振冲加固技术在赤石迳水库地基处理中的应用

余尚兴

（韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司 ，广东 韶关 512000）

0 前 言

水工建筑的主要功能是承载水力，保护水资源，在水利工程建设、农业灌溉等方面发挥着非常重要的作用。水工建筑物的基础直接决定了建筑的稳定性和安全性，需要严格依照相关标准和规范进行设计和加固。对比常规建筑地基，水工建筑地基在要求具备良好稳定性和承载能力的同时，也必须具备较强的防渗性能，这样才能适用环境要求，保障建筑的安全性。

1 赤石迳水库概况

赤石迳水库位于广东省韶关市仁化县西部，距仁化县城9公里，为已建的中型水库枢纽工程，总库容1487万m3。坝址以上集雨面积14.05 km2，全流域面积138.05 km2。水库四面群山环抱林木茂盛、植被良好，是仁化县主要的灌溉工程之一。

赤石迳水库建于1958年5月，当时兴建的主要工功能以灌溉为主、兼顾防洪。水库建成后为仁化县董塘、丹霞、仁化三镇1567hm2农田提供灌溉用水，为农业生产打下了良好的基础。1973年为解决水库管理经费来源，在坝后建成二级电站，总装机920kW，由于水量不足效益较差。1974年，赤石迳水库上游建成集雨面积124km2，总库容6780万m3的高坪中型水库，经13km渠道，引进5.3m3/s流量，除保证凡口铅锌矿0.6 m3/s流量生产生活用水外，尚有4.7 m3/s流量，通过火冲坑电站发电后注入赤石迳水库[1]。此后赤石迳水库水源充足，水质良好，因此，可行性研究报告中，提出增加向仁化县城供水的任务。所以，赤石迳水库工程任务是以灌溉为主，兼顾防洪、发电、供水等，是综合利用的水库。

2 振冲加固技术作用机理

振冲加固技术的作用机理体现在两个方面：一是应力集中效应。碎石桩本身在强度和刚度上远远超过了桩间土，而在两者共同作用时，地震剪应力会集中在碎石桩上，桩间土承受的应力大大减小，相应的减少了超孔隙水压力引发的液化问题。借助横向挤密作用，对地基土层进行压缩，减少孔隙。桩体本身较高的承载力在和桩间土组成复合地基后，能够实现对于地基的有效加固；二是振冲挤密作用[2]。借助振冲机的振动，确保软土中的孔隙水压能够快速消散，加速地基沉降固结，进一步提升土体的固结度，增强地基的承载力。

振冲加固技术有着很强的适应能力，在砂土、粉土、素填土等地基加固处理中，都能够取得比较理想的加固效果，理论上，只要地基中小于0.005mm的粒径含量不超过10%，在借助振冲加固技术进行处理后，挤密效果都可以得到显著提升。当土壤挤密度处于合理区间范围时，填料遇到的抵抗阻力较小，需要用到更大半径的桩体，土体和桩体的结合力更大，加固效果更好。如果土壤挤密度过低，在桩间土松动的情况下，土壤和桩体的结合难以达到平衡，地基加固效果也不够理想。通常认为，振冲加固技术更适用桩体抗剪切力超过16kPa的区域[3]。

3 振冲加固技术在赤石迳水库地基处理加 固中的应用

3.1 地质状况调查

赤石迳水库位于仁化县西北部，属丘陵盆地地貌，以侵蚀～堆积外动力地质作用为主。区内地势呈南低北高，北部为海拔300～500m的丘陵，山脉走向多为东西向，山体宽厚，山坡为缓斜坡，坡度约20°～40°，植被茂盛，南部沿锦江及其支流董塘河发育有较为广袤的冲积盆地。

工程区内地貌特征属丘陵盆地地貌，以侵蚀外动力地质作用为主，堆积外动力地质作用次之。水库左坝肩山体边坡浅层土体多次产生大面积滑坡，滑坡体从坡下至坡上由三级次级滑坡组成。2005年5、6月份暴雨季节，边坡下部以及中部第级堆积层失稳下滑，又产生了大面积滑坡，原排水沟和挡墙被冲毁；第三级潜在滑坡体处于边坡后缘，地形陡峻，滑面陡倾,坡体结构为：上覆平均厚0.30～3.20m的残坡积物，下伏基岩为石炭系砂岩、石英砂岩及泥盆系石灰岩，基岩面较陡,雨季接近于临界失稳状态。发生险情后采用截流排水、削方减载并设置重力式挡墙加锚索系统对此边坡进行了加固[4]。

现状山坡坡度以缓～斜坡为主，植被基本上发育良好。区域除局部小规模滑塌现象，未发现有严重危害边坡稳定的软弱面及构造组合，也没有发现边坡失稳的迹象，边坡基本上是稳定的，工程区除左坝肩山体滑坡外，未发现其他大规模的崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地质现象[5]。

3.2 地基渗透性分析

坝基地层主要为强风化、弱风化和微风化粉砂岩等。根据现场注水试验及压水试验成果：

强风化粉砂岩为砂状结构，块状构造，灰色～青灰色，岩芯多呈碎块状，块径约1～5cm，棱角状，局部夹饼状、短柱状，长约5-10cm，断面粗糙稍有光泽，节理裂隙较发育，裂隙面未变色，为软岩。渗透系数为2.13×10-3～1.51×10-2cm/s，属于中等透水，渗透性较强。

