劉 陽

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

某水電站工程采用直接銜接上游BG水電站的尾水，在電站下游設置反調節(jié)池對兩級電站進行發(fā)電反調的布置方案，主要建筑物包括引水調節(jié)池、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、水電站廠房等建筑物。引水隧洞布置在BG水電站尾水箱涵的末端，軸線與尾水箱涵軸線垂直，閘前正常水深為2625.759m。引水閘設置2孔，每孔寬4.8 m，底板高程2623.197m，頂高程2628.50m，閘后接長12m的矩形明渠與引水調節(jié)池相接。節(jié)制退水閘位于BG水電站廠房尾水渠上，與引水閘相鄰布置，2孔，每孔寬4.8m，后接漸變段由矩形斷面漸變?yōu)樘菪螖嗝媾c河道連接。

由于引水調節(jié)池位于BG水電站尾水渠某河左岸河漫潭上，在引水調節(jié)池右側回填出頂面平均寬度為3m的護坡，坡度為1:2，外邊坡采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，厚度為500mm。水電站壩址所在區(qū)呈現(xiàn)出明顯的亞熱帶季風氣候水文特征，降雨量充沛，但由于日照充足，蒸發(fā)強烈及季節(jié)性原因，降雨量年內年際分配極不均衡。水電站引水隧洞大壩建成時間早，運行數(shù)十年后，目前大壩高程已經難以滿足防洪要求，上游壩坡無防護，壩體和壩基所可能接觸的部位均存在不同程度的漏水問題，涵管的漏水也越來越嚴重，工程運行過程中安全隱患十分突出，大壩工程綜合整治迫在眉睫。

2 大壩壩坡振沖加密加固施工

2.1 施工設備的選用

結合水電站引水隧洞大壩壩坡地質條件，選用TR75型振沖器，自下而上由振動段、導管和上端段構成[1]，其中振動段的長度初步設計為3m，直徑初擬定為400mm，且為圓柱形狀管段，內中設置液壓電極、驅動偏心塊和隔振器，為減小磨損、提升鉆進速率，振沖器最底端為尖錐形設計，上端則通過隔振器使之與導管以彈性方式相接；導管主要為鋼管，導管長度常常根據(jù)貫入深度予以確定，導管設計必須充分考慮到振沖施工可能導致的管段斷裂；上端段位于振沖器頂部，由液壓軟管和進水管構成，還發(fā)揮著連接振沖器與吊車鋼絲繩的作用，具體構造詳見圖1。除振沖器外，水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密施工還需要裝載機、水泵、履帶吊車、液壓鉆、儲水罐、定位儀、鉆機等設備。

水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固施工工藝，采用的是雙頭振沖擠密技術，先將一對振沖器固定在鋼梁位置，而且振沖器的間距能根據(jù)壩坡振沖擠密加固實際要求進行調整，吊機啟動后起吊鋼梁并帶動固定于鋼梁的振沖器，從而確保振沖器充分發(fā)生水平振動并產生共振效應，進而在水和氣體等介質的綜合作用下，使砂土充分液化，隨后，土層顆粒重新組合固結成塊，在振動效應和氣流作用下大顆粒土塊下沉，微分顆粒上升，從而使地層中泥質成分被逐漸排除，再借助共振和排泥效應消除液化，實現(xiàn)大壩壩坡地基土的擠密加固[2]。

2.2 振沖造孔

采用成片模式進行振沖孔孔位的同步放樣，并按照后退法的工法進行振沖造孔施工，在造孔前必須按工程設計要求調整好兩臺振沖器的間距，并同時啟用履帶式吊機將振沖器起吊至孔位，隨后開啟水泵至設計水壓，待振沖器下段端口噴水口開始噴水時將其啟動，與此同時啟動空壓機。在具體的振沖造孔過程中必須使用履帶式吊機將振沖器按照1.0-2.0m/min的速度緩慢而勻速貫入砂土，并確保振沖器噴水水壓保持在400-600KPa，水量≥20m3/h。為保證振沖效果，在振沖器貫入砂土的同時，還必須保證其始終處于懸垂直立的狀態(tài)，每貫進單位米砂土都務必進行1次實時電流、水壓和氣壓觀測值的書面記錄并由操作人員和相關負責人簽字，待造孔完畢，還必須沿懸垂貫入方向上下提升數(shù)次振沖器，確保最終振沖造孔的貫通與通暢。

振沖造孔過程中孔壁的穩(wěn)定性達不到設計要求必將引起坍塌，對于過大的填砂孔隙用振沖器振密實后期加密點處也將出現(xiàn)坍塌漏斗，經測量，水電站引水隧洞大壩壩坡振沖造孔孔壁沉陷量最大達加密土層厚度的8.0%，為保證壩坡加固質量，應考慮在加密過程中摻加砂土并確保振后壩坡坡面恢復至原施工平臺高程。

