摘要：在现代水利枢纽工程施工工程中，坝体基础加固工程逐渐受到人们的重视，尤其是在水利枢纽施工工程中，坝址主要处于河谷砂砾石层或砂层地带，在这种地质条件下施工，使得坝体基础加固施工显现的尤为重要，如何在确保安全、质量的前提下，保证工期成了施工中的突出问题。西藏金桥水电站工程泄洪排漂闸、右岸挡水坝段以及右岸电站进水口等建筑物基础为冲积砂卵石层，存在2#砂层透镜体，透镜体在坝轴线处最厚18.8m，埋深较浅的部位深度1.7m～2.5m，15m以上部分经标贯复判在Ⅶ度地震工况下可能发生液化，不满足建筑物的承载力，因此在右岸建筑物基础部位进行振冲桩进行处理，提高抗液化能力及地基承载力。介绍振冲碎石桩施工工艺为类似施工提供参考。
关键词：砂砾石；透镜体；振冲桩；施工工艺；技术措施
1 工程概况
金桥水电站是易贡藏布干流上规划的第5个梯级电站，位于西藏自治区那曲地区嘉黎县境内，上距嘉黎县100公里，下距忠玉乡10公里，嘉（黎）—忠（玉）公路从首部枢纽及厂区通过，交通尚便利。
金桥水电站为引水式电站，工程的主要任务是在满足生态保护要求的前提下发电，并促进地方经济社会发展。水库正常蓄水位为3425.00m，死水位为3422.00m，水库总库容38.17万m3，调节库容11.83万m3；首部枢纽建筑物最大坝高26m，电站总装机容量66MW（3×22MW），年发电量3.88亿kW•h，保证出力13.5MW，年利用小时5873h。电站属Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。工程区地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度也为Ⅶ度。工程枢纽主要建筑物由左岸堆石混凝土坝、泄洪冲沙闸、排漂闸、右岸岸边式电站进水口，引水发电隧洞、调压井、压力管道、地下发电厂房及开关站等建筑物成。
根据坝址区钻孔勘探资料，河床坝基覆盖层厚约80m，在偏右岸砂卵砾石中存在3m～16m厚的细砂透镜体，厚度不均一，其承载力及变形模量相对较小，建坝后存在地基不均匀沉陷问题。
由于砂层透镜体的存在，右岸坝基及其他建筑物持力层承载力和变形模量相对较低，存在不均匀沉降变形，同时坝基持力层为中强透水层，易产生流土型或管涌型渗透破坏，另外由于该坝段主要为泄洪排漂闸及进水口，可能存在坝基抗滑稳定问题，需要对坝基进行加固处理。
类似工程案例常用处理方法有大开挖置换法、灌浆法、高压旋喷法及振冲碎石桩法等。其中大开挖置换法安全可靠，但本工程实例中透镜体最深达20m，开挖难度和开挖安全性不易保证，且造价高，很不经济；另由于施工部位位于主河床，地下水丰富且水位较高，采用灌浆法和高压旋喷法在地下水的影响下成孔困难，灌浆质量在大渗水情况下不易控制，整体处理效果有待进一步论证；而振冲碎石桩法能有效的提高地基承载力和减少沉降量，在确保基础处理质量的前提下能节约投资，降低施工成本，带来良好的经济指标。
2 施工总体概况
振冲碎石桩施工主要是利用ZCQ-150振冲器的振动和水冲成孔，填以砂卵石骨料，借振冲器的水平振动，振密填料，形成碎石桩体（以下简称振冲桩），与周围土构成复合地基提高承载力达到加固目的。采用含泥料小于5％的卵砾石等硬质材料，不使用已风化及易腐蚀、软化的石料。填料粒径宜为20～80 mm。最大粒径不大于100 mm。填料级配经现场试验确定，不宜使用单级配填料，填料的应为良好级配。采用碎石垫层，不宜采用卵石。填料粒径宜为20mm～40 mm。最大粒径不大于50 mm，褥垫层应为连续级配的碎石料。料源可由砂石骨料加工厂生产。
2.1施工设备：
采用75 kW振冲器，并应根据地基处理设计要求及土的性质通过现场试验确定。起吊设备可用起重机、自行井架式施工平车或其他合适的设备。起吊设备的起吊吨位和起吊高度应满足振冲器贯入到设计深度的要求。填料设备宜选用轮式装载机，其容量根据
填料强度确定。施工设备应配有电流、电压和留振时间自动信号仪表。
供水泵扬程不宜小于80m，流量不宜小于15m3/h。
泥浆泵应满足排浆距离和排浆量的要求。
2.2填充料、水
采用含泥料小于5％的碎石、角砾等硬质材料，不使用已风化及易腐蚀、软化的石料。填料粒径宜为20mm～80 mm。最大粒径不大于100 mm。填料应采用连续级配的碎石料，建议小、中碎石比为1:1，填料级配可根据现场试验确定。
2.3 水
凡适宜饮用的水均可使用，未经处理的工业废水不得使用。
2.4褥垫层
采用碎石垫层，不宜采用卵石。填料粒径宜为20mm～40 mm。最大粒径不大于50 mm，褥垫层应为连续级配的碎石料。料源可由砂石骨料加工厂生产。
3地基处理技术要求