弱风化粉砂岩为砂状结构，块状构造，岩芯多呈短柱状，长约5～15cm，局部夹饼状、碎块状，块径约1～5cm，棱角状，断面粗糙，稍有光泽，节理裂隙较发育，裂隙面未变色，为软岩。压水试验透水率为2.5～10.0Lu，属于弱透水，平均值为5.4Lu。

微风化粉砂岩为砂状结构，块状构造，灰色～青灰色，岩芯呈短柱状，长约5～25cm，断面粗糙，稍有光泽，节理裂隙稍微发育，裂隙面未变色，为较软岩。压水试验透水率为2.4～5.5Lu，属于弱透水，平均值为3.8Lu[6]。

3.3 做好施工准备

①应该对施工现场进行清理，避免杂物影响工程的质量和和进度，如果施工范围内，存在淤泥等难以清理的物质，可以借助抛石挤淤的方法，将淤泥从施工区域挤出，以确保施工的顺利进行；②应该做好测量放样。结合该工程的实际情况，在测量放样中，可以采用标记法，对每根桩体的位置进行核对和标记，要求其能够与设计图纸保持高度一致；③应该加强技术交底。确定好碎石桩位置后，需要对施工人员进行技术交底，确保其了解施工方案，明确振冲加固技术的施工方法，避免在施工中出现失误。不仅如此，考虑水工建筑基础的实际情况，在运用振冲加固技术进行处理时，还需要准备好施工材料和施工设备，如碎石填料、金属材料、振冲器、起重机等，这样才能最大限度地保障施工的质量和效率；四是确定施工范围。振冲技术的应用能够切实提高地基加固效果，如果在进行地基加固的过程中，发现地基结构松散，需要调整施工范围，在土质挤密区域进行施工。若土质挤密效果不理想，其对于填料的阻力较小，必须加大桩体直径，提高土体和桩体之间的结合力，保证基础的牢固性。在地基加固外围区域，应该加宽约4m，确保地基加固的充分性，外围需要设置振动桩和碎石桩，提升基础处理效果。

3.4 重视桩位布设

通常情况下，桩位布设采用的形式有矩形、正方形和等边三角形3种，矩形最为常见，正方形适用于大面积加固，等边三角形则适用于单独基础的小面积加固。在对桩间距进行设置时，应该将现场的地质条件考虑在内，如果自然土的强度较大，可以适当的加大桩间距，如果自然土的强度较小，则需要适当减小桩间距[7]。孔位间距的计算同样非常关键，在计算孔位间距时，需要确保相邻桩体之间具备较强的阻力，提升桩体结构的稳定性和承载能力。结合该工程的实际情况分析，最终采用的是三角形的基础结构。

3.5 确定桩体长度

应该依照地基土质确定桩体长度，若地基为软土且深度较大，需要增大桩体长度，反之则可以使用短桩。结合该工程的实际情况，在考虑各方面影响因素的情况下，采用的是9.4m的短桩，通过适当缩小桩间距的方式来确保地基具备较高的承载能力。应该对振冲深度进行控制，在土质砂层较浅的区域，可以穿过砂层来全面加固地基，在土质砂层较深的区域，可以根据地质情况考虑桩体长度。

3.6 做好填料施工

填料施工的效果会对碎石振冲的效果产生直接影响，可以将桩体更好地挤压到软土层中。在地基力的影响下，石料间的相互作用能够更好的保障地基的稳定性和可靠性。石料将本身有孔隙的存在，可能影响水体的渗透效果，若在相对疏松的砂石区域进行振冲挤密，可以将石料和砂砾充分混合后填充，保证填充的密实性。

3.7 施工质量控制

①施工过程质量控制。在针对地基进行振冲加固处理的过程中，需要对施工用水量进行严格控制，避免水量不足引发的塌孔等质量问题。应该对水压进行严格控制，水压的调节需要结合施工现场土壤的性质进行，例如，在该工程中，地基土体的强度相对较小，需要适当减小水压，如果是高强度土体，则需要增大水压；②施工质量检查。在完成振冲加固处理约30d后，施工单位和监理单位需要安排专人做好施工质量的检查验收，要求抽检数量不能低于桩体总数的2%。完成地基加固处理后，可以通过静载试验的方式，对桩体的施工质量进行检验，确保基础施工能够很好地满足水工建筑的整体要求。

3.8 加固效果分析

对加固效果进行静载荷试验，通过振冲施工前后不同静载荷下的位移，对地基加固程度进行检测。静荷载分布设置为0～900kPa，每次以100kPa递增，结果如表1所示。

表1 振冲施工前后静荷载试验

位移和静荷载承载力的大小表现为线性变化，施工前静荷载从400kPa增长到500kPa时，位移出现了较大的变化，表明此时静荷载位移处于突变点。之后静荷载的增长表现平稳，表明振冲加固后，地基的稳定性可以得到保障。对比施工前后，地基的承载力得到显著提升，可以满足工程实际需求[8]。

4 结 语

总而言之，在水工建筑物设计中，应用振冲加固技术对地基进行处理，，可以显著提高地基的稳定性和承载能力，保证建筑整体的施工效果。在实践中，施工单位需要切实做好前期施工准备工作，结合现场地质勘察数据，对振冲加固技术进行合理应用，将技术的优势充分发挥出来，切实提高水工建筑地基的承载能力和稳定性，满足建筑地基使用的现实需求，实现对于水力资源的开发利用，继而带动区域经济的快速发展。