2.3 擠密加固

從孔底開始按自下而上的次序逐段對水電站引水隧洞大壩壩坡進行擠密加固處理，單位段長必須控制在25-50cm才能保證擠密加固效果，對于振沖孔孔口3-5m以內的范圍必須擠密加固至少2遍。為保證擠密加實效果，還應加強對留振時間和加密電流的觀測與控制，對于50cm的加密段留振時間≥60s，對留振時間的控制通過自動警鈴系統(tǒng)實現(xiàn)，具體而言，水電站引水隧洞大壩壩坡擠密加固水壓為0.01-0.20MPa，擠密加固電流為45-55A，輔助氣壓為0.6-0.8MPa。

2.4 表層土處理

振沖加密加固施工技術本身的局限導致上部若無重壓情況下，對于面層2-3m范圍振沖器無法達到所設計的振沖加密加固密實度要求，水電站引水隧洞大壩壩坡加固中通過采用井點排水方法，將面層2-3m以內的地下水排出，再通過16t自行振動碾壓的方法碾壓至少20遍的處理方法，有效提升面層2-3m以內砂土的密實度。

3 質量檢測

3.1 取樣密度檢測

水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固施工后效果檢測的土樣密度和取樣深度情況詳見表1，由表中實測密度指標數(shù)據(jù)表明，振沖加密加固后碎石樁密度顯著增加，加密電流與碎石土密度呈正向變動關系[3]，碎石樁密度>2.0 g/cm3，則樁間土密度>1.85 g/cm3。本工程大壩壩坡碎石土密度不同于天然極配，所以檢測結果也并不是樁間距越小則密度越大，或者加密電流越高則密度越大的情況。但是可以肯定的是，當加密電流達到100A且樁間距分別為2.0m和2.25m，振沖加密加固后干密度均>1.89 g/cm3，達到設計要求。

3.2 樁體重型圓錐動力觸探檢測

樁體重型圓錐動力觸探檢測主要采用的是自動落錘錘擊檢測法，自樁頂面標高位置處持續(xù)勻速貫入，每貫入10cm必須對所對應的錘擊數(shù)進行記錄，直至樁底，并參考《巖土工程勘察設計規(guī)范》(DGJ08-37-2012)對重型動力進行觸探，重型圓錐動力觸探錘擊數(shù)N63.5的記錄數(shù)如果連續(xù)三次及以上都>50擊時，試樣過程應當立即停止，并根據(jù)檢驗數(shù)據(jù)進行樁體承載力判斷。水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固樁體重型圓錐動力觸探檢測結果詳見表2。由表中結果可知，本工程樁體連續(xù)完整且密實度高，樁體承載力特征值均大于設計值200.5 KPa。

表1 大壩壩坡振沖加密后實測密度指標

表2 水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固樁體重型圓錐動力觸探檢測結果

N63.5為樁體重型圓錐動力觸探檢測錘擊記錄數(shù)；N63.5′為修正后的樁體重型圓錐動力觸探檢測錘擊記錄數(shù)。

3.3 標準貫入檢測

先用貫入器持續(xù)勻速貫入大壩壩坡土層13cm，稍作1-3s停頓后后再持續(xù)勻速貫入，每貫入10cm的深度則必須對所對應的錘擊數(shù)進行記錄，標準貫入擊數(shù)通過貫入達30cm的錘擊數(shù)表示，達標準貫入擊數(shù)后取出標貫器并將其替換成提砂器進行取砂，取砂則是從1.0m深度開始，起初的20cm不做記錄，待連續(xù)勻速貫入40cm后直接記錄累計錘擊數(shù)，如此循環(huán)往復直至4.5m深度。貫入土層深度、錘擊均值、標準值、樁間土承載力特征值及壩坡土層壓縮模量等的具體成果見表3。

表3 水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固標準貫入檢測結果

由表3可知，水電站引水隧洞大壩壩坡振沖加密加固樁間土密實度和強度均有明顯提高，樁間土地基承載力特征值和壩坡土層壓縮模量均大于設計值200.5 KPa和16.5MPa。

4 結 論

工程振沖加密加固施工及質量檢驗結果表明，該技術對于大壩壩坡地基處理較為適用，加固效果良好。通過振沖器的振沖作用達到大壩壩坡飽和砂層液化的目的，從而引起砂礫石的重新排列與組合，孔隙不斷減少，結構不斷優(yōu)化，最終達到較好的振沖擠密加固作用。水電站引水隧洞大壩壩坡碎石土層振沖擠密加固施工在大壩正常蓄水情況下未經大量施工開挖而順利完成，比碾壓法等傳統(tǒng)的病險堤壩加固技術更加安全、簡便、高效、經濟，應當在大壩壩坡快速加固方面推廣應用。