振冲碎石桩在大坝坝基加固中的应用研究.pdf

ISSN 1672-2841CN 44-1587/Z广东水利电力职业技术学院学报 2023 年 第 21 卷 第 3 期Journal of Guangdong Polytechnic of Water Resources and Electric Engineering，2023，Vol.21，No.3地基对建筑物的稳定安全起控制作用。科学、牢固的地基为后续设计施工顺利开展奠定坚实基础，若天然地基不满足变形和稳定要求，需进行专门处理1。软土地基具有高压缩性、抗剪强度低、流变性强的特点，在其上施工应注意处理强度和稳定性、沉降变形等问题，以提高地基稳定性和承载力，保证地基及其后续工程质量2。软土地基处理方法有：垫层换填法、桩基础加固法、挤密法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、灌浆法、强夯法等。垫层换填法是用物理力学性能良好的土工材料代替天然地基中部分或全部软土层，分层夯实成低压缩性地基持力层。地基持力层有利于防止地基冻胀，提高地基承载力，加速软土排水固结，减少地基沉降3。在地基处理措施中，桩基础应用十分广泛，其作为一种深基础结构，一般用于地质条件差的地层，可穿越软弱岩土层，增强地基承载力4。在工程实际中充分掌握岩土层特性，合理开展设计方案和工程施工，采用针对性的施工技术，可保障整个工程的施工质量。碎石桩在砂土中主要起挤密作用，目的是提高地基土承载力，减少变形和增强抗液化性5。碎石桩施工时使饱和松散的砂土颗粒在强烈的高频振动下重新排列致密，在振孔中的强制挤密使砂土相对密度增大，孔隙率降低，干土重度和内摩擦角增加，土的物理力学性能改善，地基承载力振冲碎石桩在大坝坝基加固中的应用研究石 硕（广东水电二局股份有限公司，广州 511340）摘 要：桩基加固是处理不良地基的重要方法之一，其对改善地基的变形稳定性意义重大。就此以四川康定金元水电站为例，对坝基存在的软弱地基问题提出基于振冲碎石桩加固的对策，同时对振冲碎石桩布置方案及主要施工工艺进行阐述，并进行效果评价。结果表明：经振冲碎石桩加固后，不良地基得到有效处理，坝基能满足工程建坝要求，相关处理方案与施工技术可为类似工程提供借鉴与参考。关键词：振冲碎石桩；不良地质；软弱地基；桩基加固中图分类号：TV223 文献标志码：A 文章编号：1672-2841（2023）03-0021-04收稿日期：2022-09-29作者简介：石硕，男，工程师，主要从事水利工程技术研究与管理工作。大幅提高（可提高 25 倍）6。桩基础采用钻孔机钻孔，将做好的钢筋骨架放入孔内，灌注混凝土形成钻孔桩。其在闸坝地基加固、工民建地基处理、海上软基加固等领域应用广泛，可避免工程受不良地质条件影响，保障了工程稳定与安全。1 工程概况11电站位置及布置金元水电站位于四川甘孜藏族自治州康定县境内、大渡河左岸支流金汤河干流中游，为金汤河干流梯级开发的第二级水电站。电站为引水式开发，以发电为主，兼顾生态用水。水库正常蓄水位2610.0m，死水位 2602.0m，总库容 13.3 万 m3，调节库容 9.6 万 m3，电站总装机容量 12.0 万 kW。坝址位于康定捧塔乡下关门石，左岸支流雪顶沟汇口下游 1.9km 处，下距金汤镇 24.5km，至金汤河河口约 40km。首部枢纽建筑物由混凝土重力坝、泄洪冲沙闸、排污闸及引水隧洞进水口等组成。重力坝布置于、坝段，坝长分别为 9.0m、6.5m、9.0m，坝 顶 高 程 2611.00m，坝顶宽10m，最大坝高27.0m，基本剖面为三角形，三角形坝顶高程 2611.00m，上游坝坡铅直，下游坝坡 1:1.2。泄洪冲沙闸布置顺水流方向长 41.0m，坝顶高程 2589.00m，闸室段坝长 14.0m。21-242023，21（3）22广东水利电力职业技术学院学报12存在问题及地基处理的必要性金元水电站坝址出露岩层均为泥盆系中统下段，岩性以厚层白云岩化细晶灰岩为主。坝址范围分布第四系冲崩积物，结构相对复杂，承载能力差异较大。闸坝、进水口基础覆盖层的第层属液化土，承载力及抗变能力低，液化后不满足闸坝基础稳定与变形要求。因此，有必要对其进行工程处理。根据设计和地勘提供的报告成果，覆盖层第层崩积块、碎石夹粘土层和第层冲积卵（碎）砾石夹砂土层中的大块石、漂卵砾石含量均在 75%以上，振冲器直接施工难度较大，无法直接贯入，设计采用“冲击钻造引孔后振冲”方法进行施工。本研究结合有关振冲桩施工与地基加固相关案例，对金元水电站闸坝基础加固及其振冲碎石桩施工工艺、技术及加固效果展开分析，以期为类似工程建设提供参考。