细，完整、真实、准确、清晰。