振動水沖法在某水庫大壩加固中的應(yīng)用分析

陳 彬

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330001)

振動水沖法在某水庫大壩加固中的應(yīng)用分析

陳 彬

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330001)

水庫是一項重要的民生工程，但大部分水庫使用年代久遠(yuǎn)，急需必要的除險加固，如何在保證工程效果的前提下減少經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，成為當(dāng)前的主要問題。文章以江西某水庫大壩除險加固工程為例，對振沖法在上游壩坡加固中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述分析，以期為類似的施工提供了必要的技術(shù)參考。

振沖法；岸堤水庫；加固；應(yīng)用

0 引 言

據(jù)有關(guān)資料顯示，我國大部分水庫多建設(shè)于20世紀(jì)60年代左右，且大壩結(jié)構(gòu)為心墻砂殼壩，受制于當(dāng)時的施工水平及長時間的腐蝕風(fēng)化，當(dāng)前很多壩體存在砂殼質(zhì)量差、密度值不達(dá)標(biāo)等問題，除險加固工作勢在必行。振沖法作為一種新型地基加固技術(shù)，相對于傳統(tǒng)加固方法有著顯著優(yōu)勢，應(yīng)用于壩坡加固完全滿足“經(jīng)濟(jì)適用”原則。

1 工程概況

某水庫流域控制面積約為1693.5km2，總庫容超過7.5億m3，是一座以防洪灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、旅游等綜合開發(fā)利用的大型水利工程。該水庫建設(shè)于1959年，主壩長1665m，最大壩高29.8m。在1989年時對該水庫大壩進(jìn)行了大規(guī)模的除險加固，包括壩基帷幕灌漿、上游壩坡振沖加固、迎水護(hù)坡翻修等，在此重點研究上游壩坡加固工作。

2 振動水沖法加固機(jī)理分析

振動水沖法簡稱振沖法，是利用起重機(jī)吊起高頻振動器，啟動高壓水泵，在邊振動邊水沖的作用下使振動器到達(dá)地基預(yù)定深度，之后在孔內(nèi)填充碎石并振動壓實，這樣可使密實樁和原土體共同組成復(fù)合地基，顯著提高地基密實度和承載力[1]。

振沖器從上到下主要由潛水電機(jī)、偏心塊、振動體組成，射水管安裝在空軸內(nèi)，水壓范圍在0.4-0.6MPa。作用機(jī)理為通過振動器水平振動來擠壓填料及周圍土體，從而達(dá)到增強(qiáng)地基穩(wěn)定性、提高地基抗液化能力。

3 振動水沖法在岸堤水庫大壩加固中的應(yīng)用分析

3.1 振沖加固設(shè)計分析

1)加固前壩料力學(xué)性能分析：該水庫主壩可分為心墻砂殼和黏土均質(zhì)壩兩部分，其中心墻砂殼壩樁號為0+730，通過現(xiàn)場勘查得出壩料物理力學(xué)性質(zhì)，如表1所示。由數(shù)據(jù)可知該壩體砂殼較為松散，相對密度較小，有反生滑坡可能，因此必須進(jìn)行加固。

表1 壩料物理力學(xué)性質(zhì)(部分)

2)振沖孔參數(shù)設(shè)計：經(jīng)現(xiàn)場勘查，確定在大壩上游壩坡168m高程以下部分采用拋石壓重方式加固，在168-176m高程范圍內(nèi)采用振沖法加固。設(shè)計振沖孔深度范圍是4.5-8.0m，加固標(biāo)準(zhǔn)為相對密度Dr≥0.75。

本項目振沖孔按梅花形布置，振沖孔間距d按照公式(3-1)進(jìn)行估算[2]。通過計算，本工程振沖孔間距d=2.02m，設(shè)計取值2.0m，共布置22排，排距也為2.0m。本項目在細(xì)砂及粗砂壩段分別采用采用35kW和55kW振沖器施工。

(1)

式中：V為每個振孔所需填料數(shù)量(可現(xiàn)場試驗求得)，m3；s為振沖孔深度，取值8m；Va為加固每m3壩體所需填料(計算公式如2)，m3。

(2)

式中：e為加固后要求達(dá)到的砂土孔隙比；e0為壩料加固前原始孔隙比；e1為回填料孔隙比。

3)填充料的選?。禾畛淞蠈庸绦Ч绊戯@著，填充質(zhì)量主要取決于填料級配、填充和返水速度等，目前振沖法常用的填充料包括粗砂、礫石、礦渣等，填充料粒徑一般控制在3-5cm為宜。本項目選取填充料為碎石和粗砂，要求品位在0-20之間。

