四川省水利水电勘察设计研究院勘察分院 四川成都 611731
摘要：振冲碎石桩通过振挤密实、排水减压、预震效应、加筋作用来处理松软地基，在中国东部地区处理松软土体中有着广泛的应用，尤其处理饱和砂土的抗液化能力，但在西部山区，尤其是青藏高原腹地及周边深切割山区应用很少，青藏高原东南缘的横断山区是中国水电资源最为集中的区域，河流密布，地形切割深度多大于2000m，受青藏高原快速、间歇性隆升影响，青藏高原东南缘滑坡、崩塌等物理地质现象发育规模较大且较为集中，这些突发性的地质灾害多在短时间内堵塞河道，形成堰塞湖，在局部河道形成较为典型的堰塞堆积层，堰塞堆积物地质环境较为特殊，堰塞沉积时间多较为短暂，且多处于高山峡谷之中，松软的堰塞堆积层中多含有较多的碎块石，环境稳定性较差，沉积物相变稳定性差，相变变化快，对工程建设造成较为不利的影响。本文拟通过总结分析木里河上通坝水电站大坝振冲碎石桩的实际案例，为在青藏高原边缘堰塞堆积层提供参考。着重说明振冲碎石桩施工后对地基土体性状的改变。
关键词：振冲碎石桩、堰塞堆积层、基础处理、复合地基、上通坝
1、工程概况
木里河上通坝水电站位于雅砻江一级支流木里河上，青藏高原东南缘的理塘县境内，为低闸坝长引水式水电站，工程开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求，取水枢纽闸坝为混凝土重力式闸坝，最大坝高27.7m，库容160万方，引水隧洞长21.7Km，引用流量为106.29m3/s，利用最大落差为294m，装机24万Kw，多年平均年发电量10.99亿kW.h。首部枢纽由挡、泄水建筑物和取（进）水建筑物组成，挡泄水建筑物为混凝土闸坝，坝顶高程3145.7m，坝顶全长为132.12m；挡水建筑物沿坝轴线呈一直线布置，从左至右依次布置左岸非溢流段（含储门槽坝段及生态放水孔坝段）、泄洪冲砂闸段、右岸接头坝段；发电进水口位于右岸冲砂闸的上游侧,发电进水与泄洪冲砂采用“正向泄洪排砂，侧向取水”的布置方式。坝基土体为第四系全新统河流冲洪积堆积层（Q4al+pl）、堰塞湖相堆积层（Q4ys）和上更新统冰水堆积层（Q3fgl）组成，厚度25～49m，成层结构复杂，各层物理力学性质、透水性和抗渗稳定性差异较大，存在闸基渗漏、渗透变形、不均匀变形和液化问题。其中堰塞湖相堆积层的粉砂土层、淤泥质壤土层为设计主要的处理对象，采取振冲碎石桩进行基础加固处理。
2、工程地质条件
工程取水枢纽位于青藏高原东缘横断山“V”型狭谷内，岸坡陡立，自然坡角40～60°，坡高32～220m。闸坝坝址区内河谷顺直，坝址区河谷谷底较为狭窄，原始河谷谷底宽约74～97m，河床原始地面高程3120～3124m。两岸基本对称，呈“V”型狭谷，岸坡陡立，自然坡角40～60°，坝址区出露基岩为三叠系中统三珠山组（T2s）板岩夹石英砂岩和海西期（ηγβ4）中粒黑云母二长花岗岩。坝址区河床受下游大型滑坡的堵塞影响，工区内覆盖层堆积层成因复杂，类型多样，从上到下依次为第四系全新统河流冲洪积堆积层（Q4al+pl）漂块卵砾石夹砂、堰塞湖相堆积层（Q4ys）粉砂土、中细砂、淤泥质粘土及堰塞湖汛期形成的块卵砾石层，河床底部为上更新统冰水堆积层（Q3fgl）的褐黄、褐灰色孤块卵砾石夹砂层。覆盖层厚度厚度25～49m，各层物理力学性质、透水性和抗渗稳定性差大，存在闸基渗漏、渗透变形、不均匀变形和地震液化问题。其中第二层堰塞堆积层为振冲碎石桩主要的处理对象。
3、堰塞湖相堆积层（Q4ys）土体特征
振冲碎石桩主要处理堰塞相中的粉砂土、中细砂及淤泥质粘土层，其重要物性指标及力学指标试验成果见表1、2。其中粉砂土层及中细砂层有地震液化的可能性，评价结果见表３。
表1堰塞堆积层主要物性指标试验成果表
4、振冲碎石桩设计
对堰塞相堆积层的地基处理采用振冲碎石桩进行加固处理，桩直径1m，梅花形布置，间距1.8～2m，桩平均孔深10至20m，桩体堰塞堆积下部的块卵砾石夹砂层以下1m。桩体材料采用上通坝电站人工骨料场的新鲜灰岩，控制粒径1～10cm，最大粒径不超过15cm。复合地基承载力≥340Kpa。
5、振冲碎石桩施工
上通坝电站取水闸坝设计基础位于堰塞堆积层上部的粉砂土层上，现场施工保留粉砂土层上部1m厚的漂块卵砾石层夹砂层作为施工平台，采
用130Kw振冲器，施工顺序为造孔→清孔→填料→振密。
6、振冲碎石桩复合地基质量检测与评价
为确定振冲碎石桩实际施工后的处理效果，在闸首坝轴线下游左岸非溢流坝段振冲碎石桩Ⅲ区的45#、72#、74#桩体之间段进行专项载荷试验，同时现场通过重力触探、标准贯入试验等手段对其他复合地基实施区域进行检测校正，综合检测桩体及桩间土的承载力及变形模量，试验成果见表4。
现场试验资料表明碎石桩填筑料最大粒径为10cm，以1～6cmm粒径含量为主，小于5mm粒径含量为10.6～17.2%，评价13.7%，主要为天然地基土的成分，不均匀系数为11.2，曲率系数为4.2，填筑料级配不连续，平均压实度0.94，平均相对密度0.81。桩间土则以0.25～0.075mm含量为主，不均匀系数3.3，曲率系数0.9，级配不连续，平均压实度0.91，相对密度0.46，属中密土层。
表4 载荷试验试验成果表
表5 N63.5重力触探及标贯试验试验成果表
从沉降监测资料来看，建筑物上下游、相邻建筑物沉降差均小于5cm，根据一般工程经验，粉砂土地基在施工期完成的沉降量为最终沉降量的80%以上，因此可以判断，振冲碎石桩处理沉降效果明显，达到了设计预期值，蓄水后应进一步加强沉降观测，为判断运行期沉降提供依据。实际测得的变形差值在1.9~2.9cm之间，满足设计要求。
7、结语
（1）经振冲碎石桩处理后的地基土密实程度明显增加，由松散增加至中密；复合地基承载力及变形模量均达到设计要求。
（2）山区河流堰塞堆积层中接受两岸山体崩落岩块较多，部分桩体造孔成孔困难，建议在其他类似工程区内选用大功率的振冲器。
（3）依据重力触探和标准贯入试验方法评价复合地基承载力和变形模量的地区经验公式差异很大，而西部地区针对这些的经验公式匮乏，需依据载荷试验作为校验。
（4）地基的扰动程度和冲蚀在很大程度上影响着地基的承载力和变形指标。由于建基面位于地下水位以下，建议在地基处理开挖过程中近建基面处尽量减少机械扰动，避免水中开挖和地下水频繁变化对地基的反复冲蚀破坏，确保地基承载力。
论文作者:杜成帅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/16
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