附加質(zhì)量法在大伙房水庫輸水工程運用

□張立軍（遼寧省國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作集團(tuán)有限責(zé)任公司）

附加質(zhì)量法在大伙房水庫輸水工程運用

□張立軍（遼寧省國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作集團(tuán)有限責(zé)任公司）

水庫輸水工程在現(xiàn)代社會中扮演的角色越來越重要，因此，對其質(zhì)量的要求越來越高。在水庫輸水工程施工過程中，需要做好質(zhì)量檢測工作。從實際檢測結(jié)果來看，應(yīng)該在滿足檢測要求的基礎(chǔ)上，盡量選用簡單、科學(xué)的檢測手段和方法。通過大量的工程實例可以發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量附加法在水庫輸水工程中應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)、快速、高質(zhì)量特點，因此，得到了廣泛應(yīng)用，并取得了不錯的經(jīng)濟(jì)效益。

附加質(zhì)量法；水庫輸水工程；檢測

1 工程概況

大伙房水庫輸水工程是一項大基礎(chǔ)建設(shè)項目，該工程的修建，解決了遼寧省中部6個城市水資源短缺問題。工程包括2個部分，第一部分包括從渾河向大伙房調(diào)水的一期工程，以及從大伙房向受水城市運輸?shù)亩诠こ?，下面主要針對二期工程進(jìn)行重點分析。

營口盤錦段是二期工程施工中的關(guān)鍵一段，通過對地質(zhì)勘察可以發(fā)現(xiàn)，在營口盤錦地段底層為淤泥質(zhì)底層，承載力值相對較低，因此，在具體施工中，通過粉噴樁對工程進(jìn)行加固，提高工程的整體質(zhì)量，從而使工程能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。施工總長度約為8.90 km，在分析過程中，將工程劃分為3個部分，每約180 m作為一個單元進(jìn)行處理。依據(jù)工程施工合同中的規(guī)定，每個單元工程結(jié)束之后，在28 d之后，對成樁的質(zhì)量進(jìn)行檢測。

2 附加質(zhì)量法的基本原理

附加質(zhì)量法依據(jù)單自由度彈簧振動理論，在地基土體系上附加一級或多級質(zhì)量塊ΔQi，直接求地基的動剛度K和參振質(zhì)量Q0。

利用附加質(zhì)量法對單樁承載力進(jìn)行確定，通過對參振土地振動頻率F進(jìn)行測試，求K。然后通過單樁承載力和動剛度兩者的比例關(guān)系，完成對樁承載力的計算。該比例關(guān)系的確定是通過靜荷載實驗獲取的，利用承載力特征值屬該樁的K。然后利用比例關(guān)系α乘以各個樁的K值，最終獲取每個樁的承載力值。理論公式如下：

式中：ΔQi表示附加質(zhì)量分級重量，單位kg；Q0表示參振質(zhì)量，單位kg；fi表示加載Qi時的振動頻率，單位Hz；K表示動剛度，單位kN/m；P表示單樁承載量，單位kN；α表示比例關(guān)系系數(shù)。

利用附加質(zhì)量法對單樁承載力進(jìn)行確定的方法如下：平整處理樁頭，并且在操作上要墊2～3 cm細(xì)砂，再在樁頭上安裝承壓板。利用石膏將拾震器固定在承壓板中心，應(yīng)當(dāng)將激發(fā)點設(shè)置在承壓板范圍外200 mm，激振器選用鐵錘的重量為50 kg，工作人員用手提落錘。附加質(zhì)量塊總重量為100 kg，在加入過程中依據(jù)5級分別加入，五個等級的質(zhì)量分別為0 kg、250 kg、500 kg、750 kg、1 000 kg。在檢測過程中，利用地震儀完成采集樁振動的波形曲線，然后完成對每一級的附加重量Qi進(jìn)行計算，同時要完成對與Qi相對應(yīng)的頻率Fi的計算。檢測裝置示意圖如圖1所示。

圖1 檢測裝置示意圖

3 附加質(zhì)量法在大伙房水庫輸水工程樁體和樁間中的應(yīng)用

3.1 靜荷載試驗

受建設(shè)單位委托，大伙房水庫輸水（二期）工程，營口盤錦地段在檢測過程中，利用地基處理工程粉噴樁靜荷載實驗。2007年8月21號完成了1根樁的復(fù)合地基靜荷載實驗，試驗樁號為18-18-141，并在該年的11月27日和28日各完成1根樁的復(fù)合地基靜荷載試驗，對應(yīng)的實驗樁號為18-15-39和18-14-51。通過3次靜荷載實驗加大的最大荷載值為160 kN，通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，最大沉降量為10.46 mm，并沒達(dá)到極限承載力，從最終的結(jié)果可以看出，單樁承載力建議值為80 kN，復(fù)合地基承載力建議值大小為80 kPa。在問題分析過程中，需要查找原始數(shù)據(jù)記錄，通過資料整理，最終獲取單樁豎向靜荷載實驗荷載與沉降兩者之間的關(guān)系，并繪制出了P-S曲線如圖2所示。

