邓家沟水库大坝受冲击成孔桩振动影响研究

胡培良，李爱兵

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；2. 金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

邓家沟水库位于贵州省习水县境内，因修建仁怀至赤水高速公路需要，线路跨水库修建邓家沟水库大桥。该大桥有12个桩基采用冲击成孔灌注桩施工方案，为研究该施工方法对水库大坝影响程度，主要采用现场监测及理论研究相结合的方式。

1 工程概况

1.1 地质条件

邓家沟水库大桥位于习水县桑木镇森林村，为路线跨越水库而建设。桥址区属中切垄脊中山地貌，微地貌为宽谷，路线穿越段宽谷呈近南北向展布，宽谷两岸地形坡度较陡，约30～40°，区内桥轴线经过地面最高处标高为887.67 m，最低处标高为842.507 m，相对高差约为45 m。植被弱发育。

根据工程地质调绘、钻探揭露及室内岩土试验结果，勘探深度范围内地层上部主要由第四系坡残积(Q4el+dl)粘土、粉质粘土、淤泥、碎石土、块石土组成，下伏基岩为奥陶系上统(O1m)灰岩、泥岩，中下统(O2+3)灰岩。第四系土层分布在沟谷及斜坡地区，厚度较大，主要为第四系坡残积(Q4el+dl)粘土、粉质粘土、淤泥、碎石土、及块石土，下伏基岩为奥陶系上统(O1m)泥岩、灰岩，中下统(O2+3)灰岩。地层产状198°∠15°、250°∠20°。依据其成因类型、地质时代、节理裂隙发育程度、风化程度及强度差异分为4层。桥址区地表水发育，主要为水库，汇水面积大，路线跨越段水库宽约120～180 m，水深5 m左右，水量受大气降水影响。

1.2 项目介绍

桥址区与邓家沟水库大坝较近，位于桥址区的左侧，最近的直线距离只有37 m左右。

大桥中心里程左线为ZK60+456.0，右线为YK60+469.0，左线起讫桩号ZK60+321.96～ZK60+608.04，全长286.08 m，设计为7×40 m PC T 梁；右线起讫桩号YK60+343.96～YK60+594.54，全长250.58 m。

其中进行冲击成孔灌注桩施工的12个桩基为Z3#-1、Z3#-2、Z4#-1、Z4#-2、Z5#-1、Z5#-2、Y2#-1、Y2#-2、Y3#-1、Y3#-2、Y4#-1、Y4#-2(见图1)。桩下基岩均为中风化泥岩；该桥其他桩位并不采用冲击成孔灌注桩施工方式。其中距大坝最近的冲击成孔灌注桩钻孔为Z3#-1号桩基。在施工期间，水库水位已放至排水孔以下，估计深度为1 m左右；冲击锤质量为7～8 t，冲程为2～3 m，泥浆比重为1.05～1.20。

图1 振动监测点及施工桩位

2 监测系统测点布置[1-5]〗

本次监测采用的仪器为UBOX-5016振动智能监测仪，完整的振动监测过程可以分为3个部分，分别是测试参数准备、现场测试、数据回放。

固定测点布置分别在水库坝顶、水库坝基台阶以及水库附近的裸露基岩上，每个测点设置3个观测方向，分别用于安装垂直、径向和切向3个方向速度传感器，监测邓家沟水库大桥冲击成孔灌注桩施工对邓家沟水库大坝的振动影响；并且对水库大坝周边采用部分临时点进行监测，测点具体布置见表1，测点分布实际照片见图2。

监测点距离Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1具体距离详细情况见表1。其中：1号与9号点位于坝体接近中央位置基础，监测坝体中央基础部分振动情况；2号位于坝体中央上部，监测坝体中央上部坝顶处振动情况；4号和5号位于监控坝体上部溢水孔处，监测上部结构物产生的振动情况；8号位于该坝体原有裂纹处，监测该裂纹处产生的振动情况；6号和7号分别位于坝体两端，监测该大坝两端振动情况；3号位于接近大坝的裸露基岩处，通过该处监测该大坝附近基岩的振动情况。

图2 监测点实际布置

监测位置至Z3#-1距离/m至Y3#-2距离/m至Y3#-1距离/m168120112266120116388140140466120118566120118692152145787145135871130120966130123

