振冲法在中游渠首地基处理中的应用

2023-01-16

振冲碎石桩技术是70年代引进的新技术是利用震动水冲法施工工艺, 在地基中制成以石料组成的桩体, 桩与原地基土共同构成复合地基, 以提高地基的承载力。本文指在介绍采用振冲碎石桩技术处理叶尔羌河中游渠首软土地基的设计和施工。

1 工程概况

叶尔羌河位于新疆维吾尔自治区的西南部, 塔里木盆地的西缘.新疆喀什地区莎车县境内, 叶尔羌河是一条主要河流, 也是塔里木河的源流之一, 流域控制灌溉面积651.5万亩, 其中耕地面积480万亩, 全国第四大灌区叶尔羌河中游渠首是叶尔羌河第四级引水枢纽。为灌溉引水式渠首, 总体布置采用拦河一字型布置, 由泄洪冲砂闸、东西岸进水闸、溢流堰兼西岸输水涵洞和上下游导流堤、分流墙组成。其中:泄洪冲砂闸2 3孔, 每孔净宽10m, 最大泄洪3295m3/s;3座引水闸均为3孔, 孔宽分别为6m、8m、9m, 总引水流量175m3/s。溢流堰采用有坎宽顶堰型式, 堰长400m, 最大泄洪1776m3/s, 上下游导流堤总长4.4km左右, 梯形断面, 顶宽6m, 边坡1:2.5, 堤高4.5m~5.5m;分流墙长400m, 墙上部采用倒“L”型混凝土墙, 下部为间隔砼灌注桩。叶河中游渠首工程为Ⅱ等大 (2) 型, 设计洪水标准为五十年一遇 (P=2%) , 洪峰流量为3860m3/s;校核洪水标准为200年一遇 (P=0.5%) , 洪峰流量为5250m3/s。

2 地质条件

叶河中游河段是地质条件极端不良的半流动性河床。工程区内25km范围内无断裂构造通过, 其处于地震活动相对稳定的区域, 建筑物主要受外围强烈地震活动的影响。地震动峰值加速度0.10g, 地震动反应谱特征周期0.45 (对应地震基本烈度为7度) 。闸、堰基础粉细沙层的渗透破坏形式为流土型, 允许水力比降水平段为0.07, 垂直段为0.15。通过对闸址与溢流堰基础的粉细砂及细砂代表性土样在天然状态下的动力试验和天然基础、的静、动力计算分析, 并采用单元液化判别法进行地基砂土的液化可能性判定, 得出如下结论建闸后, 由于建筑物对基础的上覆压力作用建筑物周边的初始剪应力比会有所增加, 但若以7度地震条件判别基础范围内埋深饱和沙层地震液化深度9m~11m, 建议防地震液化处理深度为12m。因此, 必须进行基础抗液化加固处理。

3 振冲法基础处理的设计依据

振冲挤密沙石桩处理软弱沙土的原理是在振冲器的重复水平振动和侧向挤压作用下, 沙土的结构逐渐破坏, 孔隙水压力迅速增大, 进而沙土液化。由于结构被破坏, 土粒就会向低势能位置转移, 土体由松变密。这样, 一方面提高了地基的承载力;另一方面沙土液化、沙土颗粒进行重组。这两方面的作用最终都会使沙土的相对密度提高, 达到砂土由液化土转为不液化土。同时, 由沙石、卵石等透水性较强的填料制成的一系列桩体具有排水功能, 能有效地消散地震等震动引起的超孔隙水压力, 从而使液化现象大为减轻。室内和现场试验都表明, 沙层中有排水桩体, 振动加速度的抗液化临界相对密度有很大降低。例如, 均质沙基同样在2.5m/s2的振动加速度下, 如果没有排水桩, 相对密度必须超过0.7才不会发生液化, 如果有排水桩, 此值可降为0.46左右。

据此, 设计采用振冲挤密沙石桩作为叶河中游渠首工程液化沙基的处理方案 (桩埋深12m, 直径1m, 间距3m) 。

4 施工中的质量控制

(1) 石料的质量控制。一是所有碎石料应质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好。二是碎石料含泥量小于5%, 5mm以下颗粒含量小于25%, 最大块径小于150mm。三是为确保料场供料质量, 每1000m3石料要做一次上述各项指标的抽样检测。

(2) 造孔时的质量控制。造孔是保证施工质量的主要环节, 一是振冲器对准桩位, 偏差应小于10cm, 先开启压力水泵, 振冲器末端出水口喷水后, 再启动振冲器.持振冲器运行正常后开始造孔。造孔过程中振冲器应处于悬垂状态, 振冲器与导管之间有橡胶减震器连接, 因此导管有稍微偏斜是允许的, 但偏斜不能过大, 防止振冲器偏离贯入方向。二是造孔时各项技术参数应符合:造孔水压大小取决于振冲器贯入速度和土质条件.造孔速度慢或土质坚硬可加大水压力, 反之宜减少水压力。一般造孔水压可控制在0.4MPa~0.8MPa, 水量200L/min~400L/min, 对松散的粉细砂, 砂纸粉土等地基造孔水量宜少, 防止随反水带出大量泥沙。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等, 因此造孔速度不是完全可以人为控制。在施工中只宜控制最大造孔速度根据工程经验, 造孔最大速度宜控制在不大于2.0m/min。造孔电流100A~150A, 三是造孔深度与设计桩底标高允许偏差±20cm。在振冲器和导管安装后, 应用钢尺丈量并在振冲器和导管上作出长度标记, 一般0.5m为一段, 使操作人员据此控制振冲器的入土深度, 施工中当地面出现下沉或淤积抬高时, 振冲器入土深度也要做相应的调整, 以确保高程和成桩长度。四是造孔后返出泥浆过稠时, 应进行清孔, 清空可将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下提拉振冲器, 以便振冲孔顺直通常, 并直到返出泥水较清为止。

(3) 制桩过程的质量控制。填料或清孔结束后可将填料倒入孔中, 填料方式采用连续填料方式。连续填料;在制桩过程中振冲器留在孔内, 连续向孔内填料, 填料自动沉落孔底, 并被挤密, 直至设计要求高程。连续填料时要求填料速度和数量能保持孔中不缺填料, 若缺乏填料或填料不足, 振冲器在孔中震动和压力水冲刷, 孔径不断扩大, 难以加密成桩。因此, 连续填料采用装载机作业。一是制桩加密段长度小于50cm, 填料量应满足0.4m3~0.5m3要求。二是加密电流80~90A。加密效果不仅与加密电流大小有关, 也和达到该电流值维持时间长短有关。留振时间是指振冲达到加密电流后的振动时间。加密段长度小效果好, 段长大效果差, 甚至产生漏振。留振时间5s~10s, 此两项指标应用仪表自动控制。三是加密桩体应从孔底开始, 自下而上逐段进行, 中间不得漏振。四是加密制桩时的水压控制在0.3MPa~0.4MPa。施工过程中每一孔 (桩) 都必须有完整的原始记录, 记录应及时, 准确, 字迹清晰, 不得随意涂改。