云南鱼龙水库工程坝基振冲复合地基质量检测试验研究

崔召　刘家伟　董春伟

摘要：天然软弱地基力学性质较差，作为水利工程地基基础无法满足地基承载力的要求。采用振冲法形成振冲碎石桩复合地基，能够提高地基承载力，满足工程要求。通过开展平板载荷试验、动力触探试验以及标准贯入试验，对云南鱼龙水库工程复合地基工程质量进行试验检测分析研究。研究结果表明：振冲复合地基的承载力满足工程设计要求，能够作为该水利工程的基础。振冲法可应用于水利工程软弱地基的加固处理，提高坝基的承载能力，是一种有效的复合地基处理方法，取得了较好的社会效益和经济效益。

关键词：振冲碎石桩;软弱地基;地基加固;质量检测;复合地基承载力; 鱼龙水库

中图法分类号： TV223.3 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.018

文章编号：1006 - 0081（2022）07 - 0106 - 06

0 引 言

水利工程建设过程中，大坝通常布置于坝址区河段相对较狭窄段，会出现坝基河床覆盖层的天然地基承载力无法满足水利枢纽工程对地基要求的问题。如何对天然软弱地基进行处理，控制地基变形及基础不均匀沉降，以实现提高坝基基础承载力的目标，成为水利工程地基与基础设计、施工中的重要研究内容。

振冲法是复合地基的一种处理方法，其在振冲器水平振动和高压水或辅以高压空气的共同作用下，使松散地基土层振密;或在地基土层中成孔后，回填性能稳定的硬质粗颗粒材料，经振密形成增强体（振冲桩），使增强体和周围地基土形成复合地基。复合地基一般由增强体（桩）、基体（桩间土）共同承担荷载并协调变形[1]，经过振冲法地基处理所形成的复合地基，被称为振冲复合地基[2]。

本文以云南省鱼龙水库工程为例，选用振冲碎石桩对坝基河床段饱和软弱土进行处理。坝基振冲处理完成后，通过开展平板载荷试验、重型动力触探试验、标准贯入试验，对振冲复合地基进行质量检测[3]，验证桩体、桩间土和复合地基承载力特征值。

1 工程地质概况

鱼龙水库工程位于云南省石林县巴江干流上，坝址距昆明95.5 km，水库总库容1 866.8万m3，坝型为黏土心墙风化料坝，最大坝高30.3 m，水库枢纽工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。

水库枢纽区地表主要为第四系全新统残坡积层和冲洪积层，下第三系路美邑组及二叠系上统阳新组。根据勘探结果，河床覆盖层大致可分为5层，河床覆盖层具体情况及承载力试验结果如表1所示。

从土工试验成果分析，除第二层砾砂土层外，第一层粉质黏土、第三层黏土、第四层粉质黏土、第五层粉质黏土、含砾粉质黏土均夹有高压缩性土，所占比例约为11%～29%。因此，坝基土以中等压缩性土为主，局部属软弱坝基土，总体力学强度较低，存在一定程度的压缩变形，抗滑稳定性较差。

2 振冲复合地基施工情况

依据地质资料所提供的相关地层情况，以及设计所需的桩体密实度指标、设计桩体承载力等要求，工程所采取的振冲碎石桩桩径为0.8 m。根据坝体对地基承载力、抗滑抗震稳定的要求，振冲碎石桩的孔、排距划分为5个区域，从上游到下游依次为：① S1区至上游1.80 m排距区域，桩体排距为1.80 m，桩体间距为2.03 m，按等边三角形布置;②  S2区至上游1.50 m排距区域，桩体排距为1.5 m，桩体间距为1.73 m，按等边三角形布置;③ S3区至上游1.30 m排距区域，桩体排距为1.3 m，桩体间距为1.50 m，按等边三角形布置;④ X1区至下游1.30 m排距区域，桩体排距为1.3 m，桩体间距为1.50 m，按等边三角形布置;⑤ X2区至下游1.5 m排距区域，桩体排距为1.30 m，桩体间距为1.73 m，按等边三角形布置。

坝基振冲施工共布置振冲碎石桩111排，合计14 307根，桩体均按等边三角形布置，单桩处理深度3.6～19.2 m，累计深度216 005.32 m。樁顶高程分为1 689.5 m，1 688.0 m两个区域，桩底以基岩界线控制。

