振冲碎石桩在出流改道工程中的应用

吕起云 杨绍江

（云南省玉溪市星云湖抚仙湖出流改道工程建设管理局 云南玉溪 652600）

1 工程概况

星云湖、抚仙湖出流改道工程位于云南省玉溪市江川县及红塔区境内，居滇中湖盆区中心，东临南盘江峡谷，南接杞麓湖径流区，工程由引水渠系工程 （含进口明渠及闸室段、暗渠段、顶管段、隧洞段、出口暗渠、明渠及出口闸室段工程）、水质净化工程 （含挺水植物带、人工湿地工程）及旁通泄水道工程 （含进口明渠段、隧洞段、出口明渠段及南大沟改造工程）等部分组成，引水线路全长23．45km。工程的主要任务是：保护抚仙湖优良的水质免受星云湖水质的连带污染，利用抚仙湖水更换星云湖水、加速星云湖的生态恢复，向玉溪市提供后备水源。

2 振冲碎石桩设计

引水三标单位工程位于引水线路进水口，包括进口过渡段、闸室段、闸后渐变段和进口暗渠段，桩号K0－205～K0＋790m，全长995m。

进口闸室段桩号K0－136～K0－124，为宽顶堰型、整体开敞式，均采用C20钢筋混凝土衬砌，边墙厚度1．0m，闸室底板高程1720 m，堰宽5m，闸室内设拦污栅、检修闸和工作闸各一道，闸门尺寸为5×3．0m。过水能力Q＝9．2m3／s。

闸室段地处湖盆沉积区，地表高程为1725．33m，表层为耕植土，层厚0．6～0．8m；第2层为第四系湖积层 （Q1）含粘土透镜体粉砂，层厚3．0～3．3m；第3层为第四系湖积层 （Q1）高塑性粘土，层厚1．5～2．0m；第4层为第四系湖积层 （Q1）粉砂质螺壳，层厚0．3～0．4m；底层为第四系湖积层 （Q1）细砂，第四系湖积层 （Q1）细砂为闸室及前后过渡段持力层，地基承载力fk＝80～90kPa，不满足设计要求，且存在液化条件，设计采用碎石桩对闸室段进行基础加固处理，桩底深入液化层以下。振冲碎石桩 （桩号0－157．6 m～0－101．4 m），振冲碎石桩589棵，桩径0．6m，孔距1．2m，先将地面开挖到1725．0m后，铺筑厚0．35m的碎石垫层作为施工平台，开始造孔，振冲碎石桩顶部高程为1719．700m，桩底部高程为1713．700～1714．700m，桩顶以上为非振段，桩顶至桩底为振冲段长5～6m。设计复合地基承载力≥180k Pa。

3 振冲碎石桩基础处理的施工

3．1 施工前的准备工作

（1）现场实验

为了选择合理的技术参数 （桩径、桩距、填料量、加密电流及留振时间等），曲靖市水利水电开发有限责任公司于2005年2月24日开始施工现场的实验工作，实验桩3排9棵，桩径0．6m，孔距1．2m，孔深11．65m （其中非振段5．65m，振冲段6．0m），振密电流110A、125A、140A，填料水压0．3～0．4MPa。经过近两个月的现场打桩实验并对各项实验方案进行检测比较，得出设计技术参数如下：加密水压0．4～0．5MPa，加密电流110A，单位填 料量 ＞0．9m3／m，设计 孔径 0．6m，孔距1．2m，采用动力触探方法，贯入量按30Cm计，第四系湖积层 （Q1）粉砂质螺壳饱和砂土液化临界标准贯入锤击数为17击，经振冲处理后，含螺壳细砂层密实度由原来的锤击数3～9击，提高为18～29击，平均提高23击，故经振冲碎石桩加密处理后的粉细砂土可初步判断为不液化土。桩体承载力标准值为440k Pa，桩间土载力标准值为168 kPa，复合地基承载力特征值fsak为304 kPa。因此，本次试验桩选用参数合理，施工制桩工艺正常，质量合格，对生产性施工有指导意义，达到了预期目的。

