淺談復合地基振沖碎石樁施工技術

郭 浩 東

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談復合地基振沖碎石樁施工技術

郭 浩 東

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

豐寧抽水蓄能電站攔沙壩壩基采用直徑1.2 m振沖樁進行地基加固以增加其承載力，設計要求振沖碎石樁深度進入礫石1 m，目前已經完成。通過對所采用的振沖碎石樁施工技術進行總結，可對今后類似地層振沖樁施工起到一定的借鑒作用。

復合地基；振沖碎石樁；施工技術；豐寧抽水蓄能電站

1 工程概述

河北豐寧抽水蓄能電站下庫攔沙壩壩軸線位于下水庫進出水口上游，直線距離約1.65 km，壩基為淤泥質粉土，采用振沖碎石樁加固處理。在清除設計高程以上的淤泥后，為保證施工安全和質量，設計增加了1 m厚振沖碎石作為施工平臺，填筑碎石6.9萬m3，振沖碎石樁底部與砂卵礫石層相接，深入到砂卵石層1 m。振沖樁樁徑為1.2 m，樁間距為1.5 m×1.5 m，梅花形布置。根據振沖樁大型荷載試驗成果，振沖樁采用20～120 mm級配碎石，由電站砂石骨料系統集中供料，振沖碎石樁工程量為365 667 m，施工工期為3個月，需要振沖碎石80萬t。

2 振沖樁施工

2.1 供 水

振沖樁施工高峰期最大用水量為160～220 m3/h，振沖施工機組供水設備由儲水設備、水泵、分水盤、壓力表等組成。儲水設施采用4 m3水箱,分水盤和壓力表的功能為配置水量和水壓。分水盤為三叉式水管結構，主管與水泵出口相聯，一路叉管與振沖器水管相聯，安裝壓力表以調節供水壓力；一路叉管將多余的水量返回水箱。水源在基坑集水井側(或河道側)設置沉淀池，基坑滲水井過濾沉淀后直接抽用。

2.2 供 電

振沖施工的每個機組均包括振沖器、高壓清水泵、排污泵、電焊機、照明設備用電等。一套振沖設備用電量為150 kW左右，因此，根據施工需要，施工高峰期用電功率約1 650 kW。施工用電分別從攔沙壩左岸和右岸的接入點接入，各機組配備相應的電纜、配電箱、電表等，施工用電獨立設置系統，互不干擾。

2.3 施工順序

振沖樁施工工期緊，強度大，結合現場供電要求及后續施工需要，首先施工攔沙壩軸線上下游各50 m范圍內的振沖樁加固處理，以便盡早為防滲墻施工提交施工工作面；同時，根據設備富裕程度及場地布置條件，結合振沖料供料速度，適時完成剩余兩側部分振沖樁的施工。

2.4 主要施工設備

2.4.1 振沖器

根據前期試驗成果、設計要求和地層特點，攔沙壩振沖加固選擇BJ75(功率75 kW)振沖器，其基本性能參數見表1。

表1 基本性能參數表

BJ75型振沖器性能穩定、可靠、優良。在振沖碎石樁地基施工生產實踐中，BJ75型振沖器較為常見，工效較快，施工質量穩定，激振力大，穿透堅硬土層的施工能力強，加固后的地基沉降及差異沉降均較小，可滿足施工階段高強度要求。

2.4.2 起吊機械

起吊力和起吊高度必須滿足施工要求。常用的起吊機械有汽車吊、履帶吊、打樁機架和扒桿等。根據該項目施工樁長，起吊機械選用16～25 t汽車吊。

2.4.3 電氣控制設備

電氣控制裝置除用于施工配電外，還具有控制施工技術指標的功能，即可控制振沖施工中造孔電流、加密電流、留振時間等。BJ75型振沖設備采用自動方式控制加密電流值和留振時間，施工過程中，當電流和留振時間達到設定值時其會自動發出信號，現場采用紅燈進行警示以指導施工。

2.4.4 填 料

采用1.5～3 m3裝載機上料。

2.4.5 施工準備

振沖施工開工前，根據設計圖紙進行壩基驗收，完成1 m厚度的褥墊層回填，將壩基回填至設計高程，同時與監理工程師聯系，確定振沖碎石樁的施工質量控制辦法、試驗檢測項目、試驗檢測程序、頻次等內容，將施工現場進行劃分并測量放線，確定每臺振沖器的施工范圍等。

2.4.6 振沖樁施工工序

(1)清理場地，接通電源、水源。

(2)施工機具就位，起吊振沖器對準樁位。

(3)造 孔：

①振沖器對準樁位，先開啟壓力水泵、待振沖器末端出水口噴水后再啟動振沖器，待振沖器運行正常、開始造孔時,將振沖器徐徐貫入土中，直至設計要求的持力層。

②造孔過程中振沖器應處于懸垂狀態。振沖器與導管之間設置有橡膠減震器聯結，因此，導管有稍微偏斜是允許的，但偏斜不能過大，以防止振沖器偏離貫入方向；

③造孔的速度和能力取決于地基土質和振沖器類型及水沖壓力等，在該淤泥質壤土地層中成孔速度較快。

(4)清孔：造孔時返出的泥漿稠或孔中有狹窄或縮孔地段時應進行清孔。清孔時，將振沖器提出孔口或在需要擴孔的洞段上下反復提拉振沖器，使孔口返出的泥漿變稀，保證振沖孔順直通暢以利填料沉落。

(5)填料加密：采用強迫填料制樁工藝。制樁時連續施工，加密從孔底開始，逐段向上，中間沒有漏振。當達到設計規定的加密電流和留振時間后，將振沖器上提繼續進行下一段的加密。