振冲处理后的复合地基质量要求为：① 振冲桩体密实度标准为动力触探平均贯入10 cm的锤击数[≥]8.0击;② 振冲桩体承载力[≥]350.0 kPa。

3 振冲复合地基质量检测项目及技术要求

地基处理属于隐蔽工程，对施工处理后的地基实施质量检测，是地基处理工程中的一个关键环节。振冲施工结束后，根据设计要求和地基处理目的，依据DL/T 5214-2016《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》，对振冲桩桩体密度、桩间土处理效果、复合地基承载力等进行检测和验收。

振冲复合地基质量检测工作采用了3种试验检测方法：平板载荷试验采用浅层平板重物载荷试验方法[4]，动力触探试验采用重型动力触探（N）试验方法，以及标准贯入试验方法。

3.1 浅层平板载荷试验

浅层平板载荷试验是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载、观测地基土的承受压力和变形的原位试验，成果一般用于评价地基土的承载力[5]。

本次试验检测采用圆形承压板，承压板面积为0.5 m，承压板的底面用砂子找平。试验荷载分为8～12级进行加载，单桩复合试验的最大加载压力不应小于设计要求压力值的2.0倍。终止试验的条件为：① 沉降急剧增大或承压板周围的土体明显侧向挤出;② 承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%;③ 当达不到极限荷载，单桩复合试验的最大加载压力已大于设计要求压力值的2.0倍[6]。当满足①、②情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。复合地基或单桩承载力特征值的确定方法为：① 当压力-沉降曲线上极限荷载能够确定，而其值不小于对应比例界限的2.0倍时，可取比例界限;当其值小于对应比例界限的2.0倍时，可以取极限荷载的一半。② 当压力-沉降曲线为平缓的光滑曲线时，按相对变形量进行确定[5-9]。

3.2 重型动力触探（N63.5）试验

重型圆锥动力触探试验是利用一定的落锤能量，将与触探杆相连接的探头打入土中，根据打入的难易程度（表示为贯入度或贯入阻力）来判断土的工程性质的一种原位测试方法[10]，一般用于确定碎石类土密实性、极软岩的力学分层，评定土的均匀性和物理性质、土的强度、地基承载力等。

本次试验检测采用锤重为（63.5±0.5） kg的穿心锤，落距为（76±2）cm，自动脱钩的自由落锤法进行锤击。锤击贯入连续进行，在探杆上按10 cm一段标明刻度，锤击过程中记录每贯入10 cm的锤击数和相应深度，记录贯入10 cm的读数N，锤击速率为15～30击/min。在中密以下的碎石类土、极软岩等层进行该项试验，每贯入1.00 m，将探杆转动一圈半;当贯入深度大于10.00 m，每贯入20.00 cm，转动探杆一次，以减小孔壁摩擦力的影响。每贯入0.10 m所需锤击数连续3次超过50击时，即停止试验。本次重型动力触探试验根据《工程地质手册》（第五版）表3-234对重型圆锥动力触探试验锤击数进行修正。

3.3 标准贯入试验

标准贯入试验一般用于判断黏性土的稠度、确定黏性土的力学指标等。本次试验检测采用锤重为（63.5±0.5）kg的穿心锤、落距为（76±2）cm、自动脱钩的自由落锤法进行锤击，锤击速率为15～30击/min。标准贯入试验钻孔采用回转钻进，在黏性土等地层中进行标准贯入试验，当孔壁不稳定时，用套管护壁，钻至试验标高以上15 cm处，清除孔底残土后再进行试验。贯入器打入土中15 cm后，开始记录每打入10 cm的锤击数，以累计打入30 cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N[11]。

4 质量检测结果分析

4.1 浅层平板载荷试验检测结果

浅层平板载荷试验共布置了8个测点，其中桩体布置4个测点，桩间土布置4个测点。S2区桩体上布置2个测点，分别为S2区A单元1号桩体、S2区B单元1号桩体，编号为S2-A-1、S2-B-1;X2区桩体上布置2个测点，分别为X2区A单元1号桩体、X2区B单元1号桩体，编为X2-A-1、X2-B-1，桩径均为800.0 mm，承压板面积均为0.5 m。桩体浅层平板载荷试验检测成果如表2所示。

S2区桩间土上布置2个测点，测点位置分别为S2区A单元1号桩与2号桩桩间土、S2区B单元1号桩与2号桩桩间土，编号为S2-A-（1-2）、S2-B-（1-2）;X2区桩间土上布置2个测点，测点位置分别为X2区A单元1号桩与2号桩桩间土、X2区B单元1号桩与2号桩桩间土，编号为X2-A-（1-2）、X2-B-（1-2）。桩体间距均为1.73 m，承压板面积均为0.5 m。桩间土浅层平板载荷试验检测成果如表3所示。