3.2 振沖加固施工分析

1)準(zhǔn)備工作：①確保水泵壓力表正常工作；在振沖器連桿上每隔50cm設(shè)置一刻度，隨時觀察貫入深度。②為方便施工，在壩坡開挖施工小平臺，并根據(jù)平臺高程計算振沖孔深度[3]。③為保證孔位準(zhǔn)確，在施工壩段兩端設(shè)置準(zhǔn)線樁，每隔20-25m設(shè)置兩個斷面樁。

2)振沖施工：①對孔距、排距進(jìn)行測量放樣，并為每個孔位進(jìn)行編號；設(shè)置好排水槽，水槽段間搭接長度>0.1m，溢水口位置高于振沖孔；②振沖器開進(jìn)施工現(xiàn)場，使振沖器頂部對準(zhǔn)樁位，利用下噴水水束校正位置，振沖器位置偏差≤5cm，傾斜度不超過2°。將噴水壓力增加到0.3MPa，并開啟側(cè)向補(bǔ)水口，其壓力控制在0.05MPa以下。啟動振沖器，等水壓、電流(65A)穩(wěn)定后開始貫入，速度控制在1.5m/min；③若貫入過程中遇到堅硬夾層，可稍微提升鉆頭，再向下沖，反復(fù)幾次，保證電流不超過控制電流，若連續(xù)多次長時間無法貫入，則停止該孔位施工[4]；④振沖孔深度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行填料作業(yè)，遵循“逐層振密、逐層提升”方法，每次提升距離控制在30cm左右。在細(xì)砂壩段留振時間在70s左右，粗砂壩段在50s左右。禁止從振沖孔一側(cè)集中填料，要從四周同時進(jìn)行，可防止振沖器偏移位置，注意填料速度不得過快。本項目利用小推車上料，本項目細(xì)砂壩段填料體積為1.2m3/m；粗砂壩為1.0m3/m左右；

3)質(zhì)量檢查：振沖作業(yè)結(jié)束后采用“標(biāo)準(zhǔn)貫入法”對振沖樁進(jìn)行質(zhì)檢，設(shè)計每300孔為一個檢測組，檢測位置包括樁身、二樁間點、三樁間點(如圖1)，主要質(zhì)檢指標(biāo)為貫入深度、相對密度。通過檢測，該工程振沖樁工程合格率總體超過95%，未達(dá)到設(shè)計要求的其相對密度也達(dá)到0.6以上。

圖1 檢測點位置示意圖

4)壩坡整修壓實：在振沖作業(yè)完成后，壩坡會有偏厚現(xiàn)象，這是因為沙料流失造成的。此外，需對施工平臺進(jìn)行回填處理，本項目壩坡修整工程量為挖除余砂3.46萬m3，回填砂料0.23萬m3，施工機(jī)械為推土機(jī)和振動碾(規(guī)格為13t)。在碾壓前在坡面灑水，保證碾壓密實度。

4 結(jié) 語

該水庫大壩加固創(chuàng)新性的使用了振沖加固技術(shù)，不僅工程效果滿足設(shè)計要求，而且該技術(shù)與傳統(tǒng)翻壓加固法相比，其綜合成本可降低30%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，振沖法不需將加固區(qū)水量放空，節(jié)約了大量水資源，對保證當(dāng)?shù)匕磿r灌溉意義重大，社會效益明顯。綜合來看，振沖法加固砂殼壩坡具有施工簡單、安全、不受水位影響等諸多優(yōu)點，值得在類似工程中加以推廣。

[1]任海民.振動水沖法在黏土心墻砂殼壩加固工程中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2011(02)：32-35.

[2]屈慶余.振動水沖法加密技術(shù)在三峽工程二期圍堰中的應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展，2012(06)：45-48.

[3]周元強(qiáng)，徐強(qiáng)，沈錦儒.振沖法處理飽和粉土地基的工后孔隙比研究[J].巖土力學(xué)，2013(S1)：27-30.

[4]王盛源.振沖法加固松軟地基[J].巖土工程學(xué)報，2016(05)：18-22.

1007-7596(2017)10-0153-02

TV697.3

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2017-09-24

陳彬(1985-)，男，江西高安人，工程師，研究方向為水利水電工程。