（地质工程专业论文）岸堤水库心墙砂壳坝上游坝坡振冲加固技术研究.pdf

摘要 振动水冲法是一种地基加固的新技术；7 0 年代中期引进我国，由于该项技 术机理明确、设备简单、操作方便，不用三材，造价低廉，技术效果好等原因， 在地基加固方面发展较快。但应用于砂壳坝上游坝坡加固方面尚未见工程实例。 能否将振冲技术应用于大坝上游坡，加固效果如何，采用什么样的施工方法和施 工工艺等等都是悬而未定的事情。本文结合岸堤水库大坝砂壳上游坡的抗震加 固，开展振冲技术加固上游砂壳的研究。通过室内试验和现场工作，开展岸堤水 库大坝振冲k 的确定、振冲加同砂壳机理、振冲砂壳的施工工艺和施工方法以及 加固效果等方面的研究，取得如下主要成果： ( 1 ) 介绍了振冲加固机具，分析了振冲加固的震挤作用、浮振作用、 固结作用，探讨了砂壳上游坝坡振冲加固技术的机理。 ( 2 ) 提出了振冲加固区的确定方法，进行了岸堤水库大坝加固后士坝 的静、动力反应分析和加固后地震稳定性分析，提出了岸堤水库 大坝振冲设计要素。 ( 3 )分析了适宜振冲加固的坝料及填料、施工机械与施工顺序、施工 工艺提出了上游坝壳振冲加固施工技术。 ( 4 ) 提出了通过静力触探试验、标准贯入试验和探井试验进行施工质 量控制与加固效果检验的方法。 ( 5 ) 分析了振冲加固过程中振动加速度与动孔隙水压力变化特性。 ( 6 ) 开展了振冲加固施工性试验，依据试验结果提出了振冲加固技术， 并成功应用于岸堤水库大坝上游坝坡抗震加固，不但解决了工程 实际问题，而且取得了显著的经济效益和社会效益。 关键词：岸堤水库；地震液化；振冲加固；加固机理；静力触探；标贯试验 探井试验；动孔隙水压力；施工工艺；施工方法 a b s t r a c t s h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n ti san e wi e c h n o l o g yi ns o l li m p r o v e m e n t ，a n d 1 tw a sj n t r o d u c e dt oo u rc o u n t r yi n1 9 7 0 s b e c a u s ei th a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha s e x p l i c i tm e c h a n i s m ，s i m p l em a c h i n er e q u i r e m e n t ，c o n v e n i e n tm a n i p u l a t i o n ，n o tu s i n g t h en o r m a lt h r e ec o n s t r u c t i o nm a t e r i a l s ，l o wp r i c ea sw e l la s g o o de f f e c t s ，t h i s t e c h n o l o g yd e v e l o p sv e r yf a s ti n s o i l i m p r o v e m e n t ，b u tt i l l n o wt h e r ei ss t i l ln o e n g i n e e r i n gc a s eo ft h i st e c h n o l o g yu t i l i z i n gi nr e i n f o r c e m e n ti nt h eu p s t r e a ms l o p eo f t h es a n d s h e l ld a m ，f u r t h e r m o r e ，i ti su n k n o w nw h e t h e rt h i st e c h n o l o g yc a nb eu s e di n t h eu p s t r e a ms l o p eo fd a m ，h o wi t se f f e c t sa r e ，a n dw h a tk i n do fc o n s t r u c t i o nm e t h o d s h o u l db ea d o p t e dt h i sd i s s e r t a t i o nc o m b i