浅谈复合地基振冲碎石桩施工技术

郭 浩 东

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都 610091)

浅谈复合地基振冲碎石桩施工技术

郭 浩 东

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都 610091)

丰宁抽水蓄能电站拦沙坝坝基采用直径1.2 m振冲桩进行地基加固以增加其承载力，设计要求振冲碎石桩深度进入砾石1 m，目前已经完成。通过对所采用的振冲碎石桩施工技术进行总结，可对今后类似地层振冲桩施工起到一定的借鉴作用。

复合地基；振冲碎石桩；施工技术；丰宁抽水蓄能电站

1 工程概述

河北丰宁抽水蓄能电站下库拦沙坝坝轴线位于下水库进出水口上游，直线距离约1.65 km，坝基为淤泥质粉土，采用振冲碎石桩加固处理。在清除设计高程以上的淤泥后，为保证施工安全和质量，设计增加了1 m厚振冲碎石作为施工平台，填筑碎石6.9万m3，振冲碎石桩底部与砂卵砾石层相接，深入到砂卵石层1 m。振冲桩桩径为1.2 m，桩间距为1.5 m×1.5 m，梅花形布置。根据振冲桩大型荷载试验成果，振冲桩采用20～120 mm级配碎石，由电站砂石骨料系统集中供料，振冲碎石桩工程量为365 667 m，施工工期为3个月，需要振冲碎石80万t。

2 振冲桩施工

2.1 供 水

振冲桩施工高峰期最大用水量为160～220 m3/h，振冲施工机组供水设备由储水设备、水泵、分水盘、压力表等组成。储水设施采用4 m3水箱,分水盘和压力表的功能为配置水量和水压。分水盘为三叉式水管结构，主管与水泵出口相联，一路叉管与振冲器水管相联，安装压力表以调节供水压力；一路叉管将多余的水量返回水箱。水源在基坑集水井侧(或河道侧)设置沉淀池，基坑渗水井过滤沉淀后直接抽用。

2.2 供 电

振冲施工的每个机组均包括振冲器、高压清水泵、排污泵、电焊机、照明设备用电等。一套振冲设备用电量为150 kW左右，因此，根据施工需要，施工高峰期用电功率约1 650 kW。施工用电分别从拦沙坝左岸和右岸的接入点接入，各机组配备相应的电缆、配电箱、电表等，施工用电独立设置系统，互不干扰。

2.3 施工顺序

振冲桩施工工期紧，强度大，结合现场供电要求及后续施工需要，首先施工拦沙坝轴线上下游各50 m范围内的振冲桩加固处理，以便尽早为防渗墙施工提交施工工作面；同时，根据设备富裕程度及场地布置条件，结合振冲料供料速度，适时完成剩余两侧部分振冲桩的施工。

2.4 主要施工设备

2.4.1 振冲器

根据前期试验成果、设计要求和地层特点，拦沙坝振冲加固选择BJ75(功率75 kW)振冲器，其基本性能参数见表1。

表1 基本性能参数表

BJ75型振冲器性能稳定、可靠、优良。在振冲碎石桩地基施工生产实践中，BJ75型振冲器较为常见，工效较快，施工质量稳定，激振力大，穿透坚硬土层的施工能力强，加固后的地基沉降及差异沉降均较小，可满足施工阶段高强度要求。

2.4.2 起吊机械

起吊力和起吊高度必须满足施工要求。常用的起吊机械有汽车吊、履带吊、打桩机架和扒杆等。根据该项目施工桩长，起吊机械选用16～25 t汽车吊。

2.4.3 电气控制设备

电气控制装置除用于施工配电外，还具有控制施工技术指标的功能，即可控制振冲施工中造孔电流、加密电流、留振时间等。BJ75型振冲设备采用自动方式控制加密电流值和留振时间，施工过程中，当电流和留振时间达到设定值时其会自动发出信号，现场采用红灯进行警示以指导施工。

2.4.4 填 料

采用1.5～3 m3装载机上料。

2.4.5 施工准备

振冲施工开工前，根据设计图纸进行坝基验收，完成1 m厚度的褥垫层回填，将坝基回填至设计高程，同时与监理工程师联系，确定振冲碎石桩的施工质量控制办法、试验检测项目、试验检测程序、频次等内容，将施工现场进行划分并测量放线，确定每台振冲器的施工范围等。

2.4.6 振冲桩施工工序

(1)清理场地，接通电源、水源。

(2)施工机具就位，起吊振冲器对准桩位。

(3)造 孔：

①振冲器对准桩位，先开启压力水泵、待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、开始造孔时,将振冲器徐徐贯入土中，直至设计要求的持力层。

②造孔过程中振冲器应处于悬垂状态。振冲器与导管之间设置有橡胶减震器联结，因此，导管有稍微偏斜是允许的，但偏斜不能过大，以防止振冲器偏离贯入方向；

③造孔的速度和能力取决于地基土质和振冲器类型及水冲压力等，在该淤泥质壤土地层中成孔速度较快。

(4)清孔：造孔时返出的泥浆稠或孔中有狭窄或缩孔地段时应进行清孔。清孔时，将振冲器提出孔口或在需要扩孔的洞段上下反复提拉振冲器，使孔口返出的泥浆变稀，保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落。

(5)填料加密：采用强迫填料制桩工艺。制桩时连续施工，加密从孔底开始，逐段向上，中间没有漏振。当达到设计规定的加密电流和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一段的加密。

