某电站淤泥质壤土与含块碎石土振冲施工对比

李庆跃 卢 伟 李延刚

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

仁宗海水库电站是田湾河流域梯级开发的龙头水库电站，工程规模为大(2)型，工程等别为Ⅱ等，堆石坝建筑物级别为2级。坝顶高程2 934.00 m，最大坝高约56 m，坝顶长度 830.85 m，坝顶宽度8.00 m。

1.2 坝基工程地质条件

仁宗海堆石坝坝基河床覆盖层最大深度148 m，层次结构复杂，自下而上可分为7层，其中与坝基振冲处理有关的主要是第⑥层含块碎(卵)砾石土和第⑦层灰色淤泥质壤土。第⑥层:含块碎(卵)砾石土，系干沟洪积物()，分布于河床左岸上部和右岸浅表，揭示厚度8.20 m～30.60 m，顶面埋深0 m～9.2 m。偶有砂层透镜体，其性状与第④层的透镜体类似。颗分试验资料表明，以碎(卵)砾石为主，约占71.7%，块石占13%，粘粒含量占1.9%，粉粒占 5.9%，小于 5 mm 占18.6%，有效粒径2.3 mm，平均粒径42 mm，不均匀系数 Cu=26.96，曲率系数Cc=1.01，属不良级配土，天然密度1.95 g/cm3～ 2.39 g/cm3，平均2.25 g/cm3，孔隙比0.152～ 0.548。

该层粗颗粒基本形成骨架，力学性能较好，局部具架空现象，考虑到试验的代表性，结合土体结构特征、颗粒级配等，类比其他工程经验，建议承载力[R]=0.4 MPa～0.6 MPa，变形模量 E0=30 MPa～ 50 MPa，渗透系数 K=2.1×10-2cm/s～ 2.6×10-3cm/s，属中等～强透水。

1.3 试验背景及目的

对坝基采用振冲碎石桩进行处理的方案，处理深度到承载力较高的第⑥层土顶部。

由于需要处理的区域大部分在水面以下，在施工过程中，需要回填出施工工作面。在仁宗海区域适合且充足的回填料只有干沟洪积物第⑥层含块碎(卵)石土，因此采用第⑥层含块碎(卵)石土对处于水下的施工区域进行回填。这样就在振冲处理区域形成了自上而下回填层(第⑥层土)—第⑦层—第⑥层的情况。施工中出现填料量比预期情况少的现象，因此施工中组织专题试验对回填区域施工进行研究。试验目的如下:1)分析回填区振冲施工中填料量偏小的原因。2)研究第⑥层、第⑦层在回填区的分层界限。3)分析第⑥层、第⑦层的施工特点。4)定性评价施工质量，指导施工。

2 试验组织和实施

1)试验组织。试验前成立试验管理组织结构，编制详细试验施工方案，保证试验的顺利进行。试验从2005年11月16日开始到11月22日结束，为期一周。

2)试验区域选定。按照能反映地层差异特点原则，结合现场施工情况，选择4个施工区域作为试验区域，在试验中根据具体情况兼顾其他区域。

3)试验施工参数。采用BJ-75 kW电动振冲器施工;空载电流45 A;加密电流100A;留振时间15 s;加密段长30 cm～50 cm。

4)试验数据统计分析。去掉由操作、卡孔等原因造成的异常数据，对现场采集的数据进行统计分析。本试验共详细记录振冲碎石桩施工过程情况94根，动力触探(N120)6根。根据现场记录的数据，依据统计原则，统计分析出振冲桩施工在不同深度段的速度(造孔、加密)、特征电流(造孔、加密)、填料量、动力触探击数等数据见表1。

表1 数据统计汇总表

3 分层情况及各层施工特点

3.1 分层情况

1)主要地层分界。根据现场试验收集到的数据，以及现场观察孔内返浆颜色和返浆量变化情况，并结合地质勘察报告分析，试验施工代表的大部分区域，回填第⑥层厚度大约在3.0 m～8.0 m～10.0 m(个别地方可能达到10 m);8.0 m以下直到设计深度或者设计深度2.0 m～3.0 m以上，基本上属于第⑦层淤泥质壤土;在设计深度以下或设计深度以上2.0 m～3.0 m范围内，属于第⑥层，局部属于第⑤层或第④层(见图1)。