n e st h ea n t i s e i s m i cr e i n f o r c e m e n ti nt h e u p s t r e a ms l o p e o f a n d id a m ，a n dd c y c l o p s t h er e s e a r c h o n t h es h a k i n g a n d j e t t i n g r e i n f o r c e m e n tt e c h n o l o g yi nt h es a n d s h e l lo fu p s t r e a m b e s i d e s ，a c c o r d i n gt o t h e l a b o r a t o r yt e s t sa n df i e l dw o r k ，t h ed e t e r m i n a t i o no fs h a k i n ga n dj e r i n ga r e ao fd a m ， a n dt h em e c h a n i s m ，t h ec o n s t r u c t i o nm e t h o da n dt h ee f r e c t so fs h a k i n ga n dj e t t i n gi n r e i n f o r c i n gs a n d s h e l la r es t u d i e d t h ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e da sf o l l o w s ： lt h ea p p a r a t u sf o rs h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n tt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d t h r e ee f f e c t so ft h i st e c h n o l o g ya r ea n a l y z e da ss h a k i n gh u s t l i n g ，f l o a t i n gs h a k ea n d c o n s o l i d a t i o nt h em e c h a n i s mo ft h i st e c h n o l o g yu s i n gi nt h eu p s t r e a ms l o p eo f s a n d s h e lj i sa l s od i s c u s s e d 2am e t h o do fc o n f i r m i n gt h es h a k i n ga n dj e t t i n gar e ai sp r o p o s e ds t a t i ca n d d y n a m i cr e s p o n s ea n a l y s e sa n ds e i s m i cs t a b i l i t ya n a l y s i sa r ec a r r i e do u to nt h ee a r t h d a mo fa n d id a ma f t e rr e i n f o r c e m e n t d e s i g nf a c t o r sf o rt h es h a k i n ga n dj e t t i n g t e c h n o l o g yi nt h ed a mo f a n d id a m a r ep r o p o s e d 3t h ep r o p e rd a mm a t e r i a la n d f i l l i n g m a t e r i a lf o rs h a k i n ga n d j e t t i n g r e i n f o r c e m e n t ，t h ec o n s t r u c t i o nm a c h i n e sa n do r d e l - a n dt h ec o n s t r u c t i o nm e t h o da r e s t u d i e