检测结果表明：S2区和X2区碎石桩桩体承载力特征值为350.0 kPa和394.0 kPa，均不小于350.0 kPa，满足地基承载力要求。S2区碎石桩桩间土承载力特征值均为94.0 kPa，X2区振冲碎石桩桩体承载力特征值为94.0，84.0 kPa。桩体承载力特征值偏高而桩间土的承载力特征值较低。从承压板外部土体的观测来看，桩体进行浅层平板载荷试验直到试验结束，承压板周边土体均没有出现挤胀现象，而桩间土进行浅层平板载荷试验，承压板周边的土体呈现明显的挤胀现象[4]。

4.2 重型动力触探试验检测结果

重型动力触探试验共布置了20个测点，测点均布置在桩体上，深度共计313.80 m。S1区、S2区、S3区、X1区、X2区各布置4个测点。测点编号格式为XX-Y-1，XX为测区编号，Y为测区中单元编号，1为桩体编号。如S3-A-2代表S3测区A单元2号桩体。重型动力触探N与地基承载力σ的关系见圖1。

重型动力触探试验检测成果如表4所示。检测结果表明：S1区碎石桩桩体动力触探平均贯入10 cm的修正锤击数平均击数范围值为14.0～18.0击，均满足≥8.0击的设计要求;碎石桩桩体承载力值范围为561.0～678.0 kPa，平均值为621.0 kPa，均满足桩体承载力≥350.0 kPa的设计要求。S2区碎石桩桩体动力触探平均贯入10 cm的修正锤击数平均击数范围值为13.0～16.0击，均满足≥8.0击的设计要求;碎石桩桩体承载力值范围为528.0～624.0 kPa，平均值为560.0 kPa，均满足桩体承载力≥350.0 kPa的设计要求。S3区碎石桩桩体动力触探平均贯入10 cm的修正锤击数平均击数范围为12.0～13.0击，均满足≥8.0击的设计要求;碎石桩桩体承载力值范围为510.0～558.0 kPa，平均值为533.0 kPa，均满足桩体承载力≥350.0 kPa的设计要求。X1区碎石桩桩体动力触探平均贯入10 cm的修正锤击数平均击数范围值为12.0～14.0击，均满足≥8.0击的设计要求;碎石桩桩体承载力值范围为489.0～561.0 kPa，平均值为518.0 kPa，均满足桩体承载力≥350.0 kPa的设计要求。X2区碎石桩桩体动力触探平均贯入10 cm的修正锤击数平均击数范围为11.0～12.0击，均满足≥8.0击的设计要求;碎石桩桩体承载力值范围为456.0～516.0 kPa，平均值为488.0 kPa，均满足桩体承载力≥350.0 kPa的设计要求。

4.3 标准贯入试验检测结果

标准贯入试验共布置了20个测点，测点均布置在桩间土体上，深度共计320.00 m。S1区、S2区、S3区、X1区、X2区各布置4个测点。测点编号格式为XX-Y-（1-2），XX为测区编号，Y为测区中单元编号，（1-2）为桩间土体编号。如X2-C-（1-2）代表X2测区C单元1号桩与2号桩桩间土。标准贯入试验与地基承载力如图2所示。

标准贯入试验检测成果如表5所示，检测结果表明：检测区域内桩间土均为可塑状态，S1区桩间土承载力值范围为138.0～148.0 kPa，平均值為142.0 kPa。S2区桩间土承载力值范围为148.0～160.0 kPa，平均值为155.0 kPa。S3区桩间土承载力值范围为120.0～166.0 kPa，平均值为147.0 kPa。X1区桩间土承载力值范围为120.0～160.0 kPa，平均值为146.0 kPa。X2区桩间土承载力值范围为148.0～162.0 kPa，平均值为154.0 kPa。

5 振冲桩复合地基承载力特征值的确定

振冲桩复合地基承载力特征值根据下式计算：

f=mf+（1-m）f （1）

m=dd （2）

式中：f为复合地基承载力特征值，kPa;f为桩体承载力特征值，kPa;f为桩间土承载力特征值，kPa;m为面积置换率;d为桩长范围内的平均桩径，m，平均桩径为0.80 m;d为单桩等效影响圆直径，m，等边三角形布桩de=1.05s，其中[s]为桩的间距，m。

复合地基承载力特征值成果如表6所示，振冲碎石桩5个区域的桩体承载力、桩间土承载力和复合地基承载力均满足地基承载力设计要求，振冲碎石桩区域复合地基承载力检测成果如表7所示。