3 监测结果及分析

3.1 监测结果

冲击成孔灌注桩施工顺序为Y3#-2、Z3#-1和Y3#-1，前期施工为安全起见，先施工距水库大坝较远的桩号，后期为了监测需要施工了最近的Z3#-1，从而判断施工振动对大坝的影响程度。

在Y3#-2施工期间仅布置了1、2、3号监测点，在施工过程中，监测仪器均为被触发，未监测到任何振动数据。

在Z3#-1施工期间，施工至3 m左右，1、2、3号监测点未监测到任何振动数据。在其施工至6～7 m深时，又相应增加了4、5号监测点。在冲击过程中， 4号监测点测试到相关振动数据，具体测试数据见表2，实测振动波形及频谱图见图3、图4。

表2 Z3#-1施工期间监测点监测数据

图3 实测代表性波形

图4 实测代表性频谱

在Y3#-1施工期间，又增加布置了6～9号监测点，在其施工至5 m时均未测试到任何数据。

3.2 结果分析[6-7]

根据GB6722-2011《爆破安全规程》、DL/T5333-2005《水利水电工程爆破安全监测规程》，对于水库大坝质点振动速度安全控制标准参考水电站及发电厂中心控制室设备标准为：

水电站及发电厂中心控制室设备，质点振动峰值速度不大于0.5 cm/s。

根据表2监测结果，邓家沟水库大桥冲击成孔灌注桩施工对邓家沟水库大坝周边产生的振动速度最大值为0.068 cm/s，均未超过该大坝质点振动控制标准(0.5cm/s)，不会对该大坝造成损伤。

3.3 理论对比[7-8]

根据该项目采用冲击锤重7～8 t，冲程为2～3 m，泥浆比重为1.05～1.20，从而计算该冲击锤所做的功最大为：W=204 kJ,仅相当于0.058 kg炸药。

根据《爆破安全规程》中爆破安全振动安全允许距离：

(2)

式中，R—爆破振动安全允许距离，最近值66 m；

Q—炸药量，kg；

V—保护对象振动允许速度，0.5 cm/s；

K、α—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，泥岩为软岩石，K和α取值分别为300和1.9。计算得：Q=11.8 kg。

按冲击锤所做功相当于0.058 kg炸药进行爆破振动计算得：V=0.017 cm/s，其值也远小于0.5 cm/s的允许值。

理论计算同实际监测结果吻合，监测结果可信。

4 结 论

通过对邓家沟水库大桥冲击成孔灌注桩施工对邓家沟水库大坝的振动监测结果的分析研究，可以得出如下结论：

(1) 冲击锤质量7～8 t，冲程为2～3 m时，对Z3#-1、Y3#-2和Y3#-1桩位进行冲击成孔灌注桩施工时，并未触发大坝坝体、大坝基础以及临近基岩处监测仪器，未采集到任何数据，故不会对邓家沟水库大坝坝体产生损伤。因而在控制冲程以及冲击锤质量不变的前提下，对于其他9个桩基进行冲击成孔灌注桩施工，并不会对大坝产生损伤。

(2) 后经过加设监测测点4、5，该Z3#-1桩位冲击成孔灌注桩施工对水库大坝上方溢水孔上部结构产生的振动速度最大值为0.068 cm/s，仍未超过水库大坝质点振动速度安全控制标准0.5 cm/s，表明Z3#-1桩位冲击成孔灌注桩施工方式并未对大坝上部结构物产生损伤。在增加监测点后，Y3#-1号桩施工并未触发1～9号所有监测点。

因而在控制冲程以及冲击锤质量不变的前提下，对于10个桩基进行冲击成孔灌注桩施工，并不会对大坝上部结构物产生损伤。

参考文献：

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[4]谭捍华，孙进忠，祁生文.强夯振动衰减规律的研究[J].工程勘察，2001(5)：11-14.

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[6]DL/T5333-2005.水利水电工程爆破安全监测规程[S].

[7]GB6722-2011.爆破安全规程[S].

[8]库特乌佐夫，等.爆破工程师手册[M].刘清泉，刘学山，毕卫国.北京：煤炭工业出版社，1992.