(6)重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计要求的桩顶标高。

(7)关闭振冲器，关水，制桩结束。

3 振冲施工质量保证及预防措施

施工过程中质量控制的要素主要有：桩位偏差、施工深度、填料量、施工技术参数及其在施工过程中对桩体密实度和桩间土加密效果进行随机抽检。

3.1 桩位偏差控制

要使成桩后的桩位偏差达到规范要求，首先在造孔时就要控制孔位偏移。造孔过程中发生孔位偏移的原因及采取的纠正方法：

①土质不均匀，造孔时向土质软的一侧偏移。

纠正方法：既可使振冲器向硬土一边造孔，其偏移量的多少在现场施工中确定，亦可在软土一侧倒入填料以阻止桩位偏移。

②振冲器导管上端横拉杆拉绳的拉力方向或松紧程度不合适而造成振冲器偏移。

纠正方法：调整拉绳的方向和松紧度。

③振冲器与导管安装时中心线不在垂直线上或导管弯曲。

纠正方法：调整振冲器与导管的中心线在垂直线上，对弯曲的导管应调直或更换。

④施工时从一侧填料挤压振冲器而导致桩位偏移。

纠正方法：改变调料方向，从孔位四周加入填料。

⑤当制桩结束、发现桩位偏移超过规范或设计要求时，应找准桩位重新造孔，加密成桩。

3.2 桩长的控制

(1)在振冲器和导管组装完成后，应用钢尺丈量并在振冲器和导杆上标出长度标记，一般0.5 m为一段，操作人员据此控制振冲器的入土深度。

(2)应了解地面高程变化情况，依据地面高程确定应造孔的深度。

(3)施工中地面下沉或淤积抬高时，对振冲器入土深度要做相应调整，以确保成桩长度。

3.3 填料量的控制

(1)一定要注意每次装载机铲斗装料的多少及散落在孔外的数量。

(2)要核对进入施工场地的填料总量和填入孔内填料的总量。

3.4 施工技术参数控制

施工技术参数有：加密电流、留振时间、加密段长度、造孔水压、加密水压及填料数量。

当采用加密电流、留振时间、加密段长度为综合指标时，填料数量受上述指标所约束。

施工技术参数控制时应注意以下事项：

(1)为保证加密电流和留振时间的准确性，施工中采用了电气自动控制装置。在振动条件下使用，所设定的加密电流值、留振时间和加密段时间可能发生变化，应及时调整；

(2)确保加密电流、留振时间和加密段长度达到要求，否则不能结束一个段长的加密；

(3)振冲器的空载电流由于某种原因会有一定的波动。空载电流的控制也是施工中应注意的一个环节。因此，在施工中应经常对振冲器的空载电流进行测量记录，当其与常规的空载电流差别较大时，应及时检修设备或适当调整加密电流，以保证施工质量。

3.5 特殊情况的处理

振冲施工涉及的地层在施工过程中可能会发生抱卡导杆的情况，将会影响施工工效和质量。一般采取以下措施可确保振冲成桩顺利进行。

①采用大直径、高强度导杆，减小导杆与振冲器连接处的直径突变，增加造孔设备自重，增强其穿透能力，可降低砂砾石层抱卡导杆的几率。

②当出现抱卡导杆迹象时，应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清孔，防止卡孔，实现穿透。

③当振冲器不慎卡埋在孔中、采用以上措施无效时，可使用大吨位吊车提住，启动振冲器缓慢上提，多次启动直至其被提出；若一时不能提出，可暂停电机运行，继续水冲，过一段时间待障碍物束缚振冲器及导管的应力解除后再按上述步骤提拔；而当振冲器电机损坏、吊车不能提出时，可以采用其他振冲器在其周围打孔，或用反铲开挖一定深度以减小阻力，再使用反铲或装载机配合吊车提拔。

④地层中存在夹层。当施工中存在硬夹层、造孔电流超过100 A时，为验证该层是否为最终持力层，应通过多次上提、下放振冲器进行控制，避免出现达到终孔条件假象，以提高桩体的有效处理深度，保证工程质量；在土层软弱、加密电流不易达到设计值时，采取振冲器提出孔口，追料压到软弱层并多次重复上述过程，增加该施工段的填料量、减小加密段长，以保证桩体密实度。

3.6 保证桩头密实度的技术措施

(1)加密位置应达到基础设置高程以上1 m，以保证桩顶密实度；

(2)加密接近桩顶时，孔口堆料强打并反复振捣，延长桩顶部留振时间、增加振捣次数。

4 结 语

目前该电站下库拦沙坝振冲桩按照上述技术要求已经全部施工完成。根据设计要求，由业主委托的第三方检测机构对桩间土标准贯入试验、桩间土室内土工试验、桩体密实度重型(超重型)动力触探试验、复合地基静载荷试验、现场桩体材料室内剪切试验均进行了检测，试验检测结果全部满足设计要求。因此，在振冲桩施工过程中，必须严格按照技术要求进行施工，才能确保地基处理之工程质量和安全满足设计和规范要求，同时对所投入的振冲设备台(套)数和施工时段进行了统计，振冲施工工效在河床冲积层淤泥质黏土和砂砾石层中约为6 000～9 000 m/月·机组。笔者在文中介绍的施工技术和资源配置可以在今后类似地层施工时予以借鉴。

郭浩东(1968- )，男，河南漯河人，高级工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

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