宋前軍

(江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，223001，淮安)

振沖砂樁加固技術(shù)在全祿水庫施工中的應(yīng)用

宋前軍

(江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，223001，淮安)

振沖砂樁加固技術(shù)是較理想的土石壩加固措施。以廣東中山市全祿水庫施工為例，分析振沖砂樁在水庫大壩施工中的運(yùn)用及對施工過程進(jìn)行質(zhì)量控制和質(zhì)量檢驗情況。實(shí)踐運(yùn)用說明振沖砂樁不僅可以提高壩基土的密實(shí)度、增強(qiáng)壩基復(fù)合地基承載力，而且可以在砂樁內(nèi)形成地下水通道、提高壩基抗“液化”性能，為水庫長期安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

振沖砂樁；加固；大壩施工；全祿水庫；應(yīng)用

水庫大壩基礎(chǔ)處理的方式多種多樣，振沖砂樁加固法不僅具有施工簡便、效果可靠、工期短、成本低及環(huán)境污染少等突出優(yōu)點(diǎn)，而且因使壩基相對密度大大提高而加強(qiáng)壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，所以振沖砂樁加固技術(shù)是較理想的土石壩加固措施?，F(xiàn)以中山市全祿水庫施工為例，分析探討振沖砂樁在水庫大壩施工中的運(yùn)用。

一、工程概況

全祿水庫工程位于廣東省中山市大涌鎮(zhèn)以西2 km石龍山上?？値烊?96.18萬m3，有效庫容187.51萬m3，最大壩高 28.50 m，大壩軸線長度515.60 m，是一座以抗咸為主、兼顧防洪的?。?）型新建水庫工程。工程主要由庫區(qū)、大壩、溢洪道、放水建筑物、上壩公路、水庫管理用房等部分組成。本工程大壩基礎(chǔ)采用振沖砂樁進(jìn)行加固處理。中標(biāo)價為484.599 38萬元，工期9個月；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為合格。

設(shè)計勘探資料反映壩址區(qū)壩基地層結(jié)構(gòu)由上而下為：黏土、黏土質(zhì)礫、坡織土、全風(fēng)化巖等，其中表層黏土全部清除，黏土質(zhì)礫、坡織土、全風(fēng)化巖為持力層。該區(qū)的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度為0.10 g。為了防止壩基在地震時發(fā)生“液化”使大壩失穩(wěn)而失事，有必要對壩基采用振沖砂樁加固，即在壩基中沖孔回填砂礫料，形成良好的排水通道，抗御地震“液化”破壞，保證大壩安全、可靠。

二、振沖砂樁的工作原理及工藝參數(shù)

1.施工原理

振沖砂樁施工流程為：施工準(zhǔn)備→測放樁位→樁機(jī)就位→沉管到設(shè)計高程→填砂→沖水密實(shí)→振拔管、填料→孔口投料密實(shí)→移機(jī)檢測。

擠密砂樁法是以振動的方式成孔，成孔后在孔中灌填中粗砂密實(shí)而成直徑較大的樁體，利用橫向擠密作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少，而且孔隙被填滿和壓緊。樁體具有較高的承載力，群樁的面積約占加固面積的15%，以致樁和原土組成復(fù)合地基，達(dá)到加固的目的；土中水分可以通過砂樁流入砂石墊層排走，防止土體液化；在外加預(yù)壓力作用下，軟土中孔隙水壓能較快地消散，從而加快地基沉降固結(jié)速度，提高土的固結(jié)度，增大地基承載力和抗震性能。

2.施工工藝參數(shù)

砂樁處理區(qū)域位于大壩壩基，平均設(shè)計樁長10 m，樁徑為800 mm，間距2.25 m，樁頂高程為10.5～15.8 m，樁位呈梅花形布置。采用樁機(jī)起吊型號為ZCQ-75的振沖器，用裝載機(jī)配合人工向樁內(nèi)進(jìn)行填料。

砂樁施打工程量55 610 m，樁底穿透淤泥層進(jìn)入中砂層或粉質(zhì)黏土層 50 cm，材料采用中粗砂，大于0.75 mm顆粒含量宜占總重的50%以上，含泥量應(yīng)小于5%，滲透系數(shù)大于0.05 mm/s，施工過程中樁孔內(nèi)填料量初步按樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)應(yīng)不小于1.5。 施工過程中砂樁垂直偏差小于1%，樁位偏差小于 50 mm，造孔速度控制在2 m/min內(nèi)，振沖后樁基檢驗數(shù)量大于樁數(shù)的0.5%。