2 振冲碎石桩加固地基21加固设计方案2.1.1处理范围与试验参数处理范围至覆盖层第层河湖相粉土质砂层底部，振冲深度以穿过第层为原则，并嵌入第层 1.0m。根据设计技术要求，确定采用的振冲主要参数（见表 1）。表 1 振冲试验施工参数类别造孔水压（MPa）造孔水量（L/min）加密水压（MPa）加密电流（A）留振时间（s）数量0.30.82004000.10.415016010152.1.2孔位布置依据设计图纸及设计单位关于振冲碎石桩技术要求，本工程振冲碎石桩按梅花形布置，闸坝覆盖层基础间排距为 2.0m2.0m，进水口部位覆盖层基础间排距为 1.5m1.5m（大坝地基处理平面布置见图 1，典型剖面见图 2）。22施工技术方案2.2.1施工工艺流程振冲碎石桩填料应采用具有良好级配的碎石，碎石应采用饱和抗压强度大于 40MPa 的石料，填料为含泥量不大于 3%性能稳定且无腐蚀性的硬质材料，粒径控制在 2040mm。振冲碎石桩施工程序如图 3 所示。2.2.2引孔施工采用跳打法施工顺序，造孔直径 80cm，孔位偏差不大于 5cm。造孔过程中为保证孔斜质量，每钻进 1.0m 采用“重锤”法测量一次孔斜，保证孔斜率达到设计要求。初拟引孔各项控制参数：孔位偏差不大于 50mm；引孔深度 78m，但在此深度后如遇大漂石振冲器无法贯入时可继续加深引孔深度；孔斜率不大于 3%。2.2.3振冲施工造孔及清孔后即用装载机向孔内填料。为顺利填入振密，填料不宜过猛，加料厚度宜小于 50cm，同时保证填料后振冲器能贯入到原提起前深度，以防漏振。应采取少量多次原则。填料级配应经现场试验确定，禁用单级配填料，结果应报送监理工程师。填料时保持小水量补给，使填料处于饱和状态；每次加料厚度宜小于 50cm。2.2.4成桩工艺碎石桩施工采用振动法，施工顺序采用跳打形式，并由外缘向中心进行，相邻两桩碎石灌注量不小于 0.24m3/m。在上述引孔、沉桩施工完成后进行成桩施工，工艺如下：桩机就位，校正桩管垂直度 1.5%；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长；设置二次投料口；在桩位处铺设少量碎石。启动振动锤，将桩管下到设计图 1 大坝地基处理平面布置图 2 大坝地基处理典型剖面图 3 振冲碎石桩施工振冲碎石桩90cm 振冲碎石桩间排距 2.0m2.0m，梅花形布置23石 硕：振冲碎石桩在大坝坝基加固中的应用研究深度，每下沉 0.5m 留振 30s。稍提升桩管使桩尖打开。停止振动，立即向管内装入规定数量碎石。振动拔管，拔管前先振动 1 分钟，然后边振边拔，每提升 1m 导管应反插 30cm 留振1020s，拔管速度为 12m/min。根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内碎石全部拔出。提升桩管开启第二投料口并停止振动，进行第二次投料直至灌满。继续边拔边振动，直至拔出地面。提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至地表。启动反插，及时进行孔口补料至该设计碎石桩用量全部投完，孔口加压至前机架抬起，完成一根桩施工移动桩架至另一孔位，重复以上操作。2.2.5施工质量控制填料每 20003000m3作为一组试样进行质量检验，不足 2000m3的按一批次送检，填料的粒径、含泥量及强度等指标均需达到设计要求，经质检合格后方可使用。按总孔数的 10%布置检查孔检验施工效果，通过钻设检查孔，采取岩芯，编录并拍照，进行压水试验，根据透水率大小和岩芯中浆液结石的充填情况等全面评价施工质量。质量检验点的布置应具有代表性和均匀性，重要部位、地质条件变异部位及施工中曾有异常情况部位宜布置检验点。检查孔施工实行联检制，即每一试段，各参建方联合对孔深、栓塞位置、地下水位、压水过程等全过程参与并对成果现场签字认可。联检制能真实、准确反映检查孔施工情况，从而正确评价振冲桩施工质量。质检后如发现不满足设计要求的桩体，应实测出其影响区域，确定范围后进行补桩，再重新按检测项目进行检查，直至全部合格后移交。施工过程严格实行“过程治理控制”验收制度。各施工流程由甲方代表、监理全程监督并现场签字确认，合格后方可进一步施工，各工序完成需建设、监理、施工单位联合进行测深、测斜并现场签字。及时填写单元工程质量验收单，并按评定标准分析评价单元工程质量，报建设单位和监理部门审核签字。3 效果评价采用地基载荷试验并结合动力触探、标准贯入试验对复合地基的处理效果进行随机质量检验。