振冲碎石桩施工工法在吉牛水电站首部枢纽中的应用

欧阳伟生

（湖南水利水电工程监理承包总公司，湖南 长沙 410007）

1 工程概述

吉牛水电站位于大渡河一级支流革什扎河流域丹巴县境内，由闸坝首部枢纽、22 km长引水系统、厂房枢纽工程组成。其中，闸坝首部枢纽建筑物包括左岸进水口、冲沙闸、泄洪闸和右岸挡水坝，闸坝坝顶高程为2 380.00 m，最大坝高23.00 m。

首部枢纽基础地质情况：闸坝地基出露的基岩为震旦系下统变粒岩，并夹有云英片岩，岩层总体产状N20～40、E/SE∠30～50，与河谷大角度相交，倾向下游偏右岸。变粒岩单层厚度一般大于2 m，具中细粒结构，厚层～块状构造，矿物成分主要为石英、长石及少量黑云母。闸坝区域基础覆盖层较厚，根据钻孔资料最大覆盖层厚度达80.80 m，且岩层结构较为复杂，自下而上划分为4层，具体情况为：第①、②层均为砾石层，分别夹带泥卵石和漂砂卵石，第③层为细砂层，上部地层③-2为中细砂含砾、下部地层③-1为粉细砂；第④层为砾石层，含漂砂卵石。

为有效提高闸坝地基承载力、减小建筑物沉降量，消除地基液化等问题，首部枢纽工程基础处理设计采用振冲碎石桩，平均桩长23 m，共有桩数1 436根。振冲碎石桩现场布置呈等边三角形，设计成桩直径0.9 m，桩体间距2.0 m，碎石桩深入到岩层第③-1层底部。

2 振冲碎石桩施工

2.1 施工准备

1）施工现场总体规划：全面规划布置场内施工交通、施工排水、弃料场、沉淀池与清水池，同时做好现场照明设施，保证夜间连续施工。

2）场平：振冲碎石桩施工前先进行场地平整，根据“宁填勿挖”的原则进行，全面清除地面较为坚硬固体物，方便钻孔设备顺利钻进。

3）场地清理：主要采用推土机、装载机进行，在机械无法作业的区域采用人工挖除，现场清理应满足振冲碎石桩桩顶设计标高。

4）现场测量与桩位布置：根据设计详图，现场绘制桩位测量布置图，提交监理复核同意后，进行正式的施工测量布桩。同时，对每个测量定位的桩位按图编号，并做好桩位标识。

5）技术交底。施工前，在现场施工准备工作基本就绪的条件下，技术负责人应把设计技术要求对现场施工人员进行班前培训，落实各项技术质量保证措施。

2.2 振冲碎石桩施工工艺（图1）

图1 施工工艺流程

2.3 单孔振冲碎石桩施工

2.3.1 冲击钻引孔

1）按施工图纸放线确定的桩位埋设护筒，注意护筒埋设安装的现场环境条件，及时与工作平台固定，避免坍孔时护筒沉落或发生偏斜；护筒埋设好后，钻机就位。根据批准的实施方案，护筒高1.5 m，直径为1 m，护筒埋深1.3 m，顶部高出地面0.2 m；护筒中心与桩位中心的偏差应控制在5 cm以内。

2）泥浆制备。泥浆制备采用泥浆搅拌机搅拌，泥浆比重控制在1.1～1.25。

3）引孔。根据现场地质情况，钻孔采用CZ-30型冲击钻机引孔，当引孔钻机穿透闸坝基础下方约21 m处的漂木层后，换用ZCQ-130振冲器进行引孔施工。钻进过程中，应认真做好各项钻孔过程记录，及时与设计提供的勘探资料比对。若发现现场实际地层与设计资料不一致时，及时书面报请监理工程师，明确处理措施。

2.3.2 振冲器引孔与验收

冲击钻引孔到位后，挪移冲击钻后立即进行振冲器引孔，引孔时按试验确定的参数控制好水压、水量及贯入速度。在引孔过程中，振冲器每贯入1～2 m，即记录好该段的电流、水压和时间；当引孔接近桩孔设计深度时，适当减小射水压力，保持振冲器适当停留在孔底，直到贯入到设计终孔孔深。组织联合验收，检查孔位、孔深、孔径、孔斜合格后，实施清孔，清除孔内石渣，以确保工序施工质量。

2.4 填 料

填料采用级配良好的碎石，其饱和抗压强度大于40 MPa，含泥量不大于3%，且无腐蚀性，填料粒径控制在20～150 mm之间。填料时，采用强迫填料法，自下而上分段实施，边振边填；填料过程中保持小水量补给，满足填料为饱和状态的要求。注意：填料前应保证振冲器能贯入到原拔起前深度，防止漏振；填料过程中，沿孔口四周均匀下料，防止桩体倾斜，并严格控制每次加料数量，以不超过成桩0.5 m为宜。

2.5 振 密

桩体密实度直接关系到成桩的质量。振冲桩的密实度一般以振冲电机工作时显示的电流作为控制标准。本工程采用ZCQ-130振冲器，加密电流90～180 A，留振时间10～12 s，加密段长度0.2～0.5 m。根据上述控制标准，从孔底开始逐段进行振密施工，直到设计坝基开挖高程以上1.0～1.5 m。