2)造成回填第⑥层厚度不均的原因。回填层厚薄不均，除因第⑦层土天然沉积厚度变化外，主要受到振冲泥浆排放淤积以及回填倒料方式两个因素的影响。在施工过程中，受施工场地限制，及时回填的部位，岸边淤积的第⑦层粉细颗粒土就比较薄，回填层厚度就厚些;回填不及时的部位，岸边泥浆排放淤积时间比较长，淤积的土层就厚，回填层就薄些。在汽车回填倒料时，运料车直接将料倒进水边，将排浆所淤积土和河床底淤积层冲击排挤走，回填层厚度就厚些;运料车将料倒在岸上，再由推土机推进水中的回填料挤淤效果就不太好，回填层就薄些。根据相关数据分析，回填层较厚的部位，在6.0 m～8.0 m～10 m是回填层土与河床淤泥质土混合层。

3.2 各层施工特征

3.2.1 回填第⑥层含块碎(卵)石土

1)电流:造孔电流普遍较高，一般都在90 A以上，最高可达150 A以上。在比较厚的区域，造孔深过5.0 m后电流略有降低，但仍能达到70 A～95 A，相对还是较高。加密电流普遍比较高，一般情况下能达到110 A～140 A。2)成桩速度:造孔速度较慢，一般为5 min/m～6 min/m，个别有大石头的或者石料含量比较高的部位时间更长。相反，加密的速度则相当快，一般均小于1 min/m。3)填料量:填料量相对来说比较小，一般在 0.5 m3/m～0.8 m3/m。4)动力触探(N120):振冲处理后动力触探击数较高，一般在15击～50击。

3.2.2 第⑦层土

1)电流:造孔电流普遍在50 A～70 A，很少有超过70A的。加密电流一般在90 A～100 A，很难继续升高。2)成桩速度:造孔速度一般比较快，加密速度相对来说就比较慢，有的1 m需要十几分钟甚至更长的时间。3)填料量:比较多，每根桩的60%～80%的填料都用在该段位上。平均每米一般能达到1.2 m3～2.5 m3，个别的更多。4)动力触探(N120):桩体的动力触探击数普遍低于回填的第⑥层。

3.3 设计桩底标高位置或以上2.0 m～3.0 m

1)电流:造孔电流有两种情况，第一种，造孔到该部位后比较高，一般在100 A～120 A;第二种，到该部位后造孔电流依然很低，在60 A左右。分析原因，第一种情况造孔进入该部位比较密实的土层;第二种情况是由于第⑦层淤泥质壤土局部沉积不均匀，没有达到密实层或者是局部大块石形成架空，电流虽不高但造不下去。该部位加密电流一般比较高，能达到90 A～130 A，如果是进入到密实层，则一般在110 A～130 A，未进入密实层，则加密电流在90 A～100 A。2)成桩速度:该部位无论是造孔还是加密速度都比较慢。深桩施工提放振冲器阻力比较大，吊车提放速度缓慢;另外进入该层因其含石料比较多或者石料粒径比较大，容易卡孔，速度很慢。3)填料量:该部位靠下的位置桩体加密几乎不用填料，在振冲器振动作用下，碎石含量较高的土层自动加密。个别未进入第⑥层的桩体加密则仍需要填料，而且比较多，能达到 1.2 m3～2.0 m3。4)动力触探(N120):该部位成桩动力触探击数比第⑦层淤泥质壤土稍高，下部击数逐渐更高。

4 结语

1)从整体上看，进入河床回填区域施工的填料量要小于设计填料量。分析原因，主要受回填层和设计桩底标高以上2.0 m～3.0 m土层的影响。这两层含块碎(卵)石土中碎(卵)砾石约占71.7%，块石占13%，含石料比较多，在施工中土层能自动加密，或者填少量料就可以加密。因此整桩填料量比设计少，但是填料的大部分都在第⑦层淤泥质壤土，因此在该部位填料量并不少，一般为1.2 m3～2.5 m3。2)根据施工过程中反映出的电流、时间、填料量、动力触探等情况，基本上可以判断回填层厚度一般在3.0 m～8.0 m～10 m。3)在回填层和第⑥层中施工，造孔速度慢，造孔电流高，加密快，加密电流高，填料量较小(甚至可以自动加密)，动力触探击数高。在第⑦层淤泥质壤土中施工，造孔速度快，造孔电流低，加密时间长，加密电流相对稍低，填料量很大，动力触探击数比在回填层稍低。4)从重型动力触探检测来看，根据自检重型动力触探击数与原体试验对比以及以往的工程经验定性判断，无论第⑥层(包括回填层)土，还是第⑦层土，振冲处理施工质量都比较稳定。由于第⑥层(包括回填层)土的各方面物理力学指标都要优于第⑦层土，振冲碎石桩成桩的密实度在该层上要比在第⑦层土中更好。

[1] 赵卯龙.振动沉管碎石桩在软基处理中的应用[J].山西建筑，2008，34(19):92-93.