6 结 语

通过对云南鱼龙水库工程坝基振冲复合地基采用浅层平板载荷试验、重型动力触探试验、标准贯入试验等试验检测方法，计算得出振冲碎石桩复合地基承载力特征值，并采用各种试验检测方法进行验证，综合评价了复合地基工程质量[4]。该水库枢纽区分布于第四系全新统残坡积层和冲洪积层饱和软弱地基，通过采用振冲法处理形成振冲复合地基[12]，复合地基承载力满足设计要求，能够作为该水利枢纽的基础，并因此避免了水利枢纽工程基坑的持续开挖工作，节约了工程成本，缩短了建设工期。

目前，该水利工程已下闸蓄水运行超过1 a，现场监测数据表明：坝基沉降量在设计允许沉降量范围内，工程运行正常，无不良情况发生。该水利工程振冲复合地基技术的成功运用表明，振冲法可以应用于水利工程软弱地基的加固处理，能够提高坝基的承载能力，是一种有效可行的复合地基处理方法，能够取得较好的经济效益和社会效益。本文研究为今后类似的水利工程地基处理方法提供了一定程度的技术支撑。

参考文献：

[1] 林红， 阮璐，李少飞.上第三系软岩重力坝坝基复合加固处理技术[J].人民长江，2020，51（11）：153-160.

[2] 张继华. 碎石桩复合地基承载力质量检测研究[J]. 中外建筑，2019（9）：155-157.

[3] 马永峰，张志豪，刘元钊，等. 岩溶地区CFG桩复合地基现场试验研究[J]. 人民长江，2015，46（12）：63-67.

[4] 梁为邦. 某水电站首部枢纽建筑物地基振冲处理工程质量检测与分析研究[J]. 资源环境与工程， 2011，25（5）： 523-526.

[5] 王伟锋，王发旺，卢育霞. 平板载荷试验在河西某高速公路工程中的应用[J]. 甘肃科技，2011，27（17）：149-151.

[6] 薛新华，魏永幸.双曲线切线模量法在铁路复合地基沉降计算中的应用[J]. 高速铁路技术，2011，2（5）：1-3.

[7] 杜长青，王清玉. 振冲碎石桩复合地基静载荷试验和相关问题探讨[J].水利水电工程设计，2012，31（2）： 43-45.

[8] 韩博臣. 大坝基础处理中振冲碎石桩的施工和检测技术[J]. 技术与市场，2011，18（9）：125-127，130.

[9] 王胜军. 客运专线路基CFG桩质量检测与分析[J]. 长沙铁道学院学报（社会科学版），2011，12（1）：222-224.

[10] 张森林， 张永征. 碎石回填高边坡锚箱挡墙加固效果实践研究[J]. 山西建筑，2012，38（25）： 98-100.

[11] 张凤海，徐明江，宋兵. 旁压试验与标准贯入试验在地基检测中的对比研究[J]. 广东土木与建筑， 2019， 26（2）：26-28.

[12] 张少华. 振冲加固处理拦沙坝坝基试桩工程及成果[C]//中国水利学会地基与基础工程专业委员会.地基与基础工程技术创新与发展（2017）——第14次全国水利水电地基与基础工程学术研讨会论文集. 北京：中国水利学会地基与基础工程专业委员会， 2017：4.

（编辑：李 慧）

Test and research on quality inspection of dam vibro-impact composite foundation of Yulong Reservoir in Yunnan Province

CUI Zhao，LIU Jiawei，DONG Chunwei

（Yunnan KEN & GOD Rock & Soil Engineering Detection Co.， Ltd.， Kunming 650225， China）

Abstract：The natural soft foundation has poor mechanical properties and cannot meet the requirements of bearing capacity as the foundation of water conservancy projects. The vibro-impact method can be used to form a composite foundation of vibro-impact gravel piles， which can improve the bearing capacity of the foundation and meet the engineering requirements. Through plate load test， dynamic penetration test and standard penetration test， the quality check of composite foundation of Yulong Reservoir in Yunan Province was tested， analyzed and researched. The results showed that the bearing capacity of the vibro-impact composite foundation could meet the engineering design requirements and could be used as the foundation of the project. The vibro-impact method can be used to strengthen the soft foundation of water conservancy projects and improve the bearing capacity of the dam foundation. It is an effective composite foundation treatment method， and can achieve better economic and social benefits.

Key words：vibro stone pile;soft and weak foundation;foundation reinforcement;quality test and check;composite foundation bearing capacity; Yulong Reservoir