振冲法施工技术在坝基抗液化工程中的应用

□赵从容（驻马店市水利科技推广中心）

□任新立（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□许艳婷（驻马店市水利工程局）

一、工程概况

河南省白龟山水库位于淮河支流沙河上游，平顶山市的西南郊，距市区约2km,拦河坝在苗侯村附近，是一座以防洪、城镇生活用水、工业用水为主，兼顾农田灌溉、养殖等综合利用的大型水利工程。水库始建于1958年，1960年基本建成并开始蓄水。根据沙河的防汛规划和蓄水后出现的问题，于1963～1966年期间对该水库进行了改建和处理。1975年河南省出现特大洪水后，对水库进行全面勘探，并对1958年兴建水库时就发现的拦河坝坝基下一层可液化砂层取原状样，并做进一步的液化技术参数鉴定。1991年在拦河坝河槽段进行了抗震复核勘探、静力触探和跨孔法地震波速测试等勘察工作，并用Sm植物胶钻勘冲洗液配合金刚石单动双管钻具取原状细砂样进行土工实验。从勘探成果可知坝基第二层细砂、拦河坝下游坝脚外第二层细砂为液化砂层，属中等液化级别；第三层中砂亦属液化砂层，为微弱～中等的液化级别。为了水库安全，需对拦河坝坝基液化砂层进行振冲加密中细砂并填碎石料桩加固处理，处理范围为拦河坝0+900～1+200段坝脚导渗廊道东侧，长300m，宽45.5m。

二、主体工程施工方案

（一）总体施工工艺流程

根据本工程的特点及现场情况，其施工工艺如下：

（二）振冲加固工程施工方案

振冲加固工程的加固面积为13650m2(45.5m×300m)，共6601孔，41600m。

1.振冲加固工程施工顺序

振冲加固工程拟分为两个施工作业面，以降压沟为界各设置一台ZCQ-30振冲器进行施工。振冲加固工程施工顺序：

2.施工准备

施工现场范围内的所有地下埋设物，空中障碍物要清除，地面上的树木、房屋、围墙及原有拆除过的房屋基础及桩区内块石要清除至桩区外，同时对清理的基坑利用粘土进行回填平整，以便振冲器能顺利贯入土层和吊车、装载机及手推车往返运行。按设计要求确定振冲桩孔位。现场靠近降压沟设置两个40m×6m×3m的沉淀池，振冲孔排发的泥砂沉淀后经降压沟排除。

3.现场工艺实验

正式施工开始前，要进行现场工艺实验。一方面确定正式施工时采用的施工参数，如造孔制桩时间、控制电流、水压、水量、填料量等；另一方面摸清处理效果，为加固处理提供可靠依据。

（1）实验地质分析及施工注意事项

由于处理的坝基土层往往不均，即使经过探钻孔不可能像振冲时那样吊孔密度，细砂层中会有范围厚度不等的粘土层或淤泥质土层，这些软土层易发生卡料现象，在粉砂层中有时有中粗砂常引起造孔困难，这要通过现场实验来决定其可行性的施工措施，坝脚导渗体廊道、降压沟等工程已先行施工，坝体为水中倒土筑坝干容重低，由于两种原因振冲时选择控制电流值和确定振冲孔距保证已做的建筑物不遭到破坏，大坝不滑坡，降压井不破坏，所以通过本次实验得到可靠的施工参数，做为日后施工重要依据。

（2）对振冲后加固效果检测

实验振冲桩结束后，由有资质的质量检测机构按规定对各层土的相对密度及标贯次数进行检测。

填料做碎石桩振冲加密加固地基的应变值。

其中a为碎石桩直径，d为碎石桩间距

振冲后细砂孔隙比e1，振冲后细砂层干容重rd=1.79/cm3,Gs=2.71，则振冲后孔隙比e1为

4.振冲桩施工

（1）振冲孔施工顺序：本工程采用顺打法施工，施工时由北向南以降压沟为界分为两个施工面进行施工，每个施工面布置一台振冲器。

（2）振冲器定位：振冲器定位，首先在振冲点上安放钢护筒，使振冲器对准护筒中心，然后供水；供电，此时要仔细检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常，如正常即进入下一步。

