振冲基础处理在惠州东江水利枢纽一期工程中的应用

张　猛　李　平

摘要：振冲法具有无震动、施工噪音小的特点，目前国内广泛应用于对软基的基础处理中。广东惠州东江水利枢纽一期工程闸坝和船闸引航道设计为砂卵石基础，由于天然地基承载力无法满足设计要求，采用振冲法进行了置换及加密处理，取得了良好的效果，达到了预期目的。

关键词：振冲；基础处理；应用；惠州东江水利枢纽

1 概述

广东省惠州东江水利枢纽工程位于东江干流惠州下游泗湄洲处，该地段地面平坦，工程区地层岩性较简单,主要为第四系冲积层,和燕山四期花岗岩及燕山二期二长花岗岩。第四系冲积层层底高程为5.66～-28.43m，厚度一般10～15m，自上而下依次为冲积粘土、粉质粘土，细～中粗砂、含砾中粗砂和砂卵砾石层。坝址河床第四系冲积砂、砂砾卵石层厚度15～18m，自上到下分为2-2～2-4层，2-2层为粉细砂，松散状，标贯击数一般3~10击；2-3层为含砾中粗砂，松散稍密状，标贯击数5~25击；2-4层为砂砾卵石层，中密～密实状。

根据设计文件规定，2-2层、2-3层地基密实度稍差，一期工程闸坝、船闸引航道基础不宜直接采用天然地基。为减少地基沉降变形量，提高地基承载力，闸坝、闸坝下游消力池、引航道基础范围，采用振冲置换及振冲密实处理，处理深度穿越2-2、2-3层进入2-4砂卵石层或全风化层。

2 设计方案

工程前期为了取得真实、可靠、可以指导实际施工的数据，进行了振冲试验桩施工。具体试验桩及施工工程桩布设参数如下：

试验桩 共进行四组振冲试验桩，每组14根，其中碎石桩两组，桩间距2.0m，梅花型布置；砂桩两组，桩间距3.0m，梅花型布置。

工程桩 碎石桩布桩间距2.5m，等边三角形布置；消力池砂桩布桩间距3.0m，梅花型布置，其它施工区域砂桩布桩间距2.5m，梅花型布置。

3 技术要求

施工振冲器功率不小于75KW，填料粒径20mm～80mm；振冲孔深穿过2-3层进入2-4层或全风化层1m；桩中心与设计值偏差不大于50mm；桩身应保持连续和垂直，垂直度偏差不大于1.5%；桩顶碎石垫层采用振动碾压实；闸坝段振冲碎石桩复合地基允许承载力不小于0.3MPa，消力池振冲砂桩复合地基允许承载力不小于0.2MPa；闸坝段基础部分振冲桩桩间土重Ⅱ型动力触探平均击数不小于12击，消力池、上游引航道部分振冲桩桩间土重Ⅱ型动力触探平均击数不小于10击。

4 工程施工

工程试验于2005年1月28日开始，采用55Kw振冲器试振，由于贯入深度有限，先后换用75Kw、125Kw振冲器试验均未达到设计要求，最终试验选用150Kw液压式振冲器，达到设计要求处理深度。

工程于2005年6月11日竣工，依次先后施工了试验桩、上游引航道、上游导航墩、消力池段、闸室段振冲桩，共计完成振冲桩2000根，总进尺18791.28m，其中振冲砂桩983根，进尺8583.45m，振冲碎石桩1017根，进尺10207.83m。

本次工程施工的特点：地质条件复杂，施工技术难度大；工期紧，工作量集中；地层复杂，局部存在硬层，穿透难度大；

4.1振冲桩施工流程

4.2振冲桩施工工艺

清理场地，接通电源、水源；施工机具就位，起吊振冲器对准桩位，使喷水口对准桩孔位置，偏差小于50mm；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，直至设计深度；造孔过程中振冲器应处于悬垂状态。发现桩孔偏斜应立即纠正，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等，造孔速度不宜超过2.0m/min，施工过程中须严格控制造孔速度；填料加密：采用强迫填料制桩工艺。制桩时应连续施工，不得中途停止，以免影响制桩质量。加密从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振。当达到规定的加密油压和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一个段加密，每段加密长度应符合施工参数要求；重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计桩顶标高；关闭振冲器，关水，制桩结束。

