振动水冲法在粘土心墙砂壳坝加固工程中的应用

刘坚荣

【摘 要】早在上个世纪70年代，振动水冲法就已经在我国水利工程中得到应用。振动水冲法应用的目的主要是为了增加地基的承载力，避免地基出现不均匀沉降，在水利工程中，这种方法具有施工方便、工程成本低、施工效果好等特点，是一种快速、经济、有效的加固方法。本文就振动水冲法在粘土心墙砂壳坝加固工程中的应用进行分析，以供大家参考。

【关键词】粘土心墙；砂壳坝；振动水冲法；应用

由于中国地震灾害相对比较频繁，所以我们在建设土木工程的过程中必须要求工程具有较高的抗震能力，尤其是水利工程，如果施工人员没有对水利工程设计抗震能力，那么当发生地震灾害时，水利工程就会影响到大范围，威胁到人们的生命财产安全。然而在我国大多数水利工程中，很多都是粘土心墙砂壳坝。在对这种坝体结构施工过程中，由于受到当时条件的影响，导致工程的施工质量不合格，抗震能力达不到要求，尤其是在上游的浸润线区域，当发生地震时，坝基的水流就会瞬间提升，从而导致坝壳砂土无法稳定，最终导致质量问题以及安全事故的发生。据此，我们在这种水利工程中应用了振动水冲法进行加固，通过实践证明，这一技术可以节省工程成本，缩短了工程的施工工期，保证了工程的使用质量以及使用寿命。由此看来，在砂壳坝中采用振动水冲法是当前又一加固措施。

1.振冲加固机理

在砂壳坝中采用振动水冲法，其工作原理是：首先采用振冲器对工程进行振动与射水，使坝基孔洞中的填料就会逐渐液化，这样也就可以加快振冲器的下沉。另外，施工人员还需要将相应的填料记入孔壁，并且通过相应机械来对其进行振动，这样一方面可以扩展填料的液化区域，另一方面还可以将填料均匀，然后重新排列，提高填料的密实度。在实际工作中，我们可以将加固过程分为三个阶段：振挤、浮挤以及固结。在振冲过程中，振挤与浮挤都是在同一个环节完成，其中在对坝基造孔的过程我们称之为振挤，而对孔洞进行振动过程也就是浮振与振挤的共同作用；当完成振动之后，我们需要使孔洞进行固结。在整个工作中，砂壳坝的工作效果直接取决于振冲器的工作效果、填料的质量、施工质量等。

2.振冲区的确定及设计

在对砂壳坝上游进行振冲加密的过程中，我们不需要考虑坝体的深度以及横断面，只需要在易于液化的部位进行加密施工，这种施工同样能够设计工程的抗震能力，并且设计非常合理，达到了要求的稳定性。当施工单位制定好了所要加固的密实度之后，工程师需要采用有限元分析法来计算工程加固后的动力，这一结果可以当作最后的验收标准。此外，工程师还可以采用圆弧滑动法来测定砂壳坝的稳定性。如果检测结果没有达到设计的要求，那么工程师必须要适当的调整加固区域，直到坝体结构符合要求为止。

在采用振动水冲法之前，工程师必须要对振冲法进行合理的设计，在设计过程中，工程需要将振冲器、孔距、施工方法、施工工艺、填料的质量等要素进行综合分析。

振冲设计主要包括：振冲机具的选择、振冲孔距的确定、振冲施工方法确定、振冲施工工艺确定、振冲填料的要求、坝壳本身的地质情况以及施工质量的控制等。由于工程相对比较特殊，在设计孔距时不仅需要参考相关资料确定，更需要对工程进行全面分析，在加固工程开始之前，工程师还应该抽样进行试验，这样才能够保证实际工程达到设计的要求，如果出现误差，工程师必须要进行适当的调整，已达到设计要求，满足工程的使用质量。

3.振动水冲法施工

3.1施工设备

振动水冲法施工的主要机械除振动器外，还有吊车、高压水泵及配电盘等配套设备。

3.2施工工序流程

测量定桩位一振冲器对位一钻进振冲到设计标底一边提升振动器边加料一桩体完成。

3.3施工质量控制

a.振冲器定位时其偏差应小于5cm，贯入时，导管倾斜度应小于20，大于20时就要重新贯人造孔。

b.贯人造孔时下喷水口水压应控制在300～400kPa（视加同深度和地质情况而定），如电机电流上升到接近额定电流以上时，应立即停止贯人，并适当加大下喷水口压力，同时上下起落振冲器，待电流正常后，再继续贯入。

c.振冲器贯人到距预定孔深0.3m左右时，应减小下喷水口压力，同时增大上补水1：1流量，保证孔内有充足的水源，以便使砂土在振动力作用下有充足的液化条件，以免影响加固效果。

d.进行填料振密时，应逐段提升、逐段振密，确保留振时间。

e.填料时应在振冲孔四周均匀填料，使之塞满振冲器四周，以免振冲器偏移。￡填料所用的材料含泥量要小于5%，其有效粒径D10要不小于0.4mm，其中粒径大于2mm的砾石含量不超过5%。

4.工程施工

4.1施工设备选择

根据工程防渗段的地质条件，决定采用多头小直径水泥土薄墙工艺。最终检测采用探坑取样室内试验及大地雷达检测方法或建设单位认可的其他检测方案。其设备选用sJ。_500Ⅱ型多头小直径深层搅拌截渗桩机。

4.2施工方法

a.制浆站（第一搅）按照设计水灰比0.9：1.1.3：1配制并搅拌成水泥浆，水泥浆应随配随用。

b.用泵把配制好的水泥浆输送到储浆罐（第二搅），同时桩机就位调平。

c.从地面放线定位开挖的槽沟搅拌下沉，同时开启输浆泵，输送浆液至设计桩底高程，定位搅喷3s，然后提升至设计桩顶高程即地面，此过程以地面微微泛浆为最好，否则就调配浆液水灰比或调整下沉和提升的速度。

d.关闭搅拌机械，完成一个单元墙体的施工。

e.向前水平移动，移下底盘对桩位，使前一单元墙体和后一单元墙体的最后一个桩搭接100mm，调平重复上述护e步骤。

5.指标控制

在施工中应严格控制以下指标：

a.混凝土固化剂。主剂一般采用325号、425号普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，水泥掺人量（占天然土重的百分比）一般为8%～15%。

b.混凝土水灰比。可根据地质报告反映的土层性质、土的孔隙率、孔洞裂隙情况、土层含水量及室内试验数据初步确定，然后再根据现场施工情况修正，一般来说水灰比为0.5～2.0。

c.钻头直径。根据桩深、墙厚及垂直度的要求，可选220。632mm。

d.搭接长度。设计要求的桩与桩之间搭接长度应不小于50mm，随墙深增加应增加搭接长度。

e.垂直度。施工前应使桩机水平，使钻杆保持垂直，垂直度误差不大于11300。

6.结语

在实际工作中，我们将这种方法运用在多个水利工程中，通过长期的观察发现，这种方法的加固效果良好。近年来，由于振动水冲法具有防渗效果好、成本低、适用范围广等特点，因此受到业界人士的广泛关注与青睐。随着社会的发展以及技术水平的不断提高，相信这种方法还会根据工程的不同特点不断改革与完善，实践证明，这种方法的发展前景极为广阔。

【参考文献】

[1]赵从容，任新立，许艳婷.振冲法施工技术在坝基抗液化工程中的应用[J].河南水利与南水北调，2010（06）.

[2]康景俊.振冲技术的应用与回顾[J].水利水电技术，1995（06）.