水利大壩地基振沖碎石樁處理施工技術(shù)

申銀海 曾曉洲 四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司

振沖碎石樁施工技術(shù)具有施工周期短、工藝簡單、施工質(zhì)量易控制等優(yōu)勢，適用于軟土地基的加固，且施工完成后，軟土地基的承載力能夠大幅提升，沉降也可得到有效控制。

一、碎石樁復(fù)合地基加固的原理

振沖碎石樁加固軟性土地基的原理主要是置換部分軟土，在砂土、粉土、粘性土、人工填土、淤泥土等土層中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成樁，和原地基土組成復(fù)合地基，以滿足工程要求的承載力，并使沉降度小于工程規(guī)定的限值，減少變形，降低壓縮性，消除地層液化。復(fù)合地基中的碎石樁能發(fā)揮與砂井相同的排水作用。通過振沖碎石樁處理后的復(fù)合地基在遭遇地震時，不僅因復(fù)合地基強度提高，抗變形能力加強，樁間土不易液化，同時由于碎石樁的排水作用，有利于砂土孔隙水壓力消散，限制了因地震引起的砂土超孔隙水壓力的增長，因而經(jīng)振沖碎石樁處理后的砂土地基，抗液化能力也大大加強。振沖法是用振動水沖法在地基內(nèi)設(shè)置的散粒樁體，用于加密松砂和加固粘性上等松軟土地基.通過振沖法擠密主要適用于砂類土，小于0.005mm 的黏粒含量不超過10%，擠密效果都很顯著；若黏粒含量大于30%，擠密效果明顯降低。碎石樁復(fù)合地基的主要用途是提高地基的承載力，減小地基的沉降量，碎石樁還可以用來增強壩基的抗剪強度，從而提高大壩抗滑穩(wěn)定性.振沖施工后樁問土中很容易被擠入碎石，雖然碎石擠入的范圍有限、數(shù)量也不多，但是由于樁問距小，碎石在樁間土中占據(jù)了較大的空間范圍，對樁問土的力學(xué)指標(biāo)（如承載力）的提高還是很明顯的。

二、工程概況

某電站下水庫的攔砂壩壩軸線位于下水庫進出水口上游，距離下水庫一期進出水口的直線距離有1654m，攔砂壩的結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合土工膜防滲黏土芯墻壩，壩頂絕對標(biāo)高為1066.0m，大壩上游和下游的壩面坡度都是1：2.2。大壩的最大壩體高度為23.5m，大壩最大軸線長度為548m，壩頂最終完工寬度為6m。

三、主要的施工設(shè)備

（一）振沖設(shè)備

振沖器的選擇和加密對象、加密孔位布置及其他施工技術(shù)參數(shù)密切相關(guān)，在施工環(huán)境條件確定的情況下，決定加固效果的決定性因素是振沖器的性能。根據(jù)前期試驗的開展情況和獲得的效果、設(shè)計文件的要求和地質(zhì)條件特點，現(xiàn)場施工采用BJ75 型振沖器。BJ75 型振沖器具有性能穩(wěn)定、可靠度高的特點。在采用振沖碎石樁處理地基的生產(chǎn)實踐過程中，該型號的振沖使用較為廣泛。由于該設(shè)備具有施工工效高、速度快且施工質(zhì)量穩(wěn)定性高、擊振力大、穿透堅硬土體的能力強的特點，因此采用該設(shè)備加固處理后的地基，后期的沉降量和不均勻沉降量都不大，可滿足大壩壩基的承載力和穩(wěn)定性的要求。

（二）起重吊裝設(shè)備的選擇

起重吊裝設(shè)備的起吊力和起吊高度必須都能滿足現(xiàn)場施工的需要。振沖碎石樁施工的常用起吊設(shè)備有打樁機、汽車吊和扒桿等。根據(jù)工程的實際情況合理地選擇起吊設(shè)備，本工程選擇25t 的汽車吊作為起重吊裝設(shè)備。

（三）電氣控制設(shè)備的選擇

電氣控制裝置需同時滿足現(xiàn)場施工配電和控制施工技術(shù)參數(shù)的需要，施工技術(shù)參數(shù)主要包括：振沖施工的留振時間、鉆孔電流量、加密電流量等。BJ75 型振沖器采用的是自動控制加密電流量、振沖留振時間等參數(shù)，當(dāng)施工中的電流量和留振時間都達到規(guī)定數(shù)值時，控制設(shè)備會自動發(fā)出提示信號，指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。