dc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yf o rs h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n ti nt h e u p s t r e a ms a n d - s h e l li sp r o p o s e d 4i ti s p r o p o s e d t h a t a c c o r d i n gt os t a t i c a lc o n ep e n e t r a t i o nt e s t ，s t a n d a r d p e n e t r a t i o nt e s ta n db o r e h o t et e s t ，t h er e i n f o r c e m e n te f f e c tc a nb ec o n t r o l l e da n d e x a m i n e d 5t h ev i b r a t i o na c c e l e r a t i o na n dt h ed y n a m i cp o r e - p r e s s u r ed e v e l o p i n gp r o p e r t i e s i nt h ep r o c e s so fs h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n ta r ea n a l y z e d 6c o n s t r u c t i o nt e s t sa r ed e v e l o p e df o rt h es h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n t 。 t h e ns h a k i n ga n dj e t t i n gr e i n f o r c e m e n tt e c h n o l o g yi sp r o p o s e do nt h eb a s i so f t h et e s t r e s u l t s ，a n di su t i l i z e ds u c c e s s f u l l yi na n t i s e i s m i cr e i n f o r c e m e n ti nt h eu p s t r e a md a m s l o p eo fa n d id a m ，w h i c hn o to n l yr e s o l v e st h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n gp r o b l e m sb u t a l s og a i n ss i g n i f i c a n tb e n e f i t s1 nb o t hs o c i e t ya n de c o n o m y k e y w o r d s ：a n d id a m ，s e i s m i cl i q u e f a c t i o n ，r e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m ，s t a t i c a l c o n ep e n e t r a t i o nt e s t ，s t a n d a r dp e n e t r a t i o nt e s t ，b o r e h o l et e s t ，d y n a m i cp o r e p r e s s u r e ， c o n s t r u c t i o nt e c h n i c s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d 山东省境内有大中型水库1 7 5 座：多数为心墙砂壳坝，普遍存在着心墙质量 较好，而砂壳质量较差的现象，砂壳的相对密度值较低；上游砂壳存在着地震液 化问题，坝壳有失稳的可能性。冈此，l l i 东省心墙砂壳坝的抗震问题己成为一个 急需解决的问题。 列于砂壳坝上游坝坡的抗震加固，过去一直延用翻压法进行处理。