动力触探试验检测桩体密实度；桩间土可在处理深度内用标准贯入试验进行检验；静载荷试验检测复合地基承载力；地基载荷试验检测复合地基处理效果。振冲桩动力触探试验检查时间为成桩后 1 天，密实度标准为动力触探平均贯入 10cm 的锤击次数 78 击，检查数量按 1%3%抽取，且不得少于 3 根；标准贯入试验在振冲施工结束后14 天进行，检测点数为 200400 根桩抽检一点，且检测点总数不得少于 3 点；地基载荷实验要点按 水利水电工程振冲法地基处理技术规范 进行，检测点数不得少于 3 点，当检测值的极差不超过其平均值的 30%时，可取其平均值作为相应的复合地基或单桩承载力特征值。对加固后层土的液化判别标准贯入锤击数临界值进行计算和查表分析，得出经加固后的层土为非液化土。在抽检的 5 根振冲碎石桩动力触探平均贯入 10cm 的锤击数分别为9、12、15、11、10，根据地基基础设计规范（GB50007-2011，）可判为密实桩。根据重型圆锥动力触探（N63.5）试验，统计得到击数平均值为 10，由此得出桩土复合地基承载力为400kPa。根据地基荷载复测结果，处理后的地基抗液化能力及复合地基承载力均得到较好的改善，满足金元水电站闸坝对坝基承载力、稳定与变形的要求。经振冲碎石桩加固处理后，监测数据与现场查勘均表明水电站坝基稳定。4 结语针对康定金元水电站坝基存在液化土体的工程地质问题，采用振冲碎石桩进行加固，通过施工过程控制及地基荷载复测，使处理后的地基满足大坝所需的承载力、地基稳定与变形要求。本研究在不良地基加固方面成效良好，但在经济性上略有不足，今后类似工程设计应进一步优化，在满足技术可行的基础上以获取最优经济方案。参考文献：1 苑韦虹.建筑工程桩基础施工技术要点 J.工程建设与设计，2022(02):160-161+167.2 于亮飞.浅谈岩土工程勘察中桩基础选择类型及其考虑因素 J.西部资源，2021(02):127-129.3 郑洲.深覆盖层土石坝坝体与坝基应力变形分析与评价J.陕西水利，2022(01):23-25.4 王勇.厚覆盖层坝基处理工艺中振冲碎石桩的应用探讨J.地下水，2022,44(01):276-277+285.5 郐凤东.CFG 桩地基处理施工技术探讨 J.建材与装饰，2019(29):23-24.6 庹晓军，刘强，曹瑞琅，等.基于随钻技术的振冲碎石桩施工质量评价方法研究 J.水利水电快报，2021,42(12):59-64.2023，21（3）24广东水利电力职业技术学院学报Application of Vibroflotation Gravel Piles in Dam Foundation ReinforcementSHIShuo(GuangdongNo.2HydropowerEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou511340,China)Abstract:Pilefoundationreinforcementisoneoftheimportantmethodsfordealingwithpoorfoundations,anditisofgreatsignificanceforimprovingthedeformationstabilityofthedamfoundation.Inthisregard,takingtheJinyuanHydropowerStationinKangding,Sichuanprovinceasanexample,theresearchproposescountermeasuresbasedonvibroflotationgravelpilereinforcementofthefoundationforsomeweakfoundationproblemsexistinginthedamfoundation.Atthesametime,thelayoutplanandmainconstructiontechnologyofvibroflotationgravelpilesareelaboratedandevaluated.Theresultsshowthatafterreinforcementbyvibroflotationgravelpiles,thepoorfoundationiseffectivelytreatedandcontrolled,andthedamfoundationcanmeettherequirementsfordamconstruction.Therelevanttreatmentplanandconstructiontechnologycanprovidereferenceforsimilarprojects.Key words:vibroflotationgravelpile;poorgeologicalconditions;weakfoundation;pilefoundationreinforcement参考文献：1 杨双旗.