根据本工程振冲碎石桩平面布置图及相关要求，合理部署机械设备及人力资源，按照以下施工程序作业。施工程序主要包括：
施工准备→测放桩位→材料供应→现场生产试验→成孔→填料制桩→质量检查与验收等。
3.1 施工准备
（1）进行“三通一平”工作，搭建临设，平整场地清理地面、地下障碍物等。
（2）水通：一方面要保证施工中所需的水量,另一方面要把施工中产生的泥水开沟引排或用排污泵抽排。压力水管路要有灵活的调节水压和水量的阀门。施工产生的泥水通过沉淀可循环使用。
（3）电通：施工中需要三相四线电源,以解决施工机械和照明用电,三相电压稳定标准为380±20V。
（4）路通：料场至施工点的道路应清理平整，且料场到各施工点的运距最近,以提高运料速度。
（5）场地平整：一方面要清理平整场地，当地表土强度很弱时，可以铺设适当的垫层，以利施工机械行走：另一方面应清除地表和地下影响施工的障碍物，如无法清除，则应在施工图中标明，以便采取相应措施。
（6）开挖泥浆沉淀池：施工现场应事先开设泥水排放系统，系统应不影响振冲桩及其他建筑物的基础安全，或组织好运浆车辆将泥浆运至预先安排的存放地点，应设置沉淀池重复使用上部清水。
(7) 工艺试验应在护桩或建(构)筑物非重要部位进行，单项工程工艺试验桩数不少于3根。
3.2测放桩位
（1）工程技术员进行测量基准点、基准线和水准点及其基本资料和数据技术交底工作，并会同监理校测其基准点的测量精度，复核其资料和数据的准确性，待校核确认后以此基准点（线）为基准，按国家测绘标准和本工程施工精度要求测设用于工程施工的控制网。
（2）待申请开工批准后进行测量放线工作。按建筑物的坐标控制点布桩,桩位允许偏差应≤100mm。同时做好测量基本控制点和水准点的保护工作。
（3）所有测放的桩位经监理人员验收后方可进行施工。
3.3材料储运及检验
按招标文件和设计要求生产储运施工所需的石料：应选用级配良好材料，不能采用风化石料。
3.4现场生产试验
试验计划应单独报监理审批，应选取具有代表性的2个试验区进行，每区试桩按4m×5m（顺水流×垂直水流）布桩，布桩参数同设计图纸要求。进行以下试验内容：
（1）成桩深度检验：根据场地标高及设计成桩深度要求，结合地勘资料进行成桩深度试验；在成孔过程中，要记录振冲器经各深度尤其是桩端附近的电流值和时间；根据电流值的变化规律反映出桩端持力层的变化情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（2）制桩施工参数试验：根据配置的振冲设备，结合地质资料，确定合理的水压和水量、密实电流、留振时间及填料量等关键施工参数。根据试验填料量确定总填料备料。
（3）载荷试验：每区选取内部试桩2根，进行单桩复合地基载荷试验。
试验成果应上报设计方，作为桩距、桩径选择依据，设计将在接到成果1周内，提出是否进行调整设计的结论，必要时下发设计通知书，对设计桩距、桩径进行修改。
以上试验成果，得到现场监理人员的批准确认后，方可进行下阶段振冲桩施工。
3.5振冲桩工序及方法
各项准备工作就绪后，即可开始进行碎石振冲桩施工。制桩顺序可选用排打、跳打、围打法。
3.5.1钻机就位
（1）用吊车将ZCQ-150振冲器吊起，匀速平移至桩位点，使振冲器对准桩位,其偏差应≤100mm，造孔过程中应保持振冲器处于垂直状态，发现桩孔偏斜应立即纠正。
（2）起吊振冲器不能过高，平移速度不能过快，确保人员及设备的安全。
3.5.2造孔
（1）振冲器检查完好，检验各项运行参数，成孔水压采用0.3 MPa～0.8MPa。
（2）启动振冲器,空载运转正常后送水，待通水正常后开始造孔。
（3）将振冲器徐徐沉入土中，造孔速度宜为0.5 m/min～2m/min，直至达到设计深度。记录振冲器经各深度的水压、电流和通过时间，记录的次数不应少于1次/m。造孔时振冲器出现上下颠动或电流大于电动机额定电流无法贯入时，应及时调整施工参数。
（4）造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，重复两三次扩大孔径并使孔内泥浆变稀，造孔时返出泥浆过稠或存在桩孔缩颈现象时宜进行清孔。清孔时间为5 min～20min。
（5）造孔深度不应浅于设计处理深度以上0.3m～0.5m，同时应满足穿过透镜体（Q3al-Ⅳ2），进入砂卵砾石层(Q4al-sgr2)下不小于2m的设计要求。
3.5.3填料制桩
（1）制桩过程中,应保持振冲器处于悬垂状态；将振冲器沉入填料中进行振密制桩；加密水压采用0.3 MPa～0.4MPa。
（2）投料采用连续填料法，每次填料厚度不宜大于50cm。回填料级配要合理,粒径3～10cm。连续填料过程中，每次填料不宜加填过猛、过多，应采用少填多复填的选择。