翻压法工 期长、投资大，且需要放空库水至加固深度，给土坝的抗震加固带来极大不便， 造成了相当大的损失。振冲技术是7 0 年代引进我国的项地基处理新技术，在 处理地基方面具有很多优点。但能否将振冲技术应用于大坝上游坡，加固效果如 何，采用什么样的施工方法和施工工艺等等都是悬而未定的事情。 本论文结合岸堤水库抗震加固工程：通过室内试验和现场工作。陆续开展了 岸堤水库大坝振冲区的确定、振冲加固砂壳机理、振冲砂壳的施工工艺和施工方 法以及加固效果等方面的研究，取得了一系列的研究成果。 为了摸清振冲加固砂壳上游坡的效果，为了确定振冲加固砂壳上游坡的施工 方法和施工工艺，我们开展了施工性试验。在施工现场( 即上游坝坡) ，针对不 同桩距、排距和不同功率的振冲器，布置了八组梅花桩试验区。分别进行了八个 探糟的开挖试验和八组标准贯入试验，进行了坝料现场试验和室内试验，取得了 标贯击数与相对密度之间的相关关系，为正式施工后的质量检测提供了可靠的重 要的保证。通过施工性试验，提出了砂壳上游坡振冲加固的施工方法和施工工艺， 确保了坝壳振冲加固的工程质量。 采用振冲技术加固大坝砂壳上游坡，不仅节省了工时，缩短了工期，免用“三 材”，而且大幅度地节省了工程投资。以岸堤水库为例，如果采用常规方法，即 翻压方法加固上游砂壳，需要翻压砂料3 4 4 万m 3 ；按有关预算，翻压一方砂 1 47 7 元，则工程直接投资5 0 7 9 3 万元；而采用振冲技术加固砂壳，振冲单价为 6 l5 3 元1 3 3 ，振冲总进尺为5 1 3 1 4 m ，则工程直接投资为3 1 57 3 万元，由此可见， 采用振冲技术加固大坝砂壳：可节省工程直接费用1 9 22 万元，约为常规加固方 法工程直接费用的6 21 。 采用振冲技术力固砂壳 ：游坝坡最主要的技术优点是无需要放空正常运行 过程中水库的水。以岸堤水库为例，如果采用翻压法加固砂壳，则需要把库水位 降低剑高程1 6 0 米处，当时岸堤水库的运行水位是高程1 6 4 5 m ，需要放水4 9 8 7 1 3 ， 以每方水o2 0 元水费计，就要浪费9 9 7 4 万元。也就是说采用振冲技术加固砂壳 可以节省1 18 96 刀元。此外，在保证j i 常运行水位的前提下加固砂壳，可以保 证农业灌溉、渔业、城市供水及发电的需要，其经济效益无疑是十分巨大的，由 此而产生的社会效益更是显著的。 第一章绪言 中国是个多地震的国家，土坝的抗震设计和抗震加固是项十分重要的工作。 中华人民共和国成立以后，兴建了大量的水库，其中约1 3 是粘土心墙坝。由 于坝的砂壳在施工时碾压质量不好，密度较低，相对密度有的仅为o 2 0 4 左右， 抗震性能很差。上游面或浸润线以下的饱和区，地震时由于孔隙水压力急剧上升， 坝壳砂上极易液化先稳。从而导致滑坡等事故。19 6 9 年渤海湾地震时位于v i 度 区的山东省境内的王屋、冶源、黄山三座水库的挡水土坝上游砂壳都发生了滑坡； 1 9 7 5 年海城地震时，位于v i 度区的辽宁省石门水库的挡水土坝上游砂壳库水位 以f 也发生了大面积滑坡；1 9 7 6 年唐山地震时，北京密云水库白河主坝斜墙保 护层发生了滑坡现象。这些都是典型的地震先稳例证m ，3 ，”。 山东省属多地震区，且水库众多仅大中型水库就有1 7 5 座，多数为心墙砂 壳坝，普遍存在着心墙质量较好，而砂壳质量较差的现象，砂壳的相对密度值较 低；上游砂壳存在着地震液化问题，坝壳有失稳的可能性。有的水库甚至在放炮 开石、炸鱼、风浪冲击等情况下也发生了滑坡。为了确保水库的安全运用；提高 已建水库土坝抗御地震的能力，经过论证对土坝松散砂壳进分加固是完全必要 的，同时对业已发生滑坡的士坝，也有必要进行修复加固，使其能正常运用。因 此，心墙砂壳坝的抗震问题己成为一个急需解决的问题。 对于心墙砂壳坝的砂壳，较普遍地存在碾压不实、相对密度低、抗震稳定性 较差等问题。因此，研究和采取适当的抗震加固技术措施，是一项十分重要和紧 迫的任务；又由于这种情况的土坝面广量大，加固耗资巨大如何针对实际情况， 结合具体条件，研究采用既经济又可靠实用的施工技术措施，是一项具有重大现 实意义的研究课题。任何在这一技术领域里技术的改进和突破，都会给国家带来 很大的经济效益和社会效益，使土石坝的抗震加固得到更快更好地发展。 