（3）造孔：振冲器贯入地层造孔时，水压一般选用0.4～0.6MPa，水量为200～400L/min。电机工作电流不应超过额定电流，贯入速度一般为1～2m/min。在细砂层中振冲，造孔时水压和水量都不宜很大，因为这种砂层的渗水量不大，水量过大或压力太高必然会使孔口回水量增大流速增高，从而将带出大量细颗粒使地面淤高，其结果只是增加了填料量，并不能真正收到挤密的效果。施工时，应根据具体情况及时调节水压和水量，当接近设计深度时，振冲器射水压力应减小，并在孔底适当停留。此外，务使振冲器自由悬垂，使造成的孔尽可能垂直。

（4）清孔：造孔后将振冲器停留在设计加固深度以上30～50cm处，利用循环水使孔内泥浆变稀，清孔时间2min左右，然后准备填料。

（5）填料：因连续喂料法制成的桩体密度较均匀，故本工程填料拟采用连续喂料法。施工时，孔底达到设计深度后，将水压和水量减少至维持孔口有一定量回水但没有大量细颗粒带走的程度。此时用装载机将填料堆放在振冲器护筒周围。填料在水平振动力的作用下依靠自重沿护筒周壁下沉至孔底。

（6）振密：填料后借振冲器的水平振动力将填料挤入周围土中，从而使砂土层挤密。由于砂土层逐渐变密，砂土层抗挤入的阻力亦不断增大，这迫使振冲器输出更大的功率，引起电机电流值升高。当电流升高到规定的控制值时，将振冲器上提一段距离，继续进行投料挤密，如此逐段进行直至孔口。上提距离约为振冲器锥头的长度，即30～50cm。上提距离不宜过大，过大则容易发生振密不充分，甚至漏振；在振冲加固饱和砂土时，留振时间不少于30～60s。

振冲桩的密实程度以振冲器电极工作时显示的电流为控制标准，必须保证各个深度上桩体都达到规定的加密电流。在使用30kW振冲器施工时，一般规定电机的电流值达到45～55A，加密电流采用自升式。

(7)终孔、完毕、移位：制桩完毕后，先关电源，再关水，移至下一桩位制桩。

在整个制桩过程中，始终要及时均匀供料。否则，不仅将延长制桩时间，并且回水将带出更多的细颗粒，至使孔径变大，用料量增多，造成浪费。

（三）振动碾压工程施工方案

振冲加固坝基，其表面0.5～1.0m厚范围内土体上覆压力小，很难使桩体的密实度达到要求，为此要求在振冲填料结束后用振动碾振动碾压，使其表面达到密实要求。

施工时先用TY-120型推土机平整场地，然后进行碾压施工，根据填筑强度，采用16t振动碾碾压8遍压实。

根据现场实际情况，碾压设备沿轴线方向进退碾压，轮迹要重叠压实。碾压设备采用低速行走，碾压均匀，防止漏压，不得有松散、弹簧、翻浆及表面不平整现象，确保压实度。

总之，振冲过程中当地质情况发生变化，如粉质性砂层造孔时会造成孔径扩大，填料量增加，且振密时达不到密实电流，这时只有控制留振时间在30～60s，若孔径扩大而造成窜孔，无法制桩，适当调整孔距。制桩时一次提升距离不易过大，否则会造成断桩或成桩不密实，达不到设计要求，必须采取对称补桩的方法来达到加固效果。造孔过程中遇到较硬的土层时如贯入速度过快会产生停振抱死现象，此时将振冲器提出后重新起动，重新冲孔时注意减小振冲器贯入速度。振冲过程中根据实际地质条件结合施工经验按设计提供施工参数施工，通过对成桩和桩间土进行检测，振冲加固后的相对密度显著增加，完全能够达到抗液化要求。