振沖碎石樁在水庫除險加固中的應用

張守成，曹玉娜，楊繼亮

（1.山東省水利工程局，山東 濟南 250013；2.龍口市水利局，山東 龍口 265701）

1 概述

1.1 工程概況

山東臨朐縣大關水庫位于臨朐縣大關鎮大關村南，濰河支流汶河上游，汶河與唐家河的匯流口處，是一座集防洪為主，兼顧灌溉發電、養殖相結合的中型水庫。水庫正常蓄水位240.50m，興利庫容825萬m3；死水位233.30m，死庫容307萬m3。大壩主壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程251.10m。目前存在問題：主壩壩基粗砂及上游砂殼相對密度小，標準貫入擊數低，主壩上游坡抗滑穩定系數不滿足規范要求；在地震作用下主壩上游砂殼、壩基砂層存在液化的可能，威脅大壩安全。鑒于此，經經濟技術比較，采取振沖碎石樁加固結合拋石壓重的工程措施以徹底解決安全隱患保證大壩安全。

1.2 振沖碎石樁加固機理

振沖法是一種有效的地基處理方法。振沖碎石樁加固是利用振沖器水平振動和高壓水的共同作用，在碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、淤泥土等土層中成孔，然后在孔內分批填入碎石或卵石等粗料粒成樁，通過在地基中形成密實樁體和擠密作用，與原地基構成復合地基，從而達到提高地基承載力減少建（構）筑物沉降量，提高土石壩（堤）體及壩基的穩定性，消除可液化土液化的目的。

1.3 振沖碎石樁設計

根據現狀，在大壩上游壩坡樁號0+020～0+620,加固深度為高程233.3～248.45m范圍內采用了振沖碎石樁，其布置形式為三角形布置，排距2.6m,孔距3.0m（如圖 1示）。

圖1 振沖樁布置剖面示意圖

1.4 技術參數的確定

振沖碎石樁施工前，根據現場的實際情況選擇有代表性的地段進行工藝試驗，取得各項技術參數，以確保大面積施工質量。

本工程選擇兩個試驗區，每個區樁數10根，以不同的數據進行試驗，試驗樁的樁距、樁長、布置形式均按設計要求進行。通過試驗后綜合分析評定，確定施工技術參數如下：造孔電流為 40～120A，水壓為 0.4～0.6MPa；密實電流為 80～100A，水壓為 0.2～0.6MPa；留振時間為 8～10s；振密段長度為 50cm，樁徑為 0.8～1.0m。在施工作業面以下1.0m范圍內，振沖器應多振壓幾次，以確保樁頭質量。

2 施工工藝

2.1 主要機械設備的選擇

振沖器：BJ-75型 75kW1臺 ；汽車吊：16t1輛；裝載機：ZL-30 1臺；自卸車：1輛；高壓水泵 2臺、泥漿泵2臺；電氣自動控制箱：（電流表150A、電壓表 500V）1套。

2.2 施工步驟

2.2.1 場地清理與修筑施工平臺

施工前清除施工范圍內高空和地表障礙物，達到施工要求。由于本工程在水庫大壩上游壩坡施工，需修筑工作平臺，以利于吊車就位。工作平臺位置根據設計圖紙及吊車的回旋半徑確定；工作平臺的寬度應大于吊車和運料機械通行寬度之和，以滿足施工過程中上料機械的通行；工作平臺應力求平整，以利于吊車的行走和就位穩固，確保樁位的準確性。

2.2.2 測量放線

恢復控制線，測量修筑平臺后的斷面高程，放出排水溝及集水坑的位置，做好排水系統，確保施工過程排水暢通。根據設計尺寸及布置形式繪制碎石樁施工平面圖，按樁位圖準確放出樁位并編號。