（四）填料設(shè)備的選擇

現(xiàn)場的填料設(shè)備選用30m3的裝載機。

四、主要施工方法

（一）振沖樁施工工序

測量放線：根據(jù)提前畫好的樁位圖，將計劃施工區(qū)域的樁位放出來，并做好標(biāo)記。場地清理、將施工電源和水源引入施工現(xiàn)場，做好施工的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作完成后，將施工設(shè)備移至空位，并且將振沖器對準(zhǔn)預(yù)先確定好的樁位。振沖成孔施工步驟①首先將振沖器對準(zhǔn)施工樁位，其次開啟設(shè)備的壓力水泵，等到振沖器的末端出水口開始噴水以后，然后再開啟振沖器，待振沖器空轉(zhuǎn)運行穩(wěn)定以后，再開始成孔施工。施工過程中要控制振沖器的入土速度，振沖器需慢慢的貫入土中，貫入過程中控制好貫入?yún)?shù)，當(dāng)樁尖達到設(shè)計的持力層后停止貫入。②成孔施工過程中，要求振沖器始終處于懸垂的狀態(tài)。因振沖器和導(dǎo)管之間的連接采用的是橡膠減震器，所以如果導(dǎo)管稍微偏斜一點是可以的，但是偏斜量不能太大，以免產(chǎn)生振沖器偏離貫入方向的問題。③地基的土質(zhì)情況、振沖器類型和水擊壓力等直接影響設(shè)備的成孔速度和成孔能力，一般情況下，淤泥質(zhì)土壤地層條件的成孔速度比較快。鉆孔清孔：成孔過程中，如果返出的泥漿較粘稠、孔中遇到狹窄地段或孔中出現(xiàn)縮孔等問題時，需對鉆孔進行清孔處理。清孔的方法是在需要擴孔部位反復(fù)上下提拉振沖器或者將振沖器提出孔口，使孔口返出的泥漿變稀，保證振沖孔能夠順直、通暢，進而使填料能夠順利下沉。振沖料的加密：加密的方法是強迫振沖料制樁的施工工藝流程。制樁過程需連續(xù)地進行，填料的加密從孔底部位開始施工，底部完成后逐段向上分段施工，分段過程中要求中間不出現(xiàn)漏振的情況。當(dāng)加密電流和留振時間達到設(shè)計要求以后，再將振沖器緩慢地上升，繼續(xù)加密下一段，每段加密的長度要符合試驗的參數(shù)要求。重復(fù)以上步驟，從下到上加密，直到設(shè)計要求樁頂標(biāo)高加密完成。加密完成后，關(guān)閉振沖器和壓力水，整個成樁過程完成。

（二）振沖碎石樁施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)要求

①成孔和清孔過程a.施工過程中，要求振沖器的噴水嘴中心軸線和鉆孔的孔徑圓形偏差小于5cm；b.振沖成孔完成以后，成孔的中心點和施工圖紙的中心偏差要小于10cm；c.成樁的樁頂中心點與圖紙定位的中心點偏差小于樁孔直徑的0.25 倍。d.振沖器在貫入土中的整個過程均要保持垂直，偏斜度不得超過規(guī)范要求。e.每孔段振沖器貫入1m～2m 左右，詳細(xì)地記錄一次造孔電流、造孔水壓力和造孔成孔時間，直到貫入到設(shè)計要求的深度，整個貫入過程均要記錄清楚。f.成孔完成以后，對孔進行1～2 遍的清孔作業(yè)。②填料作業(yè)和加密施工填料方法的選擇：填料選用強迫填料法施工，該方法的原理主要是利用振沖器的自重和振沖器的振動力，將樁孔上部的填料送到樁孔的下面部分，層層向下送料，直至填料不再下層。樁孔加密的技術(shù)措施如下a.先控制制樁的電壓是380V 左右，要求電壓的波動范圍控制在±20V 以內(nèi)，否則不允許施工。b.樁孔的加密電流為90A。c.振搗器的留振時間控制在10s～12s。d.造孔的水壓力控制在0.4MPa～0.6MPa，加密的水壓力控制在0.3MPa～0.5MPa。e.每次的加密段長度控制在30cm～50cm。f.加密電流和留振時間采用電氣自動控制系統(tǒng)予以控制。g.加密施工從孔底部分開始進行，從下向上逐段加密，整個加密過程要求中間段不能有漏振現(xiàn)象，直至加密到設(shè)計的孔頂高程。

五、質(zhì)量保證措施

振沖碎石樁施工質(zhì)量控制及管理措施：①嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求施工；②嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)批準(zhǔn)施工方案，規(guī)范操作，執(zhí)行三檢制；嚴(yán)格控制相關(guān)施工質(zhì)量，施工人員持證上崗，進場材料和施工設(shè)備嚴(yán)格執(zhí)行報驗制度。③施工中嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求。尤其是填料要注意加料不過猛，原則上“少吃多餐”，勤加料。

六、施工效果檢測

振沖碎石樁標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果表明，施工后，各地層巖性均發(fā)生改變，且由上至下標(biāo)準(zhǔn)貫擊數(shù)量逐漸遞增。由于上層有機質(zhì)黏土中的碎石塊較多，導(dǎo)致振沖碎石樁樁體內(nèi)不受約束的碎石量增大，在振沖施工過程中，會在高壓水的作用下嵌入軟塑狀黏土中，并與有機質(zhì)黏土充分固結(jié)后增加樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，這就是試驗結(jié)果顯示的樁體密實度不合格的樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)卻達到20～38 擊的主要原因。碎石樁振沖施工后，導(dǎo)致壩基施工區(qū)域內(nèi)地層層位上相增加，且在樁間土受到擠壓及地下水壓力升高的情況下，地基土應(yīng)力隨之改變，不同土層力學(xué)性能也有不同程度的變化。