(6)重復上一步驟工作，自下而上，直至加密到設計要求的樁頂標高。

(7)關閉振沖器，關水，制樁結束。

3 振沖施工質量保證及預防措施

施工過程中質量控制的要素主要有：樁位偏差、施工深度、填料量、施工技術參數及其在施工過程中對樁體密實度和樁間土加密效果進行隨機抽檢。

3.1 樁位偏差控制

要使成樁后的樁位偏差達到規范要求，首先在造孔時就要控制孔位偏移。造孔過程中發生孔位偏移的原因及采取的糾正方法：

①土質不均勻，造孔時向土質軟的一側偏移。

糾正方法：既可使振沖器向硬土一邊造孔，其偏移量的多少在現場施工中確定，亦可在軟土一側倒入填料以阻止樁位偏移。

②振沖器導管上端橫拉桿拉繩的拉力方向或松緊程度不合適而造成振沖器偏移。

糾正方法：調整拉繩的方向和松緊度。

③振沖器與導管安裝時中心線不在垂直線上或導管彎曲。

糾正方法：調整振沖器與導管的中心線在垂直線上，對彎曲的導管應調直或更換。

④施工時從一側填料擠壓振沖器而導致樁位偏移。

糾正方法：改變調料方向，從孔位四周加入填料。

⑤當制樁結束、發現樁位偏移超過規范或設計要求時，應找準樁位重新造孔，加密成樁。

3.2 樁長的控制

(1)在振沖器和導管組裝完成后，應用鋼尺丈量并在振沖器和導桿上標出長度標記，一般0.5 m為一段，操作人員據此控制振沖器的入土深度。

(2)應了解地面高程變化情況，依據地面高程確定應造孔的深度。

(3)施工中地面下沉或淤積抬高時，對振沖器入土深度要做相應調整，以確保成樁長度。

3.3 填料量的控制

(1)一定要注意每次裝載機鏟斗裝料的多少及散落在孔外的數量。

(2)要核對進入施工場地的填料總量和填入孔內填料的總量。

3.4 施工技術參數控制

施工技術參數有：加密電流、留振時間、加密段長度、造孔水壓、加密水壓及填料數量。

當采用加密電流、留振時間、加密段長度為綜合指標時，填料數量受上述指標所約束。

施工技術參數控制時應注意以下事項：

(1)為保證加密電流和留振時間的準確性，施工中采用了電氣自動控制裝置。在振動條件下使用，所設定的加密電流值、留振時間和加密段時間可能發生變化，應及時調整；

(2)確保加密電流、留振時間和加密段長度達到要求，否則不能結束一個段長的加密；

(3)振沖器的空載電流由于某種原因會有一定的波動。空載電流的控制也是施工中應注意的一個環節。因此，在施工中應經常對振沖器的空載電流進行測量記錄，當其與常規的空載電流差別較大時，應及時檢修設備或適當調整加密電流，以保證施工質量。

3.5 特殊情況的處理

振沖施工涉及的地層在施工過程中可能會發生抱卡導桿的情況，將會影響施工工效和質量。一般采取以下措施可確保振沖成樁順利進行。

①采用大直徑、高強度導桿，減小導桿與振沖器連接處的直徑突變，增加造孔設備自重，增強其穿透能力，可降低砂礫石層抱卡導桿的幾率。

②當出現抱卡導桿跡象時，應及時停止下放振沖器，讓振沖器停留在原深度，加大水壓預沖一段時間，然后緩慢下放振沖器，在該地段附近多次上下提拉振沖器清孔，防止卡孔，實現穿透。

③當振沖器不慎卡埋在孔中、采用以上措施無效時，可使用大噸位吊車提住，啟動振沖器緩慢上提，多次啟動直至其被提出；若一時不能提出，可暫停電機運行，繼續水沖，過一段時間待障礙物束縛振沖器及導管的應力解除后再按上述步驟提拔；而當振沖器電機損壞、吊車不能提出時，可以采用其他振沖器在其周圍打孔，或用反鏟開挖一定深度以減小阻力，再使用反鏟或裝載機配合吊車提拔。

④地層中存在夾層。當施工中存在硬夾層、造孔電流超過100 A時，為驗證該層是否為最終持力層，應通過多次上提、下放振沖器進行控制，避免出現達到終孔條件假象，以提高樁體的有效處理深度，保證工程質量；在土層軟弱、加密電流不易達到設計值時，采取振沖器提出孔口，追料壓到軟弱層并多次重復上述過程，增加該施工段的填料量、減小加密段長，以保證樁體密實度。

3.6 保證樁頭密實度的技術措施

(1)加密位置應達到基礎設置高程以上1 m，以保證樁頂密實度；

(2)加密接近樁頂時，孔口堆料強打并反復振搗，延長樁頂部留振時間、增加振搗次數。

4 結 語

目前該電站下庫攔沙壩振沖樁按照上述技術要求已經全部施工完成。根據設計要求，由業主委托的第三方檢測機構對樁間土標準貫入試驗、樁間土室內土工試驗、樁體密實度重型(超重型)動力觸探試驗、復合地基靜載荷試驗、現場樁體材料室內剪切試驗均進行了檢測，試驗檢測結果全部滿足設計要求。因此，在振沖樁施工過程中，必須嚴格按照技術要求進行施工，才能確保地基處理之工程質量和安全滿足設計和規范要求，同時對所投入的振沖設備臺(套)數和施工時段進行了統計，振沖施工工效在河床沖積層淤泥質黏土和砂礫石層中約為6 000～9 000 m/月·機組。筆者在文中介紹的施工技術和資源配置可以在今后類似地層施工時予以借鑒。

郭浩東(1968- )，男，河南漯河人，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

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