三、施工方法

1.施工準(zhǔn)備

（1）平整場地

振沖砂樁前，測量人員測放出壩基施工范圍，邊線向外放2 m，然后清除壩基范圍內(nèi)障礙物，繼續(xù)整平、初步碾壓，場地平整度、壓實(shí)度滿足機(jī)械施工的要求；同時合理布置施工機(jī)械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”滿足施工要求。

（2）材料檢驗

振沖砂料進(jìn)場前，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗批次、數(shù)量及檢驗方法對砂進(jìn)行含泥量、級配檢驗，檢驗合格后方可進(jìn)場。振沖砂采用淡水中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.8以上，含泥量小于3%。

（3）機(jī)械設(shè)備

振沖砂樁采用振動沉管樁機(jī)，認(rèn)真選型，合理安排機(jī)械進(jìn)場，進(jìn)場后進(jìn)行組裝、調(diào)試，檢查到場樁機(jī)各項性能，保證運(yùn)轉(zhuǎn)良好。樁機(jī)采用JZB4-5液壓步履式樁機(jī)，內(nèi)置平底活頁式樁尖，并設(shè)有二次投料口。采用ZCQ-75型振沖器。

（4）人員及技術(shù)

項目部組織進(jìn)場施工人員學(xué)習(xí)施工技術(shù)文件，進(jìn)行安全、技術(shù)培訓(xùn)，并對砂樁施工安全、技術(shù)要求進(jìn)行交底，使所有參加施工人員明確砂樁施工內(nèi)容、具體操作規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、糾正措施等要求。

（5）工前試樁

施工前進(jìn)行成樁工藝試驗，試驗區(qū)定在壩區(qū)中線兩側(cè)。先選取10根樁進(jìn)行成樁工藝試驗，然后進(jìn)行擊實(shí)試驗、密實(shí)度試驗，合格后檢驗和確定砂樁成樁施工方法、填砂量、拔管速度、留振時間、留振最大電流等關(guān)鍵工藝參數(shù)，制定實(shí)施性《振沖砂樁施工作業(yè)指導(dǎo)書》，并對現(xiàn)場施工人員及技術(shù)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)。本工程試樁采用的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.放線定位

項目部經(jīng)過業(yè)主代表、設(shè)計及監(jiān)理聯(lián)合現(xiàn)場和書面交樁，并經(jīng)過聯(lián)合復(fù)測無誤后，用全站儀測放出控制網(wǎng)和大壩的縱橫向軸線，按設(shè)計文件要求測放出不同加固區(qū)域，在各加固區(qū)上用鋼尺和測線實(shí)地測放出砂樁樁位并用紅釬設(shè)立標(biāo)記，一樁一簽，保證樁孔中心移位偏差小于50 mm。

3.樁機(jī)就位

將調(diào)試好的樁機(jī)移動到備打位，對樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對中，調(diào)整樁機(jī)的垂直度，保證鉆桿與樁位一致，偏差應(yīng)在10 mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于0.3%；調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；校驗鉆桿長度，并用紅漆在鉆桿上標(biāo)注深度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計要求。

4.沉管到位

啟動振沖器電機(jī)，振動樁管，使樁管緩慢下沉至設(shè)計深度。樁管下沉入土后，嚴(yán)格控制沉入深度，確保達(dá)到設(shè)計樁長。樁管下沉過程中，沿導(dǎo)向架并始終保持同導(dǎo)桿平行，如發(fā)生樁管偏斜須及時扶正樁管。

5.樁管灌砂

樁管插入到設(shè)計標(biāo)高時，采用間隔法上料。上料時，嚴(yán)格控制灌砂量，按照計算灌砂量的1.5倍進(jìn)行灌入控制。在拔管過程中不斷進(jìn)行補(bǔ)充砂料，直至灌滿樁管。

6.沖水振密

為使填砂密實(shí)，采用沖水法，即向管內(nèi)填砂的同時向管內(nèi)充水。當(dāng)樁管接近地面時，停止充水。

表1 試樁成果參數(shù)