一种适用于惯导轨检小车的全站仪自动照准方法 J.铁道勘察，2020(06):103-105+122.2 方明.INS/GNSS 铁路组合惯导轨检小车在长轨精调施工中的应用 J.工程技术研究，2020(06):126-127.3 周武星，朱锋，张小红.惯导最优过程噪声参数确定及Abnormal Perception of Measurement Data of Inertial Rail Checking Trolley of Railway Total Station InstrumentCAOJian-teng(The5thEngineeringCo.,Ltd.ofChinaRailway18thBureauGroup,Tianjin300450,China)Abstract:Fortheresolutionofthelimitationsoflowaccuracyinabnormalperceptionofmeasurementdataofinertialrailinspectiontrolleyoftotalstationinstrument,anewmethodforabnormalperceptionofmeasurementdataisproposed.Firstly,attheinitialstageoftheresearch,measurementdataisobtained,andthemeasurementmechanismthatmeetsthetrackoperationspecificationsisextracted.Thedataisenteredintothemechanismsystem,andmeasurementstandardsarecategorized.Thetrolleystraveltrajectoryismonitored,andtrajectorydatamanagementisstrengthened.Internaltrajectorydataistracedandanalyzedtoobtainmoreaccuratetrolleytrajectoryinformation.Then,abnormalperceptioninformationisanalyzed,andadjustmentsaremadetotherailwaytrackcondition.Thelongitudinalandlateralextensionroutesofthetrackareimproved,andthemeasurementmechanismisadjusted.Modularizedabnormalperceptiondatainformationisintegratedtoobtainabnormalperceptioninformationunderdifferentmodes.Theperceptionschemeisoptimizedtocompletetheoverallresearchoperation.Theexperimentalresultsshowthatthedataperceivedbythenewmethodcanreachlevel0measurementstandards,andtherepeatabilitymeasurementaccuracyoflateraldeviationcanreach1mm,indicatingthatthisresearchhasgoodresults.Key words：total station instrument;inertial rail inspection;trolley measurement;abnormal data perception;data research其在高铁轨道检测中的应用 J.铁道科学与工程学报，2019,16(09):2137-2142.4 周禹昆，陈起金，牛小骥.基于 A-INS 组合导航的现代有轨电车轨道几何状态快速精密测量 J.铁道标准设计，2019(10):66-71.5 刘正毅，苟云涛，程朝阳，等.铁路新型地面标志传感器研制 J.自动化仪表，2019(11):86-89.（上接第 8 页）