根据多年来的实践经验和试验研究：日前较为普遍和行之有效的抗震加固施 工技术，主要有以下几个方面：最基本的加固措施是人工加密，如振动水冲法、 振动碾压法以及爆破加密法等，以增加砂土的紧密度，防止地震时发生体积变形 和产生超孔隙水压力；增设堆石等压重，以增加坝基上覆有效压力，改善土体 内部的应力状态，提高其抗液化能力：采用排水减压措施，以及时消散地震中 产生的超孔隙水压力，防止砂上液化的产生。 振动水冲法是一种地基加固的新技术；7 0 年代中期引进我圈，由于该项技 术机理明确、设备简单、操作方便，不用三材，造价低廉，技术效果好等原因， 在地基加吲方而发展较快。但应用于砂壳坝上游坝坡加固方面尚未见工程实例。 能否将振冲技术应用于大坝上游坡，加固效果如何，采用什么样的施工方法和施 工工艺等等都是悬而未定的事情。本文结合岸堤水库大坝砂壳上游坡的抗震加 固，开展振冲技术加固上游砂壳的研究。通过室内试验和现场工作，开展岸堤水 库大坝振冲区的确定、振冲加固砂壳机理、振冲砂壳的施工工艺和施工方法以及 加固效果等方面的研究。研究成果将具有较强的实用性和工程推广价值。 第二章砂壳上游坝坡振冲加固技术的机理 第一节振冲机具 振动水冲法所用的机具比较简单，主要有振冲器、悬吊机械、离心式水泵和 控制台，主要发备是振冲器。 振冲器一般采用b j 3 0 型，功率为3 0 k w ，也可酌情采用5 0 k w 以上的大功 率振冲器。 振冲器主要由潜水电机、偏心块和通水管三部分组成、其构造见图2 1 。振 冲器竖轴上下端设有调位轴承，使竖轴可以在较小的偏斜( 2 。3 。) 情况下仍可 f 常工作。下端另设有止推轴承。偏心块分成若干块以便于根据振动的需要调整 和装拆：电机和中心主轴均为空一l l , ，中间通一水管直至底部喷口作为下喷水口， 顶部水管分出三个出水口作为上补水口。 启动电机后偏心块以等角速度转动。外壳的振动方程是沿水平方向的x 、 y 轴作简谐振动，其振幅x 。、y 。的变化为 y0 2 p p+p p p+p e c o sf e s i nt 式中p - - - 偏心块重量 p 外壳重量 e - - - 偏，t l , 块偏心距( m m ) ( i ) 一角速度( r s ) 。 振冲器的偏心力和最大振幅参照式( 2 2 ) 计算 偏心力 振幅 丁：旦e g m 时= p+p ( 2 2 ) 式中 g - - - 重力加速度 m 一偏心荷重动力距，m = p e 其他符号意义同前。 振冲器在振冲底下水位以上的干砂时，须增殴上补水口，实践证明其加固效 果是很好的。振冲器的特性指标见表2 1 。振冲器中每一块偏心块重量约为 1 1 2 k g 。偏心距e = 5 8 c m ，振动力9 0 k n ，振幅4 - 5 m m ，振冲器的总重量i t 左右。 图2 1 振冲器结构示意图 1 一导向管；2 - 水管；3 - 电缆： 4 一上补水口：5 - 电机：6 - 联轴器 7 一轴：8 - 轴承；9 - 偏心块： 10 - 壳体：l 卜轴承：12 - 头部： 1 3 _ 轴承。14 - 下喷水口：15 一叶 片， 第二节振冲加固原理 用振冲法加固砂坡，是使砂土先期振动液化，重新填料固结，以提高砂坡的 密度。也就是在振冲器不断振动和射水的过程中，使孔内附近砂土和填料液化， 便于振冲器下沉，同时将悬浮砂粒及填料挤入孔壁，并传播振动和渗透压力，扩 火液化区，使土粒重新排列、固结密实。凶此，振冲加固过程可大致分为：震挤、 浮振、固结三个过程。现分述如下。 表2 1 振冲器主要特征 型号 b j 3 0b l 7 5 功率( k w ) 3 07 5 电机部分转速( r m i n ) 1 4 5 01 4 5 0 额定电流( a ) 6 01 5 0 振幅( r n r n ) 3 8 03 8 0 振动力( 万n ) 81 6 振动部分振动加速度( m s 2 ) 1 01 0 振幅( m m ) 1 07 长度( m ) 23 振冲器外径( c l t i ) 3 7 5 4 2 6 重量( 万n ) 0 8 52 0 5 一、砂土的动力性态 砂土的动力性态随作用力往复周数的变化，可用能量守恒关系表示为： o d0 + a u + a q = 0 ( 2 3 ) 式中，0 。为三个主应力的均值，其数值主要随振冲器的动力性能及根源距离而 异：e 砂土体应变。a u 为松砂受振积蓄的位能( 弹性应变) ，反映于图2 2 中 晌平均斜率k 。