振沖碎石法在局部夾粉土質(zhì)砂卵石地基處理中的應(yīng)用

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610091；2.四川川投國際網(wǎng)球中心開發(fā)有限責(zé)任公司，成都，610200)

引言

隨著我國水電事業(yè)的快速發(fā)展，地基對上部建筑物的重要性愈來愈得到人們的重視，地基處理恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到整個工程的安全、質(zhì)量、投資和進(jìn)度等各個方面。因此，地基處理的重要性已越來越多地被人們所關(guān)注和認(rèn)識[1]。

我國地域遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，所遇到的工程地質(zhì)問題也因此呈現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性，可液化地基處理問題就是其中之一。目前，處理該類地質(zhì)問題的方法主要有樁基法、深基礎(chǔ)法、換填法及擠密法，但經(jīng)過長期深入研究和工程實(shí)踐[2-5]，工程技術(shù)人員對振沖碎石樁(擠密法的一種)在改良地基強(qiáng)度、防止砂土液化等方面形成廣泛共識。振沖碎石樁通過對地基進(jìn)行置換及擠密，可提高地基變形模量和承載力，改善地基不均一性，減少不均勻沉降；同時地層經(jīng)過擊振后，碎石樁加速了空隙水壓力的消散，從而有效防止地基液化。

1 工程與地質(zhì)概況

某水電站位于大渡河西源綽斯甲河右岸的一級支流上，采用低閘引水式開發(fā)，屬Ⅲ等工程，主要永久性水工建筑物按3級設(shè)計，地震設(shè)防烈度Ⅶ度。電站首部樞紐主要水工建筑物有左岸擋水壩段、3孔泄洪閘、1孔沖沙閘、右岸擋水壩段、進(jìn)水口及取水廊道等。閘壩壩頂高程2869.00m，壩頂全長222.5m，最大閘(壩)高20m，泄洪閘、沖沙閘均為胸墻式，孔口尺寸均為5.0m×5.0m(寬×高)。擋水壩采用混凝土重力壩，左岸擋水壩、右岸擋水壩(兼引水涵洞)長分別為73.0m、91.6m。

閘址區(qū)河谷斷面呈“U”形，谷底寬120m～130m，正常蓄水位谷寬143m。兩岸分布高漫灘，灘面平坦，順河長150m～200m，橫河寬40m～60m。兩岸Ⅱ級階地拔河高10m～17m，寬5m～20m，階地后緣為坡積物，坡度28°～45°。高程2890m以上為Ⅲ級基座階地，基巖坡度45°～65°，基座頂面高程2935m～2960m，階面高程2990m～3050m。據(jù)鉆孔揭示，河床覆蓋層厚度一般24m～30m，由下至上可分為四層(見圖1)，底部為①層(gl+fglQ3)冰川冰水堆積塊碎(卵)礫石，該層結(jié)構(gòu)不均一，結(jié)構(gòu)較密實(shí)。上部為②層(alQ4)河流沖積塊(漂)碎(卵)礫石夾②-1層(alQ4)粉土質(zhì)砂透鏡體，塊(漂)碎(卵)礫石結(jié)構(gòu)稍密為主，粉土質(zhì)砂透鏡體分布于河床中部，順河延伸長度大于200m，橫河寬一般50m～60m，橫河向呈透鏡體狀，鉆探揭露厚1.3m～4.6m，埋深7.4m～13.4m，頂面高程2839.9m～2844.4m，較純凈，結(jié)構(gòu)松散。兩岸殘留Ⅱ級階地為①層(gl+fglQ3)冰川冰水堆積塊碎(卵)礫石，厚度一般20m～25m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)。兩岸坡腳分布崩坡積物(col+dlQ4)崩坡積塊碎石土，推測厚度一般10m～15m，覆蓋在Ⅱ級階地之上，結(jié)構(gòu)稍密為主，局部架空。

圖1 沿壩軸線工程地質(zhì)剖面

2 壩基工程地質(zhì)問題分析

閘址處河床覆蓋層厚度較大，厚度一般為24m～30m。主要為①層塊碎(卵)礫石和②層塊(漂)碎(卵)礫石，粗顆粒構(gòu)成骨架，結(jié)構(gòu)稍密～密實(shí)。泄洪沖砂閘基礎(chǔ)置于②層上，承載力0.35MPa～0.45MPa，變形模量為30MPa～40MPa，承載力和變形模量較高，基本滿足閘基承載和變形要求。河床中部分布的②-1層粉土質(zhì)砂層透鏡體，結(jié)構(gòu)松散，小于0.005mm的粘粒含量為13.2%，小于地震設(shè)防烈度Ⅶ度標(biāo)準(zhǔn)值16%，初判有地震液化的可能性。復(fù)判采用標(biāo)貫試驗(yàn)判別，現(xiàn)場實(shí)測標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)N′=3.0擊，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，結(jié)合其他因素求得液化臨界標(biāo)貫擊數(shù)Ncr=5.5擊，N′