7.振管投料

填滿砂料后，首先把樁管提高1 m左右，樁端合頁自動打開，樁管內(nèi)砂料在自重的作用下流入孔內(nèi)。留振30 s后，觀察料斗中砂料變化情況，確定合頁是否打開，如砂料不減少，繼續(xù)向上提升振動樁管，到合頁打開為止。邊開振動器振動邊緩慢提升樁管，提升速度為1 m/min。節(jié)奏控制在0.5 m/L，留振30 s；擠壓時間控制標(biāo)準(zhǔn)，以樁管難以下沉為準(zhǔn)。邊振動邊加水，不斷補(bǔ)充砂料，如此反復(fù)升降樁管，直到樁管口到孔口附近。在此過程中要控制成樁樁頂高程，控制灌砂量滿足設(shè)計要求，即實(shí)際灌砂量不小于計算值的150%。

8.沉管出孔

經(jīng)檢測，在樁頂高程及實(shí)際灌砂量達(dá)到設(shè)計要求后，提升樁管離開樁孔。

9.孔口投料

當(dāng)樁管出孔后，砂樁末端約1 m左右未沖滿，采用人工邊向樁內(nèi)投砂邊向樁內(nèi)充水，用振搗棒振搗密實(shí)至設(shè)計標(biāo)高。

10.移機(jī)備打

完成一根砂樁施工后，樁管提至移車位，樁管尖對準(zhǔn)下一樁位，準(zhǔn)備下一根樁施工。

四、質(zhì)量控制

為了保證振沖砂的各項性能指標(biāo)符合施工規(guī)范、設(shè)計文件的要求，在砂料進(jìn)場前，按檢驗試驗標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行原材料檢驗，要求為級配良好的中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.8以上，其含泥量不大于3%。檢驗數(shù)量上，同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格且連續(xù)進(jìn)場的砂料，每3000m3為一批，不足3 000 m3按一批計。

①施工順序及總體部署?？傮w施工分 4個施工區(qū)，左右壩肩處、壩基橫軸線兩側(cè)各一個施工區(qū)。采用4臺樁機(jī)同時施工，從壩基縱軸線開始向兩側(cè)方向推進(jìn)，采用 “間隔跳打”法施工，即先打第一排樁，接著向前推進(jìn)隔一排打第三排樁，然后再退回一排打第二排樁，依此類推。

②樁長控制。振沖砂樁前，用紅漆在樁管上做好滿足設(shè)計和工藝參數(shù)的高度控制線，作為施工現(xiàn)場的管理人員控制標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格控制樁頂高程和樁底高程，確保樁長符合設(shè)計要求，全部貫穿液化土層。

③嚴(yán)格控制砂樁施工質(zhì)量“三要素”。留振時間、密實(shí)電流和填料量是砂樁質(zhì)量控制三要素。

留振時間控制。留振時間是振沖器提升一段距離后停住，保持振動所需要的時間。留振時間與振沖器提升和下降的速度有關(guān)，上升或下降速度越快，留振時間越長。留振時間以密實(shí)電流是否達(dá)到規(guī)定值進(jìn)行控制。施工中嚴(yán)格控制留振時間在30 s，振沖器提升速度控制為1 m/min，下降沖孔速度為2 m/min。

密實(shí)電流控制。密實(shí)電流是指振沖器停止下沉或提升，固定于某一點(diǎn)振動一定時間后，振沖器上所指示的穩(wěn)定的電流值，這一穩(wěn)定電流代表填料的密實(shí)程度。在施工中嚴(yán)格控制在80～120 A。

填料量控制。嚴(yán)格按設(shè)計文件規(guī)定的“充盈系數(shù)應(yīng)不小于1.5”的規(guī)定要求進(jìn)行控制。現(xiàn)場設(shè)立地磅，嚴(yán)格控制每根砂樁的用砂量。施工中按10%數(shù)量抽查計算砂樁的灌砂量。

④樁管垂直度控制。在依靠樁機(jī)自身進(jìn)行垂直度控制外，施工時在樁機(jī)一側(cè)且平行于樁管的位置，設(shè)立樁管垂直度觀測架，以便隨時校正樁管豎直度。

表2 砂樁參數(shù)控制

⑤硬土層或孤石的處理。在砂樁施打時，如遇硬土層或孤石，首先立即停機(jī)并留振1 min，然后在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，接著考慮在鄰位樁上進(jìn)行變更處理。

⑥密實(shí)度控制。嚴(yán)格控制每段砂樁的留振時間，正常在30 s；嚴(yán)格控制留振電流，正常為55A；嚴(yán)格控制沖水量，確保沖水充足；嚴(yán)格控制每樁實(shí)際用砂量，確保充盈系數(shù)。成樁達(dá)到規(guī)定的靜置時間后采用動力觸探試驗對砂樁進(jìn)行密實(shí)度檢測，檢測頻率為砂樁總量的2%，隨機(jī)抽查砂樁的連續(xù)性和完整性。

