鄧家溝水庫大壩受沖擊成孔樁振動影響研究

胡培良，李愛兵

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2. 金屬礦山安全技術國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

鄧家溝水庫位于貴州省習水縣境內，因修建仁懷至赤水高速公路需要，線路跨水庫修建鄧家溝水庫大橋。該大橋有12個樁基采用沖擊成孔灌注樁施工方案，為研究該施工方法對水庫大壩影響程度，主要采用現場監測及理論研究相結合的方式。

1 工程概況

1.1 地質條件

鄧家溝水庫大橋位于習水縣桑木鎮森林村，為路線跨越水庫而建設。橋址區屬中切壟脊中山地貌，微地貌為寬谷，路線穿越段寬谷呈近南北向展布，寬谷兩岸地形坡度較陡，約30～40°，區內橋軸線經過地面最高處標高為887.67 m，最低處標高為842.507 m，相對高差約為45 m。植被弱發育。

根據工程地質調繪、鉆探揭露及室內巖土試驗結果，勘探深度范圍內地層上部主要由第四系坡殘積(Q4el+dl)粘土、粉質粘土、淤泥、碎石土、塊石土組成，下伏基巖為奧陶系上統(O1m)灰巖、泥巖，中下統(O2+3)灰巖。第四系土層分布在溝谷及斜坡地區，厚度較大，主要為第四系坡殘積(Q4el+dl)粘土、粉質粘土、淤泥、碎石土、及塊石土，下伏基巖為奧陶系上統(O1m)泥巖、灰巖，中下統(O2+3)灰巖。地層產狀198°∠15°、250°∠20°。依據其成因類型、地質時代、節理裂隙發育程度、風化程度及強度差異分為4層。橋址區地表水發育，主要為水庫，匯水面積大，路線跨越段水庫寬約120～180 m，水深5 m左右，水量受大氣降水影響。

1.2 項目介紹

橋址區與鄧家溝水庫大壩較近，位于橋址區的左側，最近的直線距離只有37 m左右。

大橋中心里程左線為ZK60+456.0，右線為YK60+469.0，左線起訖樁號ZK60+321.96～ZK60+608.04，全長286.08 m，設計為7×40 m PC T 梁；右線起訖樁號YK60+343.96～YK60+594.54，全長250.58 m。

其中進行沖擊成孔灌注樁施工的12個樁基為Z3#-1、Z3#-2、Z4#-1、Z4#-2、Z5#-1、Z5#-2、Y2#-1、Y2#-2、Y3#-1、Y3#-2、Y4#-1、Y4#-2(見圖1)。樁下基巖均為中風化泥巖；該橋其他樁位并不采用沖擊成孔灌注樁施工方式。其中距大壩最近的沖擊成孔灌注樁鉆孔為Z3#-1號樁基。在施工期間，水庫水位已放至排水孔以下，估計深度為1 m左右；沖擊錘質量為7～8 t，沖程為2～3 m，泥漿比重為1.05～1.20。

圖1 振動監測點及施工樁位

2 監測系統測點布置[1-5]〗

本次監測采用的儀器為UBOX-5016振動智能監測儀，完整的振動監測過程可以分為3個部分，分別是測試參數準備、現場測試、數據回放。

固定測點布置分別在水庫壩頂、水庫壩基臺階以及水庫附近的裸露基巖上，每個測點設置3個觀測方向，分別用于安裝垂直、徑向和切向3個方向速度傳感器，監測鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩的振動影響；并且對水庫大壩周邊采用部分臨時點進行監測，測點具體布置見表1，測點分布實際照片見圖2。

監測點距離Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1具體距離詳細情況見表1。其中：1號與9號點位于壩體接近中央位置基礎，監測壩體中央基礎部分振動情況；2號位于壩體中央上部，監測壩體中央上部壩頂處振動情況；4號和5號位于監控壩體上部溢水孔處，監測上部結構物產生的振動情況；8號位于該壩體原有裂紋處，監測該裂紋處產生的振動情況；6號和7號分別位于壩體兩端，監測該大壩兩端振動情況；3號位于接近大壩的裸露基巖處，通過該處監測該大壩附近基巖的振動情況。

圖2 監測點實際布置

監測位置至Z3#-1距離/m至Y3#-2距離/m至Y3#-1距離/m168120112266120116388140140466120118566120118692152145787145135871130120966130123

3 監測結果及分析

3.1 監測結果

沖擊成孔灌注樁施工順序為Y3#-2、Z3#-1和Y3#-1，前期施工為安全起見，先施工距水庫大壩較遠的樁號，后期為了監測需要施工了最近的Z3#-1，從而判斷施工振動對大壩的影響程度。