作用力往复次数多，则k 或u 越大，砂上越趋于紧密而越向 弹性转变；若为紧砂，且起始应力oo 又比较小时，则反而振松、软化。a q 为 因砂粒塑性应变相互移动摩擦而转化为热能的振动能量耗散，反映于图2 - 2 中每 一滞回环的面积( 它间接反映了振动阻尼比) 。作用力往复次数越多，则a 或 0 越小，松砂剩余的塑性变形越小；紧砂在a q 小时，则反而增大。曾用兴旺 坝砂料作了振动三轴试验，所得往复荷载下的应力应变滞回曲线更精细地说明了 砂十的上述动力性质。 团2 2 砂土反复荷载下的滞回环 为了简明地阐述影响加固效果的主要因素，故假设砂坡为粘弹性体如果只 对振冲孔壁上单质点的动应力0d 作粗略估计，则可从振动方程解得 。d = 一4 ( f v ) 2 r n a s i n ( 2n f v t 中)( 2 4 ) 式中t 一振动历时，t = n f v ； n 一往复振动次数： 中滞后相位角 a 振幅 r c t s 毒焉 。l n g ( i v f ) c o s ( vf ) 肛f 丌【1 丽j 硒万砑v ( ( 一( 加一厂) 2 1 2 + 4 2 ( 声厂) 2 2 式中，y 、m 、f 、= 昙小鬲，为砂坡质点的密度、质量、振动频率、阻尼比 n 、g 、f v 为振冲器偏心块的个数和每块的重量、振冲器的频率。 二、震挤作用 在造孔及留振过程中，振冲器以一定的动力将孔中悬浮沙砾( 包括填料) 的 部分挤入孔壁，使孔周砂坡挤实。从几何关系可得这种挤实比n 为 q = 三= 等10 器9 簪 p5 ， vd 。一1 f d f ) 2 、。 式中y y 扩砂坡被挤实前后的密度 d 振冲孔的直径( m ) 、孔距( 按e 三角形布孔考虑，通常d l 1 ) ，d 随振动能量和振动时间的增大而增大，还同填料性 质及供水有关；若由单脉冲代换振动将粗料挤入孔壁，这就 是常用的挤实桩加固法，但它缺少浮震和再固结的作用； x 被挤入孔壁的干土重与相同深度孔内原有干土总重之比，简 称挤入比； w 。一单位孔深被挤入孔壁的填料干土重，简称有效填料重。 由式( 2 - 5 ) 知，如果挤入比、孔径及有效填料重等越大，孔距及起始干密 度越小，则挤实比n 越大。反之震挤效果不大。特别是处于毛管力束缚下级配不 良、含粘土或泥质的湿砂，振冲孔又不填料时，几乎无震挤效果。 三、浮振作用 大量试验资料证明，在往复动力作用下，饱和松砂中的振动孔隙水压力u d 将随振动次数n 逐次增长，如图2 - 3 、2 - 4 所示。并得到下列经验式： 挂+ 知懈h p s ， 式中n 、n 。一饱和砂非液化及丌始液化的动应力往复次数： o 一饱和砂坡中的有效静应力。 对历史上遭受过n o 次动载的饱和砂，u d 虽然也随再次动荷的往复次数n n o 的减少而减少其增量，如图2 - 3 、2 - 4 所示点b 以右的线段。 斟2 - 3l l d n 关糸曲线 幽2 - 4u 。o ，lg n 矢糸曲线 这意味着振动液化后，砂粒重新排列，相对密度及动力强度增大( 图2 - 5 ) ， 以致再振动时，砂的体变及动孔隙水压均减小液化势( l i q u e f a c t i o n p o t e n t i a l ) l p 也减少。 故由上述机理及式( 2 6 ) 知：要使松砂砂粒重新排列紧密，必须要使砂坡 近于饱和，并用振冲器给砂坡以适当大的动力和持续振动足够长的时间，来发展 砂坡的动j l 隙水压力，以形成液化浮振的条件。 开始渡f 酗0i 、。j ，j 豆址肼效，s 图2 5cj ( 一一1g n 关系曲线 四、固结作用 饱和松砂受到振冲时，因其迅速体缩，将产生超静孔隙水压力u d ，u d 沿坝轴 线的分布如图2 6 所示，孔隙水将以v = k r w g r a dc v u d 沿振冲孔径向外流动， 造成往往振冲器孔附近的孔隙水压力已开始消散，而中处尚未达到峰值u m 。此 现象可按下列方程估算： 掣= d i v g r a d c v ud(z-7) u 其消散速度为： u = i e x p ( 一c t ) ( 2 - 8 ) 以上公式中c 。一一砂坡超静水压力消散( 固结) 系数( c m 2 s ) ： t 一消散时间( s ) 。 由式( 2 7 ) 可见，影响消散( 固结) 的主要因素是：砂坡的特性c v ，起始 及边界条件u d ：及时间t 。