2.2.3 技術交底

現場技術人員向工段和班組長進行書面技術交底，內容包括施工方法、技術資料、質量與安全措施等，以防止質量、安全事故的發生。

2.3 振沖碎石樁施工工藝

2.3.1 施工工藝流程

孔位定點→吊車、振沖器就位→開啟水泵啟動振沖器→振沖器貫入地層至設計深度→提升振沖器清孔→下入填充料并自下而上分段振密至地面→全孔加固結束成樁→轉移孔位。

2.3.2 造孔

在完成測量放線、吊機就位并將振沖器起吊對準樁位后即可開始造孔。開啟高壓水泵（調整水泵壓力為0.4～0.6MPa）供水后，啟動振沖器，待振沖器運轉正常后，使振沖器徐徐貫入土中，下降速率控制在0.5～2.0m/min，到達設計加固深度時，造孔終止。振沖器每貫入1～2m孔段，應記錄一次造孔電流、水壓和時間。

2.3.3 清孔

造孔結束后，當孔內泥漿濃稠或孔口窄小時，則需清孔。將振沖器提出孔口或需要清孔的位置，再下放振沖器，如此一兩次，使孔內泥漿變稀孔口擴大，清孔結束。

2.3.4 填料振密制樁

清孔后調整水壓在0.2～0.6MPa之間，向孔內傾倒部分石料，每次填料厚度不大于50cm,根據孔內石料沉降情況提升或下降振沖器以加速石子沉落到孔底,然后將振沖器沉入填料中進行振密制樁，待達到規定的振密電流和留振時間后，將振沖器上提30～50cm，如此反復，逐段填料加密至孔口，制樁完成。振密段長度控制在30～50cm，記錄好各段深度的填料量。

2.4 主要工序質量控制措施

2.4.1 碎石填料質量控制

為保證樁體的質量，碎石料最大料粒徑控制在10cm,含泥量≤5%,無風化、無污染、新鮮性能穩定的硬質碎石，采用連續級配，并按規范要求進行抽檢,所用填料必須符合設計規范要求。

2.4.2 造孔質量控制

造孔是保證施工質量的首要條件，偏差必須符合規范要求。振沖器尖端噴水中心與孔位中心偏差不大于5cm，成孔中心與設計定位中心偏差小于10cm,造孔深度不應淺于設計深度以上0.3～0.5m，造孔完成后的樁頂中心與定位中心偏差不大于樁孔直徑的0.2倍。造孔時振沖器應保持懸垂狀態，若發現振沖器偏離樁位應及時調整，其偏斜不大于樁長的3%。造孔速度、水壓嚴格按試驗取得的參數控制。

2.4.3 清孔質量控制

造孔完成后即可清孔。振沖器在孔內上下提拉1～2次，直至振沖器在孔內順直通暢或漿液變稀為止，清孔應清到孔底。

2.4.4 樁體振密質量控制

振密是振沖法施工的關鍵工序，振密標準采用振密電流、留振時間、加密長度三個指標控制。振密電流、留振時間采用電氣化自動控制系統控制，并及時檢查其準確性。為保證振密長度的準確性，在振沖器導管上焊上以1.0m或0.5m為刻度的標志，使操作人員能較準確的掌握處理深度及加密段的長度。填料量反映了土的特征，當填料量與規定數量有較大差距時，可調整技術參數，確保工程質量。振密必須從孔底開始，逐段向上填料振密，中間不得漏振，在施工作業面以下1.0m范圍內，振沖器應多振壓幾次，以確保樁頭質量。

施工過程中由專人填寫施工記錄表，對成樁過程的各項數據務必填寫詳細，完整、真實、準確、清晰。

3 振沖加固效果檢測

本工程質量委托山東省水利工程檢測中心進行檢測，進行了樁體密實度和樁間砂殼密實度檢測。按規范要求，選取了總樁數的 3%對樁體進行了重型（2）動力觸探跟蹤檢測，平均灌入10cm的錘擊數均大于5擊，符合設計要求。對樁間砂殼的擠密效果進行了取樣跟蹤檢測，經試驗相對密度均大于0.75，符合設計要求。