4.3施工参数

振冲桩施工技术参数根据试验结果，确定如下施工技术参数：

4.4施工中的难点及处理措施

本次工程施工存在许多困难，如地质条件复杂，地层穿透难度大，施工中抱卡导杆等，在施工中及时采取一些措施予以解决。

本工程振冲施工涉及的地层贯穿难度大，且施工过程中较易发生抱卡导杆的情况，影响施工工效和质量，采用穿透能力很强的液压HD225型150KW振冲器，解决贯穿难度集中，减少抱卡；施工中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，加大水压预冲一段时间，然后缓慢下放振冲器, 在该地段附近多次上下提拉振冲器, 防止卡孔,实现穿透。

在施工中以加密油压为主导控制参数，留振时间等作为辅助控制参数。为保证桩头质量，在加密至桩头时，在桩头顶面堆填高1.0m左右的填料，并且减小水压，振冲器反复振捣；而且当造孔较为顺利时，保证工作面饱水作业。

4.4.1振冲试验桩

Ⅰ、Ⅱ试验区振冲试验桩施工中共有14根桩没有打到预定的深度，其中Ⅰ区4根（桩长5.0～5.3m），Ⅱ区10根（3.0～5.6m）。分析其原因可能有几种情况：首先是此区域存在一硬层，密度较高，使振冲器难以穿透；其次，遇到难穿透的部位，在穿透过程中，耗时越长，其结果对周边土层的挤密作用增大，致使土层强度越来越高，并且砂层塌落 "抱死"振冲器；第三，在振冲桩施工过程中，振冲器的振动力必然对周边未施工振冲桩的土层会形成振密效果。

4.4.2工程桩施工

施工闸室段（坝0+739.561～坝0+724.561，坝上6.15～坝下16.50）时，还是有局部地段未能穿透，在靠近试验一区附近，有74根振冲碎石桩桩长4～7m。经过重Ⅱ型动力触探自检，7m以上重Ⅱ型动力触探击数满足设计要求，7m以下重Ⅱ型动力触探击数较低，平均8击左右，该处是闸室段的一个薄弱环节。在该区域进行载荷试验后，证明承载力符合设计要求。

4.5施工机械配置

第一批振冲桩施工共投入2套液压HD225型150KW振冲机组作为主导设备，并配备相应的吊车、装载机、水泵等设备。具体配置如表2：

5 工程自检

为了准确判断振冲处理效果，在工程施工的同时，采取重Ⅱ型动力触探进行跟踪检测，共检测振冲桩间土32根，桩体5根，天然土9根。其中闸室段桩间土检测18根，平均击数为12～18击；消力池检测14根，平均击数为10～16，满足设计要求。

通过本次重（Ⅱ）型动力触探自检来看，本次施工区域天然土差异较大，强弱不均，地层复杂；经过振冲处理后桩间土平均击数满足设计要求，而且差异性明显减小；桩体连续且密实度非常好（详见《惠州东江水利枢纽地基振冲处理工程重（Ⅱ）型动力触探自检记录》）。

另一方面，根据重（Ⅱ）型动力触探自检数据显示，消力池0～3m的重（Ⅱ）击数较差，分析其原因如下：第一，由于上部没有上覆层施加压力，在地面以下一定范围内的振冲加密效果要比下部要差，出现这种情况是不可避免的；第二，施工使用的振冲器为液压150kw型，设备在地层中穿透能力非常强，但在桩体上部加密过程中，效果不明显。

结论

振冲施工完成后，分别采用重Ⅱ型动力触探和静载压板试验进行了检测，检测结果如下：

根据重Ⅱ型动力触探自检，重（Ⅱ）击数满足设计要求；

在闸室段振冲碎石桩施工区（坝0+739.561～坝0+724.561，坝上6.15～坝下16.50）附近，有部分桩桩长在4～7m左右，由于该局部地段无法穿透，下部未能有效处理，但该部位静载压板试验效果还是达到设计要求，可以满足工程使用要求。

检测结果表明振冲处理的效果良好，达到了设计要求。