振動水沖法在某水庫大壩加固中的應用分析

陳 彬

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330001)

振動水沖法在某水庫大壩加固中的應用分析

陳 彬

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330001)

水庫是一項重要的民生工程，但大部分水庫使用年代久遠，急需必要的除險加固，如何在保證工程效果的前提下減少經濟負擔，成為當前的主要問題。文章以江西某水庫大壩除險加固工程為例，對振沖法在上游壩坡加固中的應用進行了闡述分析，以期為類似的施工提供了必要的技術參考。

振沖法；岸堤水庫；加固；應用

0 引 言

據有關資料顯示，我國大部分水庫多建設于20世紀60年代左右，且大壩結構為心墻砂殼壩，受制于當時的施工水平及長時間的腐蝕風化，當前很多壩體存在砂殼質量差、密度值不達標等問題，除險加固工作勢在必行。振沖法作為一種新型地基加固技術，相對于傳統加固方法有著顯著優勢，應用于壩坡加固完全滿足“經濟適用”原則。

1 工程概況

某水庫流域控制面積約為1693.5km2，總庫容超過7.5億m3，是一座以防洪灌溉為主，兼顧發電、供水、養殖、旅游等綜合開發利用的大型水利工程。該水庫建設于1959年，主壩長1665m，最大壩高29.8m。在1989年時對該水庫大壩進行了大規模的除險加固，包括壩基帷幕灌漿、上游壩坡振沖加固、迎水護坡翻修等，在此重點研究上游壩坡加固工作。

2 振動水沖法加固機理分析

振動水沖法簡稱振沖法，是利用起重機吊起高頻振動器，啟動高壓水泵，在邊振動邊水沖的作用下使振動器到達地基預定深度，之后在孔內填充碎石并振動壓實，這樣可使密實樁和原土體共同組成復合地基，顯著提高地基密實度和承載力[1]。

振沖器從上到下主要由潛水電機、偏心塊、振動體組成，射水管安裝在空軸內，水壓范圍在0.4-0.6MPa。作用機理為通過振動器水平振動來擠壓填料及周圍土體，從而達到增強地基穩定性、提高地基抗液化能力。

3 振動水沖法在岸堤水庫大壩加固中的應用分析

3.1 振沖加固設計分析

1)加固前壩料力學性能分析：該水庫主壩可分為心墻砂殼和黏土均質壩兩部分，其中心墻砂殼壩樁號為0+730，通過現場勘查得出壩料物理力學性質，如表1所示。由數據可知該壩體砂殼較為松散，相對密度較小，有反生滑坡可能，因此必須進行加固。

表1 壩料物理力學性質(部分)

2)振沖孔參數設計：經現場勘查，確定在大壩上游壩坡168m高程以下部分采用拋石壓重方式加固，在168-176m高程范圍內采用振沖法加固。設計振沖孔深度范圍是4.5-8.0m，加固標準為相對密度Dr≥0.75。

本項目振沖孔按梅花形布置，振沖孔間距d按照公式(3-1)進行估算[2]。通過計算，本工程振沖孔間距d=2.02m，設計取值2.0m，共布置22排，排距也為2.0m。本項目在細砂及粗砂壩段分別采用采用35kW和55kW振沖器施工。

(1)

式中：V為每個振孔所需填料數量(可現場試驗求得)，m3；s為振沖孔深度，取值8m；Va為加固每m3壩體所需填料(計算公式如2)，m3。

(2)

式中：e為加固后要求達到的砂土孔隙比；e0為壩料加固前原始孔隙比；e1為回填料孔隙比。

3)填充料的選取：填充料對加固效果影響顯著，填充質量主要取決于填料級配、填充和返水速度等，目前振沖法常用的填充料包括粗砂、礫石、礦渣等，填充料粒徑一般控制在3-5cm為宜。本項目選取填充料為碎石和粗砂，要求品位在0-20之間。

3.2 振沖加固施工分析

1)準備工作：①確保水泵壓力表正常工作；在振沖器連桿上每隔50cm設置一刻度，隨時觀察貫入深度。②為方便施工，在壩坡開挖施工小平臺，并根據平臺高程計算振沖孔深度[3]。③為保證孔位準確，在施工壩段兩端設置準線樁，每隔20-25m設置兩個斷面樁。

2)振沖施工：①對孔距、排距進行測量放樣，并為每個孔位進行編號；設置好排水槽，水槽段間搭接長度>0.1m，溢水口位置高于振沖孔；②振沖器開進施工現場，使振沖器頂部對準樁位，利用下噴水水束校正位置，振沖器位置偏差≤5cm，傾斜度不超過2°。將噴水壓力增加到0.3MPa，并開啟側向補水口，其壓力控制在0.05MPa以下。啟動振沖器，等水壓、電流(65A)穩定后開始貫入，速度控制在1.5m/min；③若貫入過程中遇到堅硬夾層，可稍微提升鉆頭，再向下沖，反復幾次，保證電流不超過控制電流，若連續多次長時間無法貫入，則停止該孔位施工[4]；④振沖孔深度達到設計標準后進行填料作業，遵循“逐層振密、逐層提升”方法，每次提升距離控制在30cm左右。在細砂壩段留振時間在70s左右，粗砂壩段在50s左右。禁止從振沖孔一側集中填料，要從四周同時進行，可防止振沖器偏移位置，注意填料速度不得過快。本項目利用小推車上料，本項目細砂壩段填料體積為1.2m3/m；粗砂壩為1.0m3/m左右；

3)質量檢查：振沖作業結束后采用“標準貫入法”對振沖樁進行質檢，設計每300孔為一個檢測組，檢測位置包括樁身、二樁間點、三樁間點(如圖1)，主要質檢指標為貫入深度、相對密度。通過檢測，該工程振沖樁工程合格率總體超過95%，未達到設計要求的其相對密度也達到0.6以上。

圖1 檢測點位置示意圖

4)壩坡整修壓實：在振沖作業完成后，壩坡會有偏厚現象，這是因為沙料流失造成的。此外，需對施工平臺進行回填處理，本項目壩坡修整工程量為挖除余砂3.46萬m3，回填砂料0.23萬m3，施工機械為推土機和振動碾(規格為13t)。在碾壓前在坡面灑水，保證碾壓密實度。

4 結 語

該水庫大壩加固創新性的使用了振沖加固技術，不僅工程效果滿足設計要求，而且該技術與傳統翻壓加固法相比，其綜合成本可降低30%以上，經濟效益顯著。此外，振沖法不需將加固區水量放空，節約了大量水資源，對保證當地按時灌溉意義重大，社會效益明顯。綜合來看，振沖法加固砂殼壩坡具有施工簡單、安全、不受水位影響等諸多優點，值得在類似工程中加以推廣。

[1]任海民.振動水沖法在黏土心墻砂殼壩加固工程中的應用[J].水利建設與管理，2011(02)：32-35.

[2]屈慶余.振動水沖法加密技術在三峽工程二期圍堰中的應用[J].水利水電科技進展，2012(06)：45-48.

[3]周元強，徐強，沈錦儒.振沖法處理飽和粉土地基的工后孔隙比研究[J].巖土力學，2013(S1)：27-30.

[4]王盛源.振沖法加固松軟地基[J].巖土工程學報，2016(05)：18-22.

1007-7596(2017)10-0153-02

TV697.3

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2017-09-24

陳彬(1985-)，男，江西高安人，工程師，研究方向為水利水電工程。