振冲加固法在日照水库加固工程的应用

梁成军

（日照水库管理局，山东　日照　276816）

振冲加固法在日照水库加固工程的应用

梁成军

（日照水库管理局，山东日照276816）

振冲法加固已经广泛应用到松散砂壳坝坝壳的抗震加固中。本文简要介绍了振冲加固原理，并以振冲加固法在日照水库主坝抗震加固工程的应用为例，归纳总结了振冲加固的施工方法、质量控制重点、质量检测方法和加固效果。

振冲加固；除险加固；质量控制；应用效果

日照水库位于日照市东港区驻地以西16 km处，始建于1958年10月，于1959年6月基本建成，是一座多年调节综合利用的大（2）型水库，总库容3.180 5亿m3。水库枢纽工程包括主副坝、南北放水洞、水电站、溢洪道4部分。现状防洪标准达百年设计、5 000年校核。

1　主坝砂壳存在问题及处理方案

2000年4月，山东省水利厅委托相关单位对日照水库工程进行了安全鉴定。主坝0+600～1+ 050段的坝壳料以砂为主，并夹杂风化岩的碎屑、碎块及壤土，土质不均，为不良级配的砾质中砂，局部为良好级配的砾质中砂、砾质极细砂，呈松散状态。主要指标为：标准贯入击数3～6击，干密度1.33～1.55 g/cm3，相对密度0.34～0.64，渗透系数2.28×10-2～4.4×10-2cm/s；不均匀系数一般为6.8～12.7，水上休止角为34.6°、水下休止角为30.8°。经鉴定：主坝上游砂壳松散，砂壳及坝基遇地震存在液化的可能，须对大坝砂壳进行抗震加固处理。

为解决主坝0+600～1+050段上游坝壳松散问题，除险加固工程设计时经方案比选采用振冲加固方案。自高程31.0～43.0 m，大约为上游砂壳厚度的1/2范围内实施；振冲桩底高程应高于坝基高程0.60 m，且保证离开心墙2.0 m，以确保心墙和坝基的稳定。桩号0+750～0+960坝段，顺坝轴线方向桩距1.5 m、垂直坝轴线方向排距1.3 m，梅花形布置；桩号0+600～0+750坝、0+960～1+050坝段，顺坝轴线方向桩距1.5 m、垂直坝轴线方向排距1.5 m，亦为梅花形布置。采用377-55 kW振冲器，振冲填加料采用纯净粗砂，振冲顺序为由下至上。振冲加固后，使坝体砂壳的相对密度达到Dr≥0.75。

2　振冲加固原理

用振冲法加固砂坡，是使砂土先期振动液化，重新填料固结，以提高砂坡的密度。即在振冲器不断振动和射水的过程中，使孔内附近砂土和填料液化，便于振冲器下沉，同时将悬浮砂粒及填料挤入孔壁，并传播振动和渗透压力，扩大液化区，使土粒重新排列、固结密实。用振冲法加固砂坡的实质，主要是利用震挤、液化、重新固结的作用来提高砂土的密度。

3　主坝砂壳振冲加固施工

3.1振冲试验

设计时初拟了施工工艺参数，但在施工前需要通过振冲试验确定相应的施工技术参数。日照水库振冲加固施工性能试验共布置4个试验区，每个试验区布设四排桩，0+600～0+610、0+630～0+ 640、0+730～0+740三个试验区，桩距、排距均为1.5 m，0+870～0+880试验区，桩距1.5 m，排距1.3 m，均呈梅花桩布置。振冲效果检测采用标准贯入试验。实验结果表明本次设计的孔距、排距能达到其加密效果（相对密度≥0.75），振冲时应按以下5项施工参数进行控制：振冲孔定位偏差不大于5 cm；钻进时水压控制在0.4～0.6 MPa，振冲电流80～100 A；造孔贯入速度控制在1～2 m/min；提升间距≤45 cm；留振时间不小于80 s。