由式( 2 8 ) 知，纯净粗砂消散很快( c v 1 0 2 1 0 3 c m 2 s ) 停振后砂场中有效应力迅速增大，孔隙体积相应减小，故能很快完成固结。含细 粒或泥质多的砂坡，k 、c v 都较小既难充水饱和，也难浮振液化，又难固结， 故加固后除桩深能排水之外，无其它效果。振冲浸润面很低的砂坡，其固结作用 甚微。 咀上三种加固作用的震挤和浮振过程，在振冲时几乎同时产生，但造孔时主 要为浮振及震挤作用；固结过程一般发生于停振之后。然而在振冲孔附近，由于 振动剧烈，渗径短，孔内填料透水性强，砂坡变形稳定较早，故在全孔停振之前， 同结就己开始，同时远处孔隙压力却还在增长，如图2 - 6 所示。 综上所述用振冲法加固砂坡的实质，主要是利用震挤、液化、重新固结的 作用来提高砂土的密度，振冲加固的效果，主要同下述几项有关，即：振冲器的 性能、砂坡材料的特性、施工情况及边界条件和起始条件等。 j 长 u * 琶 嚣 f0 晕 毫 g 幅时t i t l ， ， r 搠艘时，。 r t ( ，。 r _ 0 7 5 的标准，但从二桩间和三桩间得结果 看，加固效果不理想，比粗砂坝段桩距2 5 米得二桩间和三桩间所测结果还差一 些，整体平均后得d r 值也不能达到设计要求，因此不能采用。 细砂坝段桩距位为2 o 米试验区所测结果如表2 6 所示，桩身均能满足设计 要求( d r ，0 7 5 ) ，加固深度范围内的沿高程整体平均相对密度也能满足设计要 求，因此，可作为施工用设计桩距。 ( 3 ) 施工工艺 从粗砂坝段和细砂坝段振冲桩距的试验结果看，采用7 5 千瓦的振冲器施工桩 距，也不能过大，原因主要是原坝料含泥量大，在振冲过程中坝料的饱和程度不 好，影响了桩问土的加固效果。因此在大范围施工中可采取如下措： 在上游的施工中增加补水，如有条件可在施工平台上充水，让加固砂层预 先吸入一定量的水，这样在振冲加固时可提高加固范围内的桩问土的加固效果。 保证振冲填料充足，要做到勤填，每次填料量不宜太多，要均匀，避免直 接采用大型装载机( 1 立方米以上) 上料，这样既浪费砂料也不利于填料均匀的 下到孔底，对孔卜部分加固有一定的影响。 成桩时应在填料前做到有一定的清孔时问，以降低泥浆的比重这样可保 证砂料顺利到达孔底，保证桩体质量。 制桩时水压不宜太大，一般可采用2 0 0k p a ，水压过大会造成砂料部分细粒 流失，一般可保证有一定的返水即可。 四、试验结果分析 从以上试验结果看，对不同功率的振冲器和桩距，振冲后标贯击数均提高2 - 4 倍，平均相对密度由原来的0 4 左右提高到o 6 2 0 7 5 ，当桩的行距和列距分别为 2 0 米和1 7 3 米，采用7 5 k w 振冲器加固时，则不论细砂和中粗砂坝壳加固后， 其平均相对密度均能达到0 7 5 ，满足抗震设防要求，同时还可以看出，当采用较 小的桩距时，选择相应大小的振冲器，也能满足抗震加固要求，但采用大的桩距 和7 5 k w 振冲器，可减少振孔4 8 6 ，从而大大提高工效和缩短工期，在经济上 是合理的。 表6 2 7加固试验结果表 试桩距试验前试验后 验桩振冲器 标贯相对标贯填砂量 坝深纵向横向相对密度功率 击数密度击数 段 ( 平均 ( m )( m )( m )( 平均值)( m3 )( k w ) 值) 细1 5 】80 7 51 1 2 31 0 03 0 6 504 24 6 1 4 l2 lo 7 51 1 2 30 9 73 0 砂 中 l5l8o6 28 1 6o 9 63 0 65 1412 1 o3 94 7 0 6 39 1 70 9 73 0 粗 1518o 7 51 4 2 81 1 05 5 细 2017 307 51 0 181 0 0 7 5 8oo 4 24 6 252 1 50 6 31 6 2 70 9 47 5 砂 。 i 2o1 7 30 7 51 1 1 91 0 47 5 8o o 3 94 7 粗 2 521 50 6 609 57 5 表6 2 8 振冲间距及配用振冲器功率设计表 细砂坝段中粗砂坝段 施工期数 间距( m )振冲功率( k w )问距( m )振冲功率( k w ) 纵向1 5纵向i 5 第一期工程 3 05 5 横向13横向1 3 纵向2 0纵向2 0 第二期工程 7 57 5 横向1 7 3横向1 7 3 第三节振冲施工 一、振冲加固工程施工技术细则 施工前，依据设计单位提供的图纸，确定平面控制点，并定出桩位。