振冲法地基处理技术在水利工程的应用

振冲法地基处理技术在水利工程的应用摘要：新时期，水电建设蓬勃发展，一大批水电站竞相开工，但有部分电站大坝坐落在山区河谷的第四纪沉积层上。那些建于深厚覆盖层坝基上混凝土重力坝，采用传统大开挖换填处理方案或混凝土基础方案，均工期长、造价高、施工困难。利用振冲法地基处理技术加固水利工程，可以获得较好的经济效益。关键词：振冲法；地基；处理技术中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：前言水利水电系统是我国较早引进振冲法地基处理技术的行业之一，许多大、中、小型水电水利工程采用振冲法地基处理技术后，获得了很好的经济效益。该法对加固松散的砂性土地基较为有效；对于粘粒含量不大于10%的中粗砂土质地基，可不加填料，利用振冲器振动和高压水冲击过程中，使砂土结构振动挤密。振冲法施工前，应先进行现场工艺性试验，以满足设计要求的最优的经济合理性方案来确定振冲法施工相关技术参数，如桩间距、留振时间、加密段长度等；在施工过程中，桩体加密控制采用加密电流、留振时间、加密段长度为控制标准，填料量指标作为参考值。一、振冲法地基处理技术的特点和作用第6页共6页 利用振冲器的强力振动和高压水冲击加固土体的方法叫振冲法。该法是国内应用较普遍和有效的地基处理方法，适用于各类可液化土的加密和抗液化处理，以及碎石土、砂土、人工填土、湿陷性土等地基的加固处理。有这样一个实例，某工程船闸基础为粘性土地基，采用振冲法地基处理技术，回填料为碎石，桩间距为3m，振冲施工完后，经采用静载法检测，复合地基承载力指标能有效提高，达到设计要求，但由于地下承压水较为丰富，在后期基础开挖施工阶段，基础桩身位置多处发生管涌，幸好及时采取了有效措施才未对基础造成较大影响。可见，在粘性土地基中采用振冲挤密法处理技术，虽然能增大地基土的强度，提高软地基的承载力，但也因为碎石桩具有良好的透水性能，给后期增加了施工难度，效果差点适得其反。因此，对于地下承压水较丰富的粘性土地基，须慎用振冲法挤密法处理技术。对于粘粒含量不大于10%的中粗砂土质地基，可不加填料，在振冲器振动和高压水冲击的共同作用下，周围砂料能自行塌入孔内，并在振冲器的水平强力振动下，可使饱和砂层发生液化，砂土颗粒重新排列，空隙减小，桩位上及桩间土产生振动密实，从而提高承载力，变形减小，并可消除土层的液化。但在工程实际应用中，因为基础施工作为工程主体施工最关键且极其重要的部分，在增加投资不多的情况下，设计单位一般都会选择采用原位填料的方式，既不会增加太多费用，同时也因为采用原位填料能加大振冲的覆盖层厚度，增加回填料本身的自重，使振冲挤密更为密实，基础施工质量更有保证。第6页共6页 对于中细砂地基采用振冲法加固时，多采用回填碎石料，通过在地基中重复填料和振密，从而在地基中形成一个大直径的密实桩体，所形成的桩体与周边土组成复合地基，此时桩体主要起置换作用。对中细砂除置换作用外还有振实挤密作用，桩间土均受到不同程度的挤密振密，桩和桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减小，并可消除土层液化。对细颗粒土含量较多的地基，采用加填充料在地基土中形成碎石桩，由于碎石具有良好的透水性，可加速软土的排水固结，从而增大地基土的强度，提高软地基的承载力。同时，由于存在排水通道，还可有效消散地震等振动引起的超静孔隙水压力，减轻液化现象。采用振冲法地基处理技术，并非在某块基础施工桩数越多，地基土体挤密就会越密实，承载力会越高；相反，当振冲桩间距过小时，桩体施工会影响已施工完成的相邻桩体，使得相邻桩体沙土发生剪切，颗粒重组，由密变松。因此，振冲施工应先进行现场试验是非常必要的，确定合理桩间距以保证施工相邻桩体不受破坏且桩间土又能振实挤密，复合地基承载力能满足设计要求。另外，振冲施工振冲加速度不宜过大，否则会不利于土体变密，反而会使得砂土发生剪胀，此时砂土不但不变密，反而会由密变松。