水利大壩地基振沖碎石樁處理施工技術

申銀海 曾曉洲 四川二灘國際工程咨詢有限責任公司

振沖碎石樁施工技術具有施工周期短、工藝簡單、施工質量易控制等優勢，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，和原地基土組成復合地基，以滿足工程要求的承載力，并使沉降度小于工程規定的限值，減少變形，降低壓縮性，消除地層液化。復合地基中的碎石樁能發揮與砂井相同的排水作用。通過振沖碎石樁處理后的復合地基在遭遇地震時，不僅因復合地基強度提高，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設置的散粒樁體，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、數量也不多，但是由于樁問距小，碎石在樁間土中占據了較大的空間范圍，對樁問土的力學指標（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，攔砂壩的結構形式為復合土工膜防滲黏土芯墻壩，壩頂絕對標高為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、主要的施工設備

（一）振沖設備

振沖器的選擇和加密對象、加密孔位布置及其他施工技術參數密切相關，在施工環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。根據前期試驗的開展情況和獲得的效果、設計文件的要求和地質條件特點，現場施工采用BJ75 型振沖器。BJ75 型振沖器具有性能穩定、可靠度高的特點。在采用振沖碎石樁處理地基的生產實踐過程中，該型號的振沖使用較為廣泛。由于該設備具有施工工效高、速度快且施工質量穩定性高、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定性的要求。

（二）起重吊裝設備的選擇

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

（三）電氣控制設備的選擇

電氣控制裝置需同時滿足現場施工配電和控制施工技術參數的需要，施工技術參數主要包括：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，當施工中的電流量和留振時間都達到規定數值時，控制設備會自動發出提示信號，指導現場的施工。

（四）填料設備的選擇

現場的填料設備選用30m3的裝載機。

四、主要施工方法

（一）振沖樁施工工序

測量放線：根據提前畫好的樁位圖，將計劃施工區域的樁位放出來，并做好標記。場地清理、將施工電源和水源引入施工現場，做好施工的準備工作。準備工作完成后，將施工設備移至空位，并且將振沖器對準預先確定好的樁位。振沖成孔施工步驟①首先將振沖器對準施工樁位，其次開啟設備的壓力水泵，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，待振沖器空轉運行穩定以后，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參數，當樁尖達到設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。因振沖器和導管之間的連接采用的是橡膠減震器，所以如果導管稍微偏斜一點是可以的，但是偏斜量不能太大，以免產生振沖器偏離貫入方向的問題。③地基的土質情況、振沖器類型和水擊壓力等直接影響設備的成孔速度和成孔能力，一般情況下，淤泥質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漏振的情況。當加密電流和留振時間達到設計要求以后，再將振沖器緩慢地上升，繼續加密下一段，每段加密的長度要符合試驗的參數要求。重復以上步驟，從下到上加密，直到設計要求樁頂標高加密完成。加密完成后，關閉振沖器和壓力水，整個成樁過程完成。

（二）振沖碎石樁施工質量控制標準和施工技術要求

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，偏斜度不得超過規范要求。e.每孔段振沖器貫入1m～2m 左右，詳細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。②填料作業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，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象，直至加密到設計的孔頂高程。

五、質量保證措施

振沖碎石樁施工質量控制及管理措施：①嚴格按照設計圖紙和相關技術規范要求施工；②嚴格執行經批準施工方案，規范操作，執行三檢制；嚴格控制相關施工質量，施工人員持證上崗，進場材料和施工設備嚴格執行報驗制度。③施工中嚴格執行相關技術參數要求。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

振沖碎石樁標準貫入試驗結果表明，施工后，各地層巖性均發生改變，且由上至下標準貫擊數量逐漸遞增。由于上層有機質黏土中的碎石塊較多，導致振沖碎石樁樁體內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，并與有機質黏土充分固結后增加樁間土標準貫入擊數，這就是試驗結果顯示的樁體密實度不合格的樁間土標準貫入擊數卻達到20～38 擊的主要原因。碎石樁振沖施工后，導致壩基施工區域內地層層位上相增加，且在樁間土受到擠壓及地下水壓力升高的情況下，地基土應力隨之改變，不同土層力學性能也有不同程度的變化。