水利大坝地基振冲碎石桩处理施工技术

申银海 曾晓洲 四川二滩国际工程咨询有限责任公司

振冲碎石桩施工技术具有施工周期短、工艺简单、施工质量易控制等优势，适用于软土地基的加固，且施工完成后，软土地基的承载力能够大幅提升，沉降也可得到有效控制。

一、碎石桩复合地基加固的原理

振冲碎石桩加固软性土地基的原理主要是置换部分软土，在砂土、粉土、粘性土、人工填土、淤泥土等土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩，和原地基土组成复合地基，以满足工程要求的承载力，并使沉降度小于工程规定的限值，减少变形，降低压缩性，消除地层液化。复合地基中的碎石桩能发挥与砂井相同的排水作用。通过振冲碎石桩处理后的复合地基在遭遇地震时，不仅因复合地基强度提高，抗变形能力加强，桩间土不易液化，同时由于碎石桩的排水作用，有利于砂土孔隙水压力消散，限制了因地震引起的砂土超孔隙水压力的增长，因而经振冲碎石桩处理后的砂土地基，抗液化能力也大大加强。振冲法是用振动水冲法在地基内设置的散粒桩体，用于加密松砂和加固粘性上等松软土地基.通过振冲法挤密主要适用于砂类土，小于0.005mm 的黏粒含量不超过10%，挤密效果都很显著；若黏粒含量大于30%，挤密效果明显降低。碎石桩复合地基的主要用途是提高地基的承载力，减小地基的沉降量，碎石桩还可以用来增强坝基的抗剪强度，从而提高大坝抗滑稳定性.振冲施工后桩问土中很容易被挤入碎石，虽然碎石挤入的范围有限、数量也不多，但是由于桩问距小，碎石在桩间土中占据了较大的空间范围，对桩问土的力学指标（如承载力）的提高还是很明显的。

二、工程概况

某电站下水库的拦砂坝坝轴线位于下水库进出水口上游，距离下水库一期进出水口的直线距离有1654m，拦砂坝的结构形式为复合土工膜防渗黏土芯墙坝，坝顶绝对标高为1066.0m，大坝上游和下游的坝面坡度都是1：2.2。大坝的最大坝体高度为23.5m，大坝最大轴线长度为548m，坝顶最终完工宽度为6m。

三、主要的施工设备

（一）振冲设备

振冲器的选择和加密对象、加密孔位布置及其他施工技术参数密切相关，在施工环境条件确定的情况下，决定加固效果的决定性因素是振冲器的性能。根据前期试验的开展情况和获得的效果、设计文件的要求和地质条件特点，现场施工采用BJ75 型振冲器。BJ75 型振冲器具有性能稳定、可靠度高的特点。在采用振冲碎石桩处理地基的生产实践过程中，该型号的振冲使用较为广泛。由于该设备具有施工工效高、速度快且施工质量稳定性高、击振力大、穿透坚硬土体的能力强的特点，因此采用该设备加固处理后的地基，后期的沉降量和不均匀沉降量都不大，可满足大坝坝基的承载力和稳定性的要求。

（二）起重吊装设备的选择

起重吊装设备的起吊力和起吊高度必须都能满足现场施工的需要。振冲碎石桩施工的常用起吊设备有打桩机、汽车吊和扒杆等。根据工程的实际情况合理地选择起吊设备，本工程选择25t 的汽车吊作为起重吊装设备。

（三）电气控制设备的选择

电气控制装置需同时满足现场施工配电和控制施工技术参数的需要，施工技术参数主要包括：振冲施工的留振时间、钻孔电流量、加密电流量等。BJ75 型振冲器采用的是自动控制加密电流量、振冲留振时间等参数，当施工中的电流量和留振时间都达到规定数值时，控制设备会自动发出提示信号，指导现场的施工。