3 振沖碎石樁處理方案

3.1 振沖碎石樁消除地基液化的機(jī)理

針對壩基工程地質(zhì)存在的問題，設(shè)計提出了采用振沖碎石樁處理方案。振沖碎石樁具有加固效果好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，并作為抗震防液化的有效處理方法而得到廣泛應(yīng)用，其主要作用機(jī)理是：

(1)通過樁的擠密和施工中的振動作用使樁周圍土的密度增大，從而有效消除土的液化；

(2)碎石樁的通透性較好，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止產(chǎn)生液化，并可加快地基的排水固結(jié)；

(3)在地震動荷載作用下，剪應(yīng)力集中在樁體上，樁間土所承受的剪應(yīng)力由于樁的應(yīng)力集中而得到衰減，碎石樁對樁間土起到了減震作用，從而提高了地層的抗液化能力[6]。

3.2 振沖碎石樁分區(qū)布置

根據(jù)勘測成果，在左岸擋水壩段、泄洪沖沙閘閘室段基底均布，劃分為2個區(qū)進(jìn)行分期施工，共計521根樁，其中：Ⅰ區(qū)333根，Ⅱ區(qū)188根。梅花形布置，樁徑為1m，樁間距為2m×2m，深度為10.5m～11.2m，具體見圖2。

圖2 振沖碎石樁分區(qū)布置

3.3 振沖碎石樁施工過程

3.3.1 施工難點(diǎn)

前期地勘資料表明，地基表面有5m～10m的深厚卵石層，塊徑較大、結(jié)構(gòu)密實(shí)，相當(dāng)于在粉土質(zhì)砂透鏡體表面有一層厚厚的護(hù)甲，振沖器如何穿透護(hù)甲對軟弱夾層進(jìn)行造孔、回填、振密、成樁，成為本工程施工難點(diǎn)。

3.3.2 試樁分析

針對工程施工難點(diǎn)，工程試驗(yàn)首先直接采用180kW振沖器試振，但現(xiàn)場振沖深度只有2m～4m，貫入深度有限，無法達(dá)到設(shè)計要求。后又進(jìn)行了單樁開挖后振沖和大面積開挖后振沖的試樁方式，開挖深度為3m～4m，但現(xiàn)場實(shí)際振沖深度只有1m左右，也無法達(dá)到設(shè)計要求。如繼續(xù)往下挖，開挖工程量以及安全措施費(fèi)將增加，同時一期基坑面積減少，必將影響主體工程施工工期。根據(jù)前期試樁情況綜合分析后，最終確定采用“沖擊鉆引孔后振沖”的施工方法。

3.3.3 “沖擊鉆引孔后振沖”施工

選用CZ-22沖擊鉆進(jìn)行沖擊引孔，孔深穿破第②層塊(漂)碎(卵)礫石卵石層底部后即可停止沖擊造孔(具體深度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)收為準(zhǔn))，再由ZCQ180振沖器進(jìn)行成樁施工。具體施工工藝流程見圖3。

圖3 “沖擊鉆引孔后振沖”施工工藝流程

4 地基振沖處理后的效果分析

一期地基處理完成后，選取11個點(diǎn)位進(jìn)行了樁體動力觸探試驗(yàn)，統(tǒng)計平均錘擊數(shù)均在27.5擊以上，表明振沖碎石樁樁體碎石土的密實(shí)程度為密實(shí)狀態(tài)；選取6個點(diǎn)位進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，統(tǒng)計平均錘擊數(shù)在13.9擊以上，大于液化臨界標(biāo)貫擊數(shù)Ncr=5.5擊，表明地基液化問題已消除；選取2個點(diǎn)位進(jìn)行了復(fù)合地基單樁靜載荷試驗(yàn)檢測，單樁承載力特征值為538.4kN，大于設(shè)計承載力特征值533.8kN。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，“沖擊鉆引孔后振沖”的施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，壩基工程地質(zhì)問題得到了有效的解決。

5 結(jié)語

砂卵石地基中的可液化問題是目前在山區(qū)河流修建水電工程過程中常見的問題之一，由于其含有大量塊石，在進(jìn)行地基處理時，只單獨(dú)采用振沖器進(jìn)行碎石樁施工，很難達(dá)到設(shè)計深度，通過該工程的施工實(shí)踐，采用沖擊鉆等其他設(shè)備進(jìn)行引孔后再振沖的方法施工，取得了較好的施工效果，可為后續(xù)類似工程提供參考和借鑒。同時，振沖碎石法在該水電站工程中取得的復(fù)合地基處理效果，再次體現(xiàn)了其處理地基可液化問題的可行性。