圖2 靜荷載實驗P-S曲線圖

在具體檢測過程中需要注意，雖然附加質(zhì)量法在單樁承載力確定上，應(yīng)用起來相對來說比較容易，并且在問題處理上也具有較高的效率。但是，必須要合理的結(jié)合靜力荷載實驗的最終結(jié)果開展，因此，靜力荷載試驗點是否具有代表性，將會對附加質(zhì)量法的最終應(yīng)用結(jié)果造成直接影響。通過大量的工程實踐可以發(fā)現(xiàn)，實驗點是否具有代表性，主要取決于工程地質(zhì)條件（地層性質(zhì)和結(jié)構(gòu)）上的變化。若工程所在區(qū)域的地段較長，地層性質(zhì)及結(jié)構(gòu)受到的影響因素較多，因此也會存在較大變化，在此背景下如果只用一點實驗成果確定整個場區(qū)的地質(zhì)情況顯然不合理，最終確定的承載力值與實際情況也會存在較大差距［1］。由此可見，在對附加質(zhì)量法進(jìn)行應(yīng)用時，必須通過詳細(xì)調(diào)查，了解工程區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境，掌握工程區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境的具體變化，需找具有代表性的靜力荷載實驗點，從而對剛度值和比例關(guān)系系數(shù)加以確定，實現(xiàn)對工程的準(zhǔn)確檢測［1］。此外，需要施工人員注意，樁長變化也會對比例相關(guān)系數(shù)的大小造成不同程度的影響，因此，需要做好相關(guān)的修正操作，確保最終檢測結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

3.2 附加質(zhì)量法的具體應(yīng)用

在對工程進(jìn)行分析過程中，通過附加質(zhì)量法檢測18-18-141號粉噴樁進(jìn)行單樁豎向承載力檢測，通過PS曲線圖與D-ΔQ曲線圖進(jìn)行對比，詳細(xì)內(nèi)容見圖3。

通過圖3可以發(fā)現(xiàn)，在附加質(zhì)量法中，D-ΔQ兩者之間的關(guān)系為線性關(guān)系，并且通過實測也呈現(xiàn)出不錯的線性關(guān)系。通過實測可以發(fā)現(xiàn)，P-S曲線與D-ΔQ兩者有著良好的對應(yīng)關(guān)系，這也使附加質(zhì)量法在測試樁基承載力上有了可靠的依據(jù)，為提高工程質(zhì)量提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持［3］。

在D-ΔQ曲線圖中，曲線上的斜率K，的倒數(shù)表示的就是地基動剛度K，而曲線上ΔQ軸上的截距Q0表示的則為地基土參振重量［4］。通過測試可以發(fā)現(xiàn)，該樁動剛度的大小為20 500 kN，利用附加質(zhì)量法，對實驗樁剛度和允許承載力進(jìn)行量測，最終獲取的比例系數(shù)大小為78×10-4。在具體問題分析過程中，可以發(fā)現(xiàn)實測樁實際長度要比工程樁更長，因此，在操作時，要折減檢測樁的承載力，在對單樁承載力進(jìn)行計算時，比例系數(shù)大小取4×10-3，便可以滿足檢測要求，最終的檢測結(jié)果也能夠令人滿意［5］。通過靜載實驗獲取承載力的大小，然后再利用獲取的數(shù)據(jù)除以被檢測樁的動剛度。再通過比例系數(shù)乘以各檢測樁動剛度得出所檢測粉噴樁承載力。在此基礎(chǔ)上，確定單樁承載力大小為82.00 kN。

工程在具體分析過程中，采用質(zhì)量法對工程中的46個粉噴樁單元工程進(jìn)行了處理，依據(jù)統(tǒng)計，此次一共檢測了118根檢測樁，檢測的主要內(nèi)容是單樁豎向承載力，通過量測獲取的單樁承載力的最小檢測值為82.00 kN，最大值為162.00 kN，平均每天可以完成3根樁檢測工作。

4 結(jié)語

水庫工程建設(shè)過程中，其質(zhì)量會受到多個方面因素的影響，因此，需要通過不同的方法對工程的質(zhì)量進(jìn)行檢測，在方法的選用上，要考慮工期、便捷性、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素。附加質(zhì)量法目前已應(yīng)用在多個水庫輸水工程中，并在具體應(yīng)用中，具有經(jīng)濟(jì)效益好、技術(shù)成熟，能夠快速給出相應(yīng)檢測結(jié)論特點。但是需要檢測人員注意，靜力荷載試驗成果是否具有代表性，以及工程地質(zhì)條件變化，都會對附加質(zhì)量法的最終應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，因此，為了確保最終檢測結(jié)果的合理性，必須做好相應(yīng)的分析工作。

TV697.41

B

1673-8853（2017）03-0068-02

2016-01-18

編輯：劉長垠 邢博輝

圖3 附加質(zhì)量法與D-ΔQ曲線圖

張立軍（1975-），男，工程師，主要研究方向水利水電施工及管理。