2.6 振冲记录

在振冲施工过程中，要求全程准确记录好各时段、各工序的施工记录，包括电流值、水压和时间；填料每上升0.5 m，分段记录好填料量、振密电流、水压，做到记录完整、真实、清晰。

3 质量标准与控制

3.1 振冲碎石桩施工质量标准

在施工过程中，应随时检查振冲器的性能，包括电流表、电压表的灵敏度；全程检查振密电流、供水压力、供水量、填料量、孔底留振时间、振冲点位置、振冲器施工参数等。其质量检查标准见表1。

表1 质量检查标准

施工完成后，由监理指定部位进行地基承载力试验检验。

3.2 振冲碎石桩施工质量控制

3.2.1 造孔质量控制

造孔施工工序质量控制主要包括孔位、孔斜、孔径、孔深的控制，严格按程序办事。其中：孔位中心根据首部枢纽控制网及其控制基准，精准测量放样，确定孔位，经业主、监理、设计、施工四方联合检验后格后方可开始造孔。

振冲器造孔过程中，应保证振冲器始终处于自重悬垂状态，避免造成孔斜；为保证孔径质量，振冲器应做到下振、上提重复2～3遍以达到扩孔目的。为保证孔深质量，在振冲器导管上每隔1 m用电焊做一标记，便于及时判断是否达到设计孔深，最终保证导管上部露出地面在1 m以上。

3.2.2 制桩质量控制

影响制桩质量的因素主要包括水压、加密电流、填料量和加密段长度。

在造孔的过程中，根据土质和强度确定水压和水量，同时保证孔内充满水，防止塌孔。在接近孔底时，降低水压，防止桩底以下的土层受到冲击破坏。在填料振密过程中宜采用比较小的水压和水量。

加密电流是指振冲器在规定的留振时间内，电流稳定于某一数值，该电流即作为填料密实度的加密电流，当这一稳定电流数值超过规定的加密电流时，该段桩体才能判断为加密施工完毕。

在填料过程中，人工作业，均匀下料，不宜过猛过急，严格控制加密段长在30～50 cm，以保证桩体密实度满足设计要求。

3.2.3 振冲桩施工过程与质量检查验收

1）施工方法选择。在施工过程中，根据实际施工设备情况，进行了两种方案的试验比较：

一是采用“130 kW直接振冲法”试验：在试验孔附近任意选点进行振冲试验，共试验12个孔，振冲造孔至5～6 m，结果无法贯入，振冲器剧烈跳动，电流过大。试验结果表明采用“直接振冲”的方法无法贯穿第④层。

二是采用“冲击钻造引孔后振冲”的方案施工。选用CZ-30A型冲击钻机，开孔直径85 cm，孔位偏差不超过5 cm，孔深达到地基③层底部或穿过振冲器无法穿透的部位；孔斜率不超过1%，具体的施工情况见表2。

表2 造孔施工记录表

通过比较，选定“冲击钻造引孔后振冲”的方案施工，施工完成后进行试验检测。

2）质量检查检测主要结论如下：

根据动力触探和标贯试验结果，振冲碎石桩在设计深度范围内均匀性较好，密实度满足设计要求。

根据单桩竖向抗压静载荷试验和超重型动力触探检测结果，单桩竖向承载力特征值≥700 kN，压缩模量≥60 MPa。

根据复合地基的计算结果，桩距2.0 m的复合地基承载力为（368～369）kPa>300 kPa；压缩模量为（25.4～25.6）MPa>25 MPa；复合地基抗剪强度为：φsp=31.8°～31.9°>25°，在VII度地震条件下近震、远震均不液化，满足设计要求；桩距2.5 m的复合地基承载力为（311～326）kPa>300 kPa；压 缩 模 量 为（18.4～19.6）MPa＜25 MPa；复合地基抗剪强度为：φsp=31.5°～32.0°>25°，在VII度地震条件下近震、远震均不液化，满足设计要求；桩距3.0 m的复合地基承载力为（267～269）kPa＜300 kPa；压缩模量为（15.9～16.1）MPa＜25 MPa；复合地基抗剪强度为：φsp=29.8°～30.1°>25°，在VII度地震条件下近震、远震均不液化，满足设计要求。

4 结论

吉牛水电站闸坝坝基采取振冲碎石桩处理完成后，通过14组桩体超重型动力触探试验、14组桩间土标贯试验及5组复合地基静载试验等多种检测方法，分别对单桩的承载力和复合地基的承载力、抗液化等指标进行了检测。

检测结果表明：振冲碎石桩的密实度达到设计要求密实状态，在设计深度范围内，桩体均匀性较好；桩间土标贯击数均大于Ⅶ度地震液化标准贯入锤击数临界值。静载试验成果及原位测试结果表明复合地基承载力>350 kPa，满足设计要求。最终，振冲碎石桩在吉牛电站闸坝、厂房地基处理中得到了全面的应用。