为保证 放样准确，在振冲坝段两端坝坡上，标出每一排孔的位置准线桩，并每隔2 5 米 设一个断面桩，振孔桩位定好后，由吊车吊起振冲器就位，利用振冲器的强力振 动和自身重量，并在高压水的冲击下，造孔至设计深度。振冲造孔，控制贯入速 度1 - 2 n v m i n ；振密时，控制振冲器每次提升不超过4 0 c m ，留振时间不少于5 0 s ； 填料为砾质粗砂，填砂量不低于l m 3 m 。 由于在坝坡上施工，为防止出现斜坡效应，即在振冲器的强力振动下，坝坡 由向下滑动的趋势，采取平台振冲施工法。即：振冲前，将坝坡挖成若干个小平 台平台宽以3 排孔为宜，平台挖成后，每1 0 2 0 m 测一高程控制点，作好记录， 并根据实测平台高程计算出每排孔的振深。这样既消除了一部分斜坡效应的影 响，又准确把握每一孔的振冲深度。 振冲加固工程施工细则如下： ( 一) 、振冲准备工作 1 水泵上要安装压力表，并经常检查压力表的工作状况，对失灵的要及时 维修或更换。 2 振冲器连杆上每隔5 0 c m ，设一永久性尺寸刻度，以便随时观察贯入深度 和是否达到设计深度。 3 为减少斜坡效应，振冲前要按坝坡挖成若干个小平台，平台宽以三排孔 为宜。平台挖成后，每1 0 2 0 米测一高程点，做好记录，并根据实测平台高程， 计算出每排孔的振冲深度。 4 为保证振冲孔定位准确，在振冲坝段两端坝坡上，标定出每一排孔的位 黄准线桩，在振冲坝段，每2 5 米设两个断面桩。 ( 二) 、振冲施工 1 按振冲试验后确定的孔距、排距，做好振冲桩的孔位放样，设顶孔位标 记。 2 振冲前要安装好排水槽，排水槽溢水口应高于孔v 1 ，出水口位置以不冲 刷坝坡为宜，每节水槽之间搭接长度不少于o1 米。 3 振冲器定位：使振冲器尖头对准桩位，开启下喷水口，利用下喷水束校 f 振冲器位置，定位偏差不大于5 c m 。 4 振冲器定位后，根据振冲深度，起始密度，将下喷水水口压力增大到 o 3 0 4 m p a ，开启侧向补水口，控制水压不大于o 0 5 m p a ，然后启动振冲器，待 水压、电流、电压及振冲器运转正常后，丌始贯八造孔。贯入速度一般为l 2 米分钟。 5 贯入造孔时，如电机电流上升到额定电流时，要适当加大下喷水口和侧 向补水口压力，并上下起落振冲器，待电流下降正常后再继续贳入。 6 振冲器贯入到距设计孔底o3 米时，应将下喷水口压力降到o0 8m p a ， 同时增大上补水口或侧向补水口流量，以保证孔内饱和及孔口返水的需要。必要 时还可在孔口补充灌水。 7 贯入造孔过程如遇到较硬夹层，使电机电流达到控制电流( 7 5 k w 冲头控 制电流为1 3 7 a ) 时，应稍提升冲头，再次下冲，若每次都达到控制电流，连续 6 次冲不下去，且每次持续时间超过l o 分钟，可停止造孔。 8 充填料物振密时，要自下而上逐段提升，逐段振密，一般一次提升o2 0 3 米，留振5 0 8 0 秒。本工程细砂坝段留振时间不少于8 0 秒；粗砂坝段不少于5 0 秒。 9 填料时应在振冲孔四周均匀填入，使之塞满孔口四周，以免振冲器偏移， 振密效果不均，填料不能太快，以免影响返水而使填料下沉放慢或堵塞孔口。 l o 如坝壳内有硬夹层、粘土层时，振冲器应下上往复振冲填料，以保证质 量均匀，如遇块石阻碍，应多振一段时间，直到将块石挤开。 1 1 上料方式：以小推车上料为好，如用装载机上料时，其斗容不宜过大， 做到用完一斗再上一斗，不许连续供料，其斗容不足规定数量，应根据装载机斗 容，计算。斗料能形成的砂桩长度，来控制提升高度，禁止用铁锨上料。 ( 三) 、质量控制及要求 1 充分做好振冲前的各项准备工作，实行班组施工质量专人负责制。未做 好准备工作的不准开工，无专人负责质量管理的不开工。 2 实行停、返 ：制度，对不按操作规程施工或振冲深度不足，填料不到设 训要求的工段，令其返： ，对违反操作规程，经多次劝阻刁i 改f 的，令其停工。 3 振冲时要有专用记录表，指定责任心强的人员专职负责，做到记录完整、 清晰、准确。施工记录由双方质检员签字后生效，并作为工程结算的参考依据， “砂壳坝振冲加固单元工程质量评定表”要随施工、随填写，事后补填无效。 4 振冲深度达到设计深度。 5 贯入振冲时，导管倾斜度补大于2 0 。大于2 。时应重新造孔。 6 振重加固时，必须保证填料充足，每米进尺