同时，振冲桩施工应超过有效桩顶高程1.0~1.5m，视建筑物重要性及地基承载力要求可适当加大覆盖层厚度到2.0~3.0m。二、振冲法地基处理技术在水利工程中的施工工艺1、造孔第6页共6页 起吊振冲器使之对准桩位，先开启压力水泵，振冲器末端出水口喷水后，再启动振冲器，待振冲器运行正常开始造孔，使振冲器徐徐贯入土中，直至设计桩底标高；造孔过程中振冲器及导杆应尽量处于悬垂状态。但振冲器与导杆之间因有橡胶减震器联结，因此导杆有一定偏斜是允许的，但偏斜不能过大，防止振冲器偏离贯入方向；造孔速度和能力取决于地基土质和振冲器类型及水冲压力（或气冲压力）等。2、清孔在造孔时返出的泥浆较稠或孔中有狭窄或缩孔地段进行清孔时，将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下反复提拉振冲器，使孔口返出泥浆变稀，保证成孔顺直通畅以利填料沉落。3、填料加密填料加密：大功率振冲器采用强迫填料方式。制桩时连续施工，加密从孔底开始，逐段向上，当达到规定的加密油压（或电流）和留振时间后，将振冲器上提进行下段的加密。然后重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计桩顶标高。最后关闭振冲器，关水（或气），制桩结束。表一大功率振冲器施工参数三、施工中遇到的问题及处理措施1、抱卡导杆第6页共6页 由于施工桩长较深，砂卵砾石层厚，且块石含量多，粒径大，因此易发生抱卡导杆的情况，影响施工工效和质量。出现此问题时，可采取以下措施：第一，采用大直径高强度导杆，减小导杆与振冲器连接处的直径突变，增造孔设备自重，增强穿透能力，以降低抱卡导杆的机会；第二，当出现抱卡导杆的迹象时，及时停止下放振冲器，让振冲器停留在原深度，加大水（气）压预冲一段时间，暂缓造孔，在该地段附近多次上下提拉振冲器清孔，防止卡孔，实现穿透。第三，当振冲器不慎卡埋在孔中，启动振冲器慢慢上提，多次启动直至提出；若一时不能提出，采用其它振冲器在其周围打孔，疏松振冲器周围土层，再启动振冲器慢慢上提。2、施工中遇到大孤石问题在施工过程中，少数桩在造孔过程时遇到较大的孤石，打不下去，可适当偏移桩位试打或采取加桩补强措施，但相邻桩间距不宜过近，否则会造成过振，效果适得其反。3、贯入速度慢，造孔困难在深桩施工区由于阻力增大，容易出现贯入速度明显下降的问题。采取水气联动工艺，增大水（气）压力、增加配重、调整设备运转频率等措施来提高造孔速度。四、质量监控与检查第6页共6页 振冲法加固土体时，用加密油压（或电流）、填料量和留振时间进行控制。振冲桩基础一般采用复合地基承载力作为设计指标，检测手段可采用静载试验、动力触探或标准贯入法等。桩体密实度采用重型动力触探试验检测，检测数量根据工程重要性和工程地质条件的复杂性宜为总桩数的1%~3%，单项工程不少于3根，触探击数应达到设计要求。桩间土处理效果宜采用标准贯入试验等原位测试方法并结合室内土工试验等方法检测。载荷试验检测点数量应为每200~400根桩抽检1点，且检测点的总数不得少于3点。检测试验应在振冲施工结束并达到恢复期后进行，一般砂土恢复期不少于7天，粉土不少于15天，粘性土不少于30天。桩顶部位由于周围约束力小，虽然有覆盖层的作用，但效果相对来说较差，且开挖过程中易受干扰，密实度较难达到要求，因此在施工桩顶部位振冲时尽可能的留振时间长些，在开挖过程中多注意对桩顶部位的保护，一般振冲桩顶部铺设0.2m~0.5m厚碎石垫层碾压密实以保证桩顶部位密实度。五、结论振冲法地基处理技术是国内应用较普遍和有效的地基处理方法，适用于各类可液化土的加密和抗液化处理，以及碎石土、砂土、人工填土、湿陷性土等地基的加固处理。水利水电系统是我国较早引进振冲法地基处理技术的行业之一，许多大、中、小型水电水利工程采用振冲法地基处理技术后，获得了很好的经济效益。本文分析了振冲法地基处理技术在水利工程中的应用，希望能够为水利工程中应用振冲法地基处理技术予以一定程度上的指导。第6页共6页