在Y3#-2施工期間僅布置了1、2、3號監測點，在施工過程中，監測儀器均為被觸發，未監測到任何振動數據。

在Z3#-1施工期間，施工至3 m左右，1、2、3號監測點未監測到任何振動數據。在其施工至6～7 m深時，又相應增加了4、5號監測點。在沖擊過程中， 4號監測點測試到相關振動數據，具體測試數據見表2，實測振動波形及頻譜圖見圖3、圖4。

表2 Z3#-1施工期間監測點監測數據

圖3 實測代表性波形

圖4 實測代表性頻譜

在Y3#-1施工期間，又增加布置了6～9號監測點，在其施工至5 m時均未測試到任何數據。

3.2 結果分析[6-7]

根據GB6722-2011《爆破安全規程》、DL/T5333-2005《水利水電工程爆破安全監測規程》，對于水庫大壩質點振動速度安全控制標準參考水電站及發電廠中心控制室設備標準為：

水電站及發電廠中心控制室設備，質點振動峰值速度不大于0.5 cm/s。

根據表2監測結果，鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩周邊產生的振動速度最大值為0.068 cm/s，均未超過該大壩質點振動控制標準(0.5cm/s)，不會對該大壩造成損傷。

3.3 理論對比[7-8]

根據該項目采用沖擊錘重7～8 t，沖程為2～3 m，泥漿比重為1.05～1.20，從而計算該沖擊錘所做的功最大為：W=204 kJ,僅相當于0.058 kg炸藥。

根據《爆破安全規程》中爆破安全振動安全允許距離：

(2)

式中，R—爆破振動安全允許距離，最近值66 m；

Q—炸藥量，kg；

V—保護對象振動允許速度，0.5 cm/s；

K、α—與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，泥巖為軟巖石，K和α取值分別為300和1.9。計算得：Q=11.8 kg。

按沖擊錘所做功相當于0.058 kg炸藥進行爆破振動計算得：V=0.017 cm/s，其值也遠小于0.5 cm/s的允許值。

理論計算同實際監測結果吻合，監測結果可信。

4 結 論

通過對鄧家溝水庫大橋沖擊成孔灌注樁施工對鄧家溝水庫大壩的振動監測結果的分析研究，可以得出如下結論：

(1) 沖擊錘質量7～8 t，沖程為2～3 m時，對Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1樁位進行沖擊成孔灌注樁施工時，并未觸發大壩壩體、大壩基礎以及臨近基巖處監測儀器，未采集到任何數據，故不會對鄧家溝水庫大壩壩體產生損傷。因而在控制沖程以及沖擊錘質量不變的前提下，對于其他9個樁基進行沖擊成孔灌注樁施工，并不會對大壩產生損傷。

(2) 后經過加設監測測點4、5，該Z3#-1樁位沖擊成孔灌注樁施工對水庫大壩上方溢水孔上部結構產生的振動速度最大值為0.068 cm/s，仍未超過水庫大壩質點振動速度安全控制標準0.5 cm/s，表明Z3#-1樁位沖擊成孔灌注樁施工方式并未對大壩上部結構物產生損傷。在增加監測點后，Y3#-1號樁施工并未觸發1～9號所有監測點。

因而在控制沖程以及沖擊錘質量不變的前提下，對于10個樁基進行沖擊成孔灌注樁施工，并不會對大壩上部結構物產生損傷。

參考文獻：

[1]胡 兵，徐 穎.露天礦山深孔臺階爆破振動監測與分析[J].安徽工程大學學報，2012，27(2)：92-94.

[2]趙明生，池恩安，魏 興.孔內微差起爆降振技術在路塹開挖爆破中的應用[J].礦業研究與開發，2013，33(2):118-120.

[3]黃衛清，穆大耀，譚俊倫，等.蘭坪鉛鋅礦露天礦爆破震動監測與分析[J].礦冶，2012，21(2)：79-83.

[4]譚捍華，孫進忠，祁生文.強夯振動衰減規律的研究[J].工程勘察，2001(5)：11-14.

[5]褚宏憲，史慧杰.強夯振動監測應用分析[J].物探與化探，2005，29(1)：88-92.

[6]DL/T5333-2005.水利水電工程爆破安全監測規程[S].

[7]GB6722-2011.爆破安全規程[S].

[8]庫特烏佐夫，等.爆破工程師手冊[M].劉清泉，劉學山，畢衛國.北京：煤炭工業出版社，1992.