（2）振冲器型号的选定

目前国内常用振冲器型号有功率为30k W和75k W两种，根据现场试验提供的参数及该工程桩径、桩距和料场石料的特点，选定75k W振冲器。

（3）变压器的准备。

考虑到75k W振冲器及配套供水每小时15～20m3的水泵及其他设备的用电量，每台振冲机组功率不应小于110k W，电压为380±20V。根据施工组织安排，整个工地同时工作机组有2台75k W振冲机组。因此，施工现场共配备1台150 k VA和1台100 k VA变压器。

3．2 施工工艺

（1）制桩顺序及填料方式。针对该工程战线长、任务量大、工期短的特点，采用排打法制桩、连续填料的施工方式。

（2）制桩工艺。先由吊车将振冲器悬垂对准桩位，缓慢下放振冲器，开始造孔，待造孔达设计深度后，进入清孔阶段，即反复提升、下放振冲器直至孔身平顺并达到要求孔径，最后是制桩阶段，即向孔内回填碎石料，自下而上逐段成桩直至孔口。

3．3 造孔及制桩的关键技术

a、施工前首先平整场地，按设计布设桩位，开挖临时排水沟；

b、制桩石料应选择质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好，碎石料含泥量≤5%，颗粒5～40mm，为确保料场供料质量，每500m3石料要做一次上述各项指标的抽样检测；

c、进行振冲器空载电流、旋转方向和水压测试，检查水压、电流和振冲器的空载电流是否正常，并根据振冲试验确定施工参数正式进行施工；

d、振冲器对准加固点，偏差应小于10cm；

e、开动振冲器及水泵，使振冲器以2～3m／min的速度缓慢沉入地基，观察并记录贯入深度与电流变化，造孔过程中水压0．4～0．5MPa，水量15～20m3／s，电流55A～110A，振冲器电流最大值不得超过110A，如超过时应减慢或停止下沉，待电流恢复后，再按正常速度下沉。当振冲器到达加固深度以上30～50cm时，即以5～6m／min的速度将振冲器提出孔口，如此重复振冲1～2次，最后一次停留在加固深度以上30～50cm处，停留1～2min以固结孔底，并将土渣由回水带出孔口，孔口返出泥浆过稠时，应进行清孔，当造孔深度与设计桩底标高允许偏差±20cm，且返出泥水较清时方可制桩。

f、待返出泥水较清时制桩，制桩加密段长度≤50cm，填料量应满足＞0．9m3要求，加密电流90～110A，留振时间8～12s，此两项指标应用仪表自动控制。其过程如下：将振冲器吊入孔内振捣，使填料振实，并使填料挤向孔内壁周围的软土内，当振冲器电流达到110A时 （即加密电流110A），表示该深度处的柱体已经振实，记录该深度标高和电流值，将振冲器提起0．3～0．5m。加密桩体应从孔底开始，自下而上逐段进行，中间不得漏振，加密制桩时的水压控制在0．4～0．5MPa。

表1 振冲地基加固后复合地基承载力和单桩承载力检测成果

3．4 振冲碎石桩桩基检测

2005年8月2 日由云南金广建筑科学研究院对振冲地基加固进行桩基检测，承载力测试试验分别抽检单桩3棵，复合地基承载力按四桩承台布置抽检2组，试验结果：振冲地基加固后复合地基承载力和单桩承载力均满足设计要求。详见振冲地基加固后复合地基承载力和单桩承载力检测成果表1。

3．5 施工工期及完成情况

振冲碎石桩基础处理2005年5月8日正式开工，于2005年6月6日竣工，历时29d，完成振冲桩564棵（包含9棵试验桩，555棵生产桩）总进尺6185．79m，振冲段3000m，非振段3186．6m。

4 结论

通过3个月的施工及检测，工程完全达到设计要求，该工程振冲碎石桩的施工经验及措施，对于淤泥质土及粉细砂、中砂、粗砂相结合的地层，特别是第四系湖积层（Q1）细砂处理，具有一定的参考价值。