探究振冲法在大坝斜坡面砂壳加固工程中的应用|中砂填筑水库大坝

　　摘要：振冲法是目前各类工程中地基处理的常用方法，又称为振动水冲法，是以起重机吊起振冲器，通过振冲器产生水平方向振动力，振挤填料及周围土体，达到提高地基承载力、减少沉降量、增加地基稳定性、提高抗地震液化能力的地基处理方法。某水库在大坝迎水面坝坡砂壳采用振冲法加固，通过成功的工程实践，为振冲法以后在处理同类条件下作业提供了有益的经验。
　　关键词：振冲法 斜坡面施工 砂壳加固 地下水
　　一、工程概况
　　该水库建成以防汛为主，同时兼顾农业灌溉、城市供水、水力发电等综合功能为一体的多功能大型水库。水库设计总容量3.08亿m3，结构组成主要包含大坝、溢洪道与南、北放水洞、电站等工程。水电站坝体由宽心墙和均质土坝组成。工程设计大坝砂壳加固采用振冲法，本文就具体工程施工介绍振冲法在斜坡面加固大坝砂壳的应用技术，分析和总结了振冲法在大坝斜坡面砂壳加固工程中的设计与施工特点，为振冲技术的合理运用提供了一定的尝试性试验。
　　水库库区地质结构为山间平原冲击带平原，地形总体呈南高北低之势。根据地貌成因资料，施工中将该区域划分为构造剥蚀地形、剥蚀堆积低星级堆积地形三大地貌单元。主要石油岩浆岩组成的起伏不平的残丘，残丘面坡度较小，大坝左岸呈缓坡地形，均为岩浆岩组成的低平残丘。坝址区地层处左岸残丘分布有前震旦系变质岩外，分布有白垩系青山组的凝灰质砂砾岩、黏土岩、砂岩、晚期岩浆岩及第四系松散堆积物。
　　二、振冲法施工工艺及工程质量控制
　　1、施工工艺特点。
　　（1）斜坡面施工机械的确定。
　　1）在工程施工前曾考虑使用汽车吊运的常规施工方法，但由于汽车吊施工经实践证明其在施工中存在的性能缺陷与弊端讲给工程施工带来很多无法预料的影响。鉴于施工区域坡面跨度大，整体施工坡面长度较大，若采用汽车吊的常规施工方法，将会遇到以下几个问题。
　　首先，由于坡面跨度大，汽车所自带机械吊臂的臂长仅能处理到斜坡面上的桩，同时汽车吊施工需要经常移动车体位置，造成施工进度延缓，甚至需要投入更多设备共同施工。
　　其次，使用常规施工方法的汽车吊必须在坝坡中间部位构筑一处施工平台（平台需要保证汽车吊能平稳安全地展开支撑结构），这种情况下大坝被该台一分为二两部分并造成坝体产生1～2m左右的垂直高度差，这样也破坏了大坝的原始结构，对大坝的振冲加固效果有一定的影响。
　　施工中还应认识到，采用汽车吊施工的安全系数较低，从坝坡上部网下部施工时容易造成汽车吊位移积累，同时平台造成的坝体垂直高度差如遇到恶劣天气如大雨天气容易造成坝体滑坡和坍塌，不仅施工无法稳定进行，更为工程留下极大的安全隐患。
　　2）由于上述汽车吊的常规施工方法不能采用，因此工程决定采用50t履带吊进行坝体施工，采用履带吊设备恰好能妥善解决汽车吊施工所遇到的各种弊端，有效降低施工中存在的风险，首先在施工前在坝脚高程72.5m承重处构筑一个宽敞的施工平台，为履带吊提供良好的施工作业环境，在平台设计图纸中设置4排振冲桩体，履带吊车在坝脚施工，从下往上逐排施工，根据吊车配重、吊车臂长和安全因素从下望山施工14排（总排数为22排），施工排桩时不能盲目确定施工范围，而是应按照履带吊车设备的施工范围、履带吊的臂长、起吊重量（振冲器和导杆的总重量）、起吊高度、起吊角度、安全系数等一系列数据计算确定。然后再配用另外一台履带吊车从坝顶开始施工上面的8排桩，这种方法施工避免了在大坝中部做吊车平台的需要，提高了安全系数，也不需要破坏坝坡的原始结构，加固效果具有从坝顶到坝底的均匀性和稳定性。