另外，通过对主坝前坡0+600～1+050四个实验区的试验数据，分别对不同深度标准贯入击数、干密度、相对密度相关分析，绘制振冲前后标准贯入平均击数对照图，建立不同深度与标准贯入击数关系曲线。根据相关曲线成果，日照水库主坝振冲加固工程，若满足相对密度0.75的要求，标准贯入击数需在17击以上，且随深度的增加而增多。

3.2振冲加固施工

为加快施工进度，避免施工干扰，本次振冲加固工程共划分为9个施工段，自标号0+600开始，每50 m作为一段，至1+050段结束，每一段配备16 t吊车1台，振冲设备1台（套），各段平行施工。

施工前，按规定进行砂料（原坝体砂、外购砂）的最大干密度、最小干密度、自然干密度的检测，检测按照随机抽样的原则进行，根据施工前原坝体干密度与施工后干密度进行比较，确定加固效果。

振冲施工程序为：场地平整→振冲机械定位→振冲造孔→造孔结束→上提40～50 cm→填料振冲→逐层振冲加固→振冲器提出孔口→下一个振冲孔施工。

施工方法采用排孔法，由一端开始，依次逐步造孔至另一端，由高程31.5 m依次到高程43.0 m。吊车就位后先将振冲器悬吊，对准孔位，开动振冲器，打开水源，检查水压、电压和振冲器空载电流，一切正常后开始喷水下钻。振冲器在其自身重量和振动喷水作用下，以1～2 m/min的速度慢慢沉入砂中，每钻入0.5～1 m，在该段高度悬留5～10 s扩孔，待孔内泥浆溢出时，再继续沉入。造孔时如遇有硬层电流上升到额定电流值，暂停下落，适当加大喷水口压力，并上下起落振冲器，直到穿过硬层后再继续贯入。振冲贯入时详细记录造孔电流、水压和时间。当下沉达到设计深度时，振冲器在孔底适当留振，排除泥浆进行清孔，直至孔口返出泥浆变稀为止。清孔完毕后，用装载机将砂料运至振冲孔口附近，人工向孔内均匀填料，填料采用连续填料法，达到留振时间80 s后将振冲器上提40～50 cm，继续加料振密，如此反复直至桩顶。

3.3质量控制与检测

振冲加固的效果，主要与振冲器的性能、砂坡材料的特性、施工情况及边界条件和起始条件等有关。在振冲器选定、砂坡材料的特性已定的情况下，施工情况尤为重要。施工工艺掌握的好坏直接关系到施工质量和加固效果。因此，必须严格按照操作规程，重点把握造孔和填料关。施工过程中，振冲器定位偏差不大于5 cm，振冲器贯入时保持垂直，保证成孔中心与施工图纸定位中心偏差不大于10 cm，造孔完成后的桩顶中心与定位中心偏差小于桩孔直径的0.2倍。施工中严格控制贯入速度、提升高度和留振时间，保证填料充足。

对于加固后的砂壳或坝基质量，可以选择采用标准贯入、静力触探、探井或波速法等适当的方法进行检查测定。本工程检查方法采用标准贯入法，振冲完成14 d后进行检测，每个单元振冲孔设1组检查孔。本工程总计振冲孔7 858个，进尺6万余米，共划分为30个单元，标贯试验30组，做标贯试验482段次，试验结果全部合格，整体工程质量优良。

4　结语

振冲法加固地基技术，在20世纪70年代中期引进我国，由于该项技术机理明确、设备简单、操作方便、不用三材、造价低廉、技术效果好等原因，先后在交通、水利、电力和工业民用建筑等部门得到了广泛推广应用。实践证明，振冲法在日照水库主坝抗震加固中，通过精心设计和规范施工，严格质量控制与检测，达到了预期的加固目的。

［1］白永年，吴士宁，王洪恩.土石坝加固［M］.北京：水利电力出版社，1992.280-303.

（责任编辑迟明春）

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2016-04-25

梁成军（1968—），男，助理工程师