（四）填料设备的选择

现场的填料设备选用30m3的装载机。

四、主要施工方法

（一）振冲桩施工工序

测量放线：根据提前画好的桩位图，将计划施工区域的桩位放出来，并做好标记。场地清理、将施工电源和水源引入施工现场，做好施工的准备工作。准备工作完成后，将施工设备移至空位，并且将振冲器对准预先确定好的桩位。振冲成孔施工步骤①首先将振冲器对准施工桩位，其次开启设备的压力水泵，等到振冲器的末端出水口开始喷水以后，然后再开启振冲器，待振冲器空转运行稳定以后，再开始成孔施工。施工过程中要控制振冲器的入土速度，振冲器需慢慢的贯入土中，贯入过程中控制好贯入参数，当桩尖达到设计的持力层后停止贯入。②成孔施工过程中，要求振冲器始终处于悬垂的状态。因振冲器和导管之间的连接采用的是橡胶减震器，所以如果导管稍微偏斜一点是可以的，但是偏斜量不能太大，以免产生振冲器偏离贯入方向的问题。③地基的土质情况、振冲器类型和水击压力等直接影响设备的成孔速度和成孔能力，一般情况下，淤泥质土壤地层条件的成孔速度比较快。钻孔清孔：成孔过程中，如果返出的泥浆较粘稠、孔中遇到狭窄地段或孔中出现缩孔等问题时，需对钻孔进行清孔处理。清孔的方法是在需要扩孔部位反复上下提拉振冲器或者将振冲器提出孔口，使孔口返出的泥浆变稀，保证振冲孔能够顺直、通畅，进而使填料能够顺利下沉。振冲料的加密：加密的方法是强迫振冲料制桩的施工工艺流程。制桩过程需连续地进行，填料的加密从孔底部位开始施工，底部完成后逐段向上分段施工，分段过程中要求中间不出现漏振的情况。当加密电流和留振时间达到设计要求以后，再将振冲器缓慢地上升，继续加密下一段，每段加密的长度要符合试验的参数要求。重复以上步骤，从下到上加密，直到设计要求桩顶标高加密完成。加密完成后，关闭振冲器和压力水，整个成桩过程完成。

（二）振冲碎石桩施工质量控制标准和施工技术要求

①成孔和清孔过程a.施工过程中，要求振冲器的喷水嘴中心轴线和钻孔的孔径圆形偏差小于5cm；b.振冲成孔完成以后，成孔的中心点和施工图纸的中心偏差要小于10cm；c.成桩的桩顶中心点与图纸定位的中心点偏差小于桩孔直径的0.25 倍。d.振冲器在贯入土中的整个过程均要保持垂直，偏斜度不得超过规范要求。e.每孔段振冲器贯入1m～2m 左右，详细地记录一次造孔电流、造孔水压力和造孔成孔时间，直到贯入到设计要求的深度，整个贯入过程均要记录清楚。f.成孔完成以后，对孔进行1～2 遍的清孔作业。②填料作业和加密施工填料方法的选择：填料选用强迫填料法施工，该方法的原理主要是利用振冲器的自重和振冲器的振动力，将桩孔上部的填料送到桩孔的下面部分，层层向下送料，直至填料不再下层。桩孔加密的技术措施如下a.先控制制桩的电压是380V 左右，要求电压的波动范围控制在±20V 以内，否则不允许施工。b.桩孔的加密电流为90A。c.振捣器的留振时间控制在10s～12s。d.造孔的水压力控制在0.4MPa～0.6MPa，加密的水压力控制在0.3MPa～0.5MPa。e.每次的加密段长度控制在30cm～50cm。f.加密电流和留振时间采用电气自动控制系统予以控制。g.加密施工从孔底部分开始进行，从下向上逐段加密，整个加密过程要求中间段不能有漏振现象，直至加密到设计的孔顶高程。

五、质量保证措施

振冲碎石桩施工质量控制及管理措施：①严格按照设计图纸和相关技术规范要求施工；②严格执行经批准施工方案，规范操作，执行三检制；严格控制相关施工质量，施工人员持证上岗，进场材料和施工设备严格执行报验制度。③施工中严格执行相关技术参数要求。尤其是填料要注意加料不过猛，原则上“少吃多餐”，勤加料。

六、施工效果检测

振冲碎石桩标准贯入试验结果表明，施工后，各地层岩性均发生改变，且由上至下标准贯击数量逐渐递增。由于上层有机质黏土中的碎石块较多，导致振冲碎石桩桩体内不受约束的碎石量增大，在振冲施工过程中，会在高压水的作用下嵌入软塑状黏土中，并与有机质黏土充分固结后增加桩间土标准贯入击数，这就是试验结果显示的桩体密实度不合格的桩间土标准贯入击数却达到20～38 击的主要原因。碎石桩振冲施工后，导致坝基施工区域内地层层位上相增加，且在桩间土受到挤压及地下水压力升高的情况下，地基土应力随之改变，不同土层力学性能也有不同程度的变化。