　　由以往的实际案例可以得知，某另外一处工程施工中施工单位采用汽车吊施工，通过施工过程和完工后的一系列对比情况，用履带吊车施工的工效（每天每台设备平均完成进尺500m）和安全系数均高于用汽车吊的常规方法来进行施工，经对比后发现汽车吊对该工程产生了延缓施工工期、降低施工效率的影响。
　　（2）确定斜坡面填料方法。考虑到坡面跨度较长且坡面陡峭，振冲器用料无法使用常规施工方法将填料用装载机运送到孔口，如利用溜槽将填料直接从坝顶将填料输送到孔口，必然会造成工效降低、施工成本增加的结果。为了使振冲用料能按要求进入桩体，又能保证施工进度和节约成本，经现场多次试验最终采取了如下办法：在振冲施工前，将振冲加密用的碎石直接用大型推土机摊铺在大坝坝坡及坝底、具体的摊铺厚度以满足填料要求为准，提前进行劈裂也对大坝整个砂壳地层进行了堆载（具有地基预处理效果），为后期振冲施工增加了稳定性和均匀性沉降的效果。
　　根据以前施工经验和试桩数据，此地质条件每米进尺加密填料约为0.5～0.7m3，在石料不充足的情况下随时加料，一次保证振冲桩的填料量。加密时利用振冲器的振动和水冲 石料自动进入孔内，自动加密，同时配备适量的人员，用铁锹将加密用的碎石铲至孔内，当达到设计的加密电流和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一段次加密，每次加密满足设定的加密电流及留振实践按要求。
　　2、施工质量措施。
　　（1）造孔水压的确定。造孔水压的大小时调整成桩桩径的有效措施之一，通常控制在0.4～0.8MPa。由于该场地砂层原始相对密度不均匀，埋藏厚度比较大，且处于欠固结状态，造孔从上往下过程存在不均一性，施工时在地表往下5m处造孔电流达到120A，个别地方面临造孔困难的局面，因此，原则上造孔水压宜适中，且为保证成桩质量，采取呆料造孔护壁的施工工艺。本工程造孔水压控制为0.4～0.6MPa，特殊区域控制在0.8MPa，以保证能正常成孔。
　　（2）加密水压的确定。在保证填料措施有效实施的前提下，适当地控制好加密水压，有利于减少桩体的含泥量和提高桩体的密实度。本工程加密水压控制在0.1～0.3MPa。
　　影响振冲施工质量的主要因素包括制桩电流、加密段长度、留振时间、填料量等。本工程的设计要求比较高，施工难度较大，针对在该地层中松散砂层桩体不易密实的问题，采取了适当提高制桩电流、延长留振时间、减小加密段长度的相应措施，保证该砂层部位桩体的密实度，确保工程质量。
　　从工程实际来看，大坝坡砂壳振冲加固主要目的时为了提高砂壳的密实度，提高其抗液化抗震能力，和其他基础处理不同，上部无太多承载，承载力提高显然不是砂壳振冲加固的主要目的，因此在施工上以密实度的提高作为重点。
　　三、结束语
　　本工程经振冲加固后大坝砂壳相对密度≥0.8，检测结果均满足设计要求，使振动器产生高频振动，在坝体中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基。从施工过程和最终完成情况进行工效、质量、安全、成本等各方面综合分析，大大高于常规方法进行施工。振冲法在本工程的成功应用，为以后国内类似工程中提供了有价值的施工技术参考。