⑦斷樁控制。要嚴(yán)格按試樁確定的工藝性技術(shù)參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度、留振時間、留振電流，采用“先反插后提管”的方法防止塌孔、縮孔卡管活頁打不開等現(xiàn)象發(fā)生。

⑧做好現(xiàn)場施工記錄。對粒料粒徑、含泥量、樁位、樁長、樁徑、樁距、垂直度、填料量、沖水量、留振時間、留振電流進(jìn)行實(shí)時記錄，定機(jī)定人，現(xiàn)場管理人員24 h跟機(jī)作業(yè)，要求一樁一編號、一樁一張記錄單，記錄項目要齊全，字跡清楚，不得隨意涂改，保證每顆樁原始記錄真實(shí)，并按規(guī)定要求進(jìn)行現(xiàn)場檢測，對成樁進(jìn)行全程控制，確保成樁質(zhì)量。砂樁的間距、樁徑、垂直度允許偏差及檢驗方法見表2。

⑨卡、堵管處理?？ü軙r，及時整修樁管活頁，使活頁開啟靈活。為防堵管，可以在樁管就位時，采用在管底預(yù)鋪砂料的方法，防止淤泥擠入樁底活瓣縫隙；雨天施工，因料場砂料含水量較大，樁管內(nèi)的砂容易在激振力作用下達(dá)到密實(shí)而不易下落料，所以應(yīng)每次少加料，常提升振動樁管防止堵管，及時清除裝載機(jī)中的泥團(tuán)。

⑩表層處理。在全部樁施工完以后，對壩基深度0.5～1.0 m范圍內(nèi)樁頂進(jìn)行二次整平、振動碾壓處理。

五、振沖砂樁質(zhì)量檢驗

1.技術(shù)文件查驗

施工過程中及完工后，對振沖砂樁的下列資料進(jìn)行查驗：①制樁記錄及制樁一覽圖，仔細(xì)核對留振時間、填料量、振密電流、樁長、樁位、樁徑等資料；②查驗總的來料量，以便核對樁的實(shí)際用料量資料；③對填料的材質(zhì)進(jìn)行必要的強(qiáng)度、級配與含泥量試驗。以上查驗結(jié)果符合設(shè)計要求。

2.現(xiàn)場查驗與測試

①在查驗施工記錄基礎(chǔ)上進(jìn)行如下查驗：實(shí)地測量樁位、樁長、樁徑，對偏樁、漏樁采取有效的補(bǔ)救措施；必要時進(jìn)行現(xiàn)場開挖，查驗樁徑、填料、密實(shí)度。查驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)局部樁頭部位有缺陷，經(jīng)復(fù)打、補(bǔ)樁等措施達(dá)到設(shè)計要求。

②現(xiàn)場測試。采用灌砂法或環(huán)刀法進(jìn)行現(xiàn)場的密實(shí)度測試，也可用標(biāo)貫和靜力觸探進(jìn)行測試。現(xiàn)場測試時，檢測點(diǎn)選擇有代表性的或土質(zhì)較差的部位。測點(diǎn)放在樁與樁中心或振沖點(diǎn)與振沖點(diǎn)的中間處。檢驗點(diǎn)為100～200顆樁選取1～2孔，總數(shù)不得少于3孔。

本工程的所有砂樁、樁間土及復(fù)合地基經(jīng)委托第三方檢測全部合格，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

責(zé)任編輯 張瑜洪

Application of sand vibroflotation piles for strengthening of dam in Quanlu Reservoir//

Song Qianjun

Sand vibroflotation piles can be used for strengthening of earth and rockfill dam.Taking Quanlu Reservoir in Zhongshan of Guangdong Province as an example,performance evaluation of sand vibroflotation piles in terms of quality control and inspection during the process of reservoir construction were carried out.It is demonstrated that sand vibroflotation piles can ensure safe and long-term operation of the reservoir,as it not only increases the density of dam foundation soil and bearing capacity of composite foundation,but also has an“anti-liquefaction”function by forming underground passage within sand pile.

sand vibroflotation piles;strengthening;dam construction;Quanlu Reservoir;apppliction

TV697.32

：B

：1000-1123（2017）08-0056-03

2017-03-18

宋前軍，工程師。