（3）第一次填料后,将振冲器沉入填料中进行振密制桩，如电流值未能达到规定的密实电流,说明下面地层软弱,应继续填料振冲挤密；直至达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升 30 cm～50cm。
（4）重复以上步骤，自下而上逐段制作桩体直至到达制桩桩顶高程，中间不得漏振，造孔时每贯入1m～2m 应记录电流、水压、时间;加密时每加密1m～2m，应记录电流、水压、时间、填料量。加密过程中，电流超过振冲器额定电流时，宜暂停或减缓振冲器的贯入或填料速度。加密水压宜控制在0.1MPa～0.5MPa。施工中发现串桩，可对被串桩重新加密或在其旁边补桩。
（5）关闭振冲器和水泵，整理成桩记录，移至下一桩位继续施工。振密孔施工顺序宜沿直线逐点逐行的方式。
（6）桩体施工完毕后应将顶部预留的松散桩体挖除，可按图示要求将振冲桩范围开
挖至二次开挖线，并应将松散桩头压实，压实后地基相对密度不小于0.8。
3.5.4褥垫层铺设
为保证施工质量，振冲碎石桩施工完毕后为保证桩头在后期施工过程中免受伤害及破坏。质量检验满足设计要求后，按设计厚度要求在桩顶分层铺设褥垫层。分层厚度可按200mm控制，相对密度不小于0.8。应进行现场生产性试验确定压实施工参数。
3.6泥浆排放处理措施
（1）在振冲桩施工区，采用分块或分段围堰法，保证成桩过程中产生的泥浆能及时排放到振冲桩施工区外的沉淀池，保持场内文明施工；
（2）根据该项目的具体要求，将沉淀池中的泥浆采用分级大功率泥浆泵及时排放到指定区域，并派专人看护和巡视，确保不污染场内外环境，同时应满足环保专业相关规范规程要求。
（3）冬季施工，注意保持排浆的连续性，以防设备和管路冻结，及时检查，确保安全施工。
3.7特殊情况施工技术措施
（1）桩的施工顺序一般采用“由里向外”或“一边推向另一边”的方式。可根据监理批准的施工组织设计配备设备，分区实施。
（2）造孔过程中,有时会出现未达到设计深度而电流值急剧升高的现象,如原因是地层中存在厚度不大的硬夹层,可采用加大水压法通过；如地层中存在孤石或其它障碍物时,应探明原因,会同监理方和设计方适时处理。
（3）施工中因地层原因,有时会出现缩径等现象,可采用调整水压或留振时间来处理；处理缩径的方法:加大水压,反复提拉振冲器并适当放慢造孔速度,在缩径处延长留振时间。当遇到塌孔严重时,严禁强拉硬拔和停水关电。
（4）如遇不易贯入的砂层或其它土层,可增设辅助水管,以增加下沉速度。
（5）施工过程中如遇影响施工质量的重大问题，应及时会同监理、设计和建设单位各方现场解决。
4 结束语
1、采用复合地基静载试验的方法检验振冲碎石桩复合地基承载力特征值满足设计要求。
2、采用单桩竖向抗压静载荷试验的方法检验振冲碎石桩复合地基的单桩竖向抗压承载力特征值满足设计要求。
3、按照招标文件右岸阶地及洪积扇坝基根据钻孔标贯试验结果，其允许承载力250kPa～280kPa，通过砂砾石、砂层透镜体基础振冲碎石桩基础加固处理后地基承载力通过振冲碎石桩（试验桩）检测报告均在350kpa以上，满足首部建筑物地基承载力要求。
西藏金桥水电站坝基处理采用以上施工技术，节省了大量时间，而且施工相对方便，也节省了人力，同时加快了施工进度。为同类水电站基础施工提供了宝贵的借鉴经验。
参考文献：
[2]、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）
[3]、《工程测量规范》（GB50026—2007）；
[4]、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）；
[5]、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
[6]、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
[7]、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）；
[8]、《水电水利工程施工通用安全技术规程》DL/T5370-2007；
[9]、《水电水利工程基本建设工程单元工程质量等级评定标准•第一部分：土建工程》DL/T5113.1-2005；
[10]、《水力发电工程地质勘察规范》GB 50287-2006。
论文作者:刘超
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/8
标签：填料论文; 碎石论文; 水压论文; 粒径论文; 电流论文; 建筑物论文; 坝基论文; 《基层建设》2017年第36期论文;