振动水冲法在某水库大坝加固中的应用分析

陈 彬

(江西省安澜工程咨询有限公司，南昌 330001)

振动水冲法在某水库大坝加固中的应用分析

陈 彬

(江西省安澜工程咨询有限公司，南昌 330001)

水库是一项重要的民生工程，但大部分水库使用年代久远，急需必要的除险加固，如何在保证工程效果的前提下减少经济负担，成为当前的主要问题。文章以江西某水库大坝除险加固工程为例，对振冲法在上游坝坡加固中的应用进行了阐述分析，以期为类似的施工提供了必要的技术参考。

振冲法；岸堤水库；加固；应用

0 引 言

据有关资料显示，我国大部分水库多建设于20世纪60年代左右，且大坝结构为心墙砂壳坝，受制于当时的施工水平及长时间的腐蚀风化，当前很多坝体存在砂壳质量差、密度值不达标等问题，除险加固工作势在必行。振冲法作为一种新型地基加固技术，相对于传统加固方法有着显著优势，应用于坝坡加固完全满足“经济适用”原则。

1 工程概况

某水库流域控制面积约为1693.5km2，总库容超过7.5亿m3，是一座以防洪灌溉为主，兼顾发电、供水、养殖、旅游等综合开发利用的大型水利工程。该水库建设于1959年，主坝长1665m，最大坝高29.8m。在1989年时对该水库大坝进行了大规模的除险加固，包括坝基帷幕灌浆、上游坝坡振冲加固、迎水护坡翻修等，在此重点研究上游坝坡加固工作。

2 振动水冲法加固机理分析

振动水冲法简称振冲法，是利用起重机吊起高频振动器，启动高压水泵，在边振动边水冲的作用下使振动器到达地基预定深度，之后在孔内填充碎石并振动压实，这样可使密实桩和原土体共同组成复合地基，显著提高地基密实度和承载力[1]。

振冲器从上到下主要由潜水电机、偏心块、振动体组成，射水管安装在空轴内，水压范围在0.4-0.6MPa。作用机理为通过振动器水平振动来挤压填料及周围土体，从而达到增强地基稳定性、提高地基抗液化能力。

3 振动水冲法在岸堤水库大坝加固中的应用分析

3.1 振冲加固设计分析

1)加固前坝料力学性能分析：该水库主坝可分为心墙砂壳和黏土均质坝两部分，其中心墙砂壳坝桩号为0+730，通过现场勘查得出坝料物理力学性质，如表1所示。由数据可知该坝体砂壳较为松散，相对密度较小，有反生滑坡可能，因此必须进行加固。

表1 坝料物理力学性质(部分)

2)振冲孔参数设计：经现场勘查，确定在大坝上游坝坡168m高程以下部分采用抛石压重方式加固，在168-176m高程范围内采用振冲法加固。设计振冲孔深度范围是4.5-8.0m，加固标准为相对密度Dr≥0.75。

本项目振冲孔按梅花形布置，振冲孔间距d按照公式(3-1)进行估算[2]。通过计算，本工程振冲孔间距d=2.02m，设计取值2.0m，共布置22排，排距也为2.0m。本项目在细砂及粗砂坝段分别采用采用35kW和55kW振冲器施工。

(1)

式中：V为每个振孔所需填料数量(可现场试验求得)，m3；s为振冲孔深度，取值8m；Va为加固每m3坝体所需填料(计算公式如2)，m3。

(2)

式中：e为加固后要求达到的砂土孔隙比；e0为坝料加固前原始孔隙比；e1为回填料孔隙比。

3)填充料的选取：填充料对加固效果影响显著，填充质量主要取决于填料级配、填充和返水速度等，目前振冲法常用的填充料包括粗砂、砾石、矿渣等，填充料粒径一般控制在3-5cm为宜。本项目选取填充料为碎石和粗砂，要求品位在0-20之间。

3.2 振冲加固施工分析

1)准备工作：①确保水泵压力表正常工作；在振冲器连杆上每隔50cm设置一刻度，随时观察贯入深度。②为方便施工，在坝坡开挖施工小平台，并根据平台高程计算振冲孔深度[3]。③为保证孔位准确，在施工坝段两端设置准线桩，每隔20-25m设置两个断面桩。

2)振冲施工：①对孔距、排距进行测量放样，并为每个孔位进行编号；设置好排水槽，水槽段间搭接长度>0.1m，溢水口位置高于振冲孔；②振冲器开进施工现场，使振冲器顶部对准桩位，利用下喷水水束校正位置，振冲器位置偏差≤5cm，倾斜度不超过2°。将喷水压力增加到0.3MPa，并开启侧向补水口，其压力控制在0.05MPa以下。启动振冲器，等水压、电流(65A)稳定后开始贯入，速度控制在1.5m/min；③若贯入过程中遇到坚硬夹层，可稍微提升钻头，再向下冲，反复几次，保证电流不超过控制电流，若连续多次长时间无法贯入，则停止该孔位施工[4]；④振冲孔深度达到设计标准后进行填料作业，遵循“逐层振密、逐层提升”方法，每次提升距离控制在30cm左右。在细砂坝段留振时间在70s左右，粗砂坝段在50s左右。禁止从振冲孔一侧集中填料，要从四周同时进行，可防止振冲器偏移位置，注意填料速度不得过快。本项目利用小推车上料，本项目细砂坝段填料体积为1.2m3/m；粗砂坝为1.0m3/m左右；

3)质量检查：振冲作业结束后采用“标准贯入法”对振冲桩进行质检，设计每300孔为一个检测组，检测位置包括桩身、二桩间点、三桩间点(如图1)，主要质检指标为贯入深度、相对密度。通过检测，该工程振冲桩工程合格率总体超过95%，未达到设计要求的其相对密度也达到0.6以上。

图1 检测点位置示意图

4)坝坡整修压实：在振冲作业完成后，坝坡会有偏厚现象，这是因为沙料流失造成的。此外，需对施工平台进行回填处理，本项目坝坡修整工程量为挖除余砂3.46万m3，回填砂料0.23万m3，施工机械为推土机和振动碾(规格为13t)。在碾压前在坡面洒水，保证碾压密实度。

4 结 语

该水库大坝加固创新性的使用了振冲加固技术，不仅工程效果满足设计要求，而且该技术与传统翻压加固法相比，其综合成本可降低30%以上，经济效益显著。此外，振冲法不需将加固区水量放空，节约了大量水资源，对保证当地按时灌溉意义重大，社会效益明显。综合来看，振冲法加固砂壳坝坡具有施工简单、安全、不受水位影响等诸多优点，值得在类似工程中加以推广。

[1]任海民.振动水冲法在黏土心墙砂壳坝加固工程中的应用[J].水利建设与管理，2011(02)：32-35.

[2]屈庆余.振动水冲法加密技术在三峡工程二期围堰中的应用[J].水利水电科技进展，2012(06)：45-48.

[3]周元强，徐强，沈锦儒.振冲法处理饱和粉土地基的工后孔隙比研究[J].岩土力学，2013(S1)：27-30.

[4]王盛源.振冲法加固松软地基[J].岩土工程学报，2016(05)：18-22.

1007-7596(2017)10-0153-02

TV697.3

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2017-09-24

陈彬(1985-)，男，江西高安人，工程师，研究方向为水利水电工程。