岸堤水库大坝砂壳振冲加固处理

1、岸堤水库大坝砂壳振冲加固处理        一、前言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，且需放空库水至加固深度，给土坝的抗震加固带来极大的不便，造成相当大的损失。振冲技术是上世纪70年代引入我国的一项地基处理新技术，上世纪80年代初为了研究振冲技术加固砂壳的可能性，在山东省岸堤水库附近修建了一座试验坝（坝高7.0m），进行振冲技术加固砂壳的研究，取得了初步成果。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都是悬而未决的问题。为此，结合本次岸

2、堤水库大坝砂壳上游坡的抗震加固，展开了振冲加固上游坝坡的研究，取得了很好的效果。二、工程概况岸堤水库位于山东省蒙阴县境内，大坝座落在沂河支流东汶河与梓河的汇流处，控制流域面积1690km2，总库容7.49×108m3，兴利库容4.51×108m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、供水、养殖和旅游开发等综合利用的大（）型水利枢纽工程。大坝于1959年11月动工兴建，1960年4月建成蓄水，现坝顶高程为181.80m（1956年黄海高程系，下同），最大坝高29.80m，大坝全长1665m，南坝段0 000到0 730为粘土宽心墙砂壳坝（其中0 000到0 350为细砂坝段，0

3、 350到0 730为粗砂坝段）；0 730到1 665为粘土均质坝。根据现场勘察和室内试验，得到坝料的物理力学性质如表1和表2所示，由表2可见该坝的砂壳很松散，相对密度仅为0.260.32，地震时极易发生振动滑坡，严重影响工程的安全运行，必须对大坝砂壳进行抗震加固。表1坝料颗粒组成项目粒径（mm）砂类颗粒组成（）特征粒径与级配指标土的分类202055220.50.50.250.250.10.1D60D50D10CuCc中砂/0.69.065.022.33.10.290.260.161.701.40SP粗砂/7.322.047.814.95.82.21.591.020.285.700.90SP

4、含砾粗砂11.227.319.028.68.33.02.64.752.950.3513.80.90GP表2坝料物理力学性质土类容重（g/cm3）含水量（）流限（）塑限（）塑性指数渗透系数（cm/s）相对密度抗剪强度干湿饱和C（MPa）（0）粉质粘土（心墙）1.591.972.0123.73721161.3×10-5/0.0220.9细砂（砂壳）1.431.531.897.31/2.17×10-30.32027.5粗砂（砂壳）1.441.541.906.80/1.5×10-20.26029.0细砂（坝基）1.481.591.92/2.6×10-30.440

5、29.5粗砂（坝基）1.54/1.96/7.0×10-20.47034.6三、振冲加固设计为增强坝体的抗震稳定性，经计算分析确定：大坝168.0m高程以下进行抛石压重，高程168.0m以上进行振冲加固。1、加固标准：相对密度Dr0.752、加固范围：0 0000 730坝段，高程168.0m178.0m，加固深度8.0m。3、振冲桩距：振冲桩呈梅花型布置，经施工性试验确定顺坝轴线方向桩距2.0m，垂直坝轴线方向排        距1.73m，振冲动力为75kw振冲器。高程168.0m以下三排桩采用30KW

6、、55KW振冲器施工，其桩距1.5m，排距1.3m。4、填料：细砂坝段0 0000 350充填粗砂；粗砂坝段0 3500 730充填砾质粗砂。四、振冲加固原理用振冲法加固砂壳，使砂土先期振动液化，重新填料固结，提高砂壳的密度。即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，扩大液化区，使土料重新排列、固结密实。振冲加固过程大致分为：振挤、浮振、固结三个过程。五、工程施工1、施工机械振冲施工的主要机械有：振冲器、吊车（起重量8.0T以上）、高压水泵和配电盘。该工程主要采用了ZCQ30-II型、ZCQ55-I型、ZCQ

7、75-I型三种不同功率的振冲器。2、施工过程1)按设计和施工性试验确定的桩距、排距在坝坡上作好桩的放样定位，并用木桩明显标出。2）振冲开始前，在桩位临水一侧1.0m左右安装集水沟槽与排水槽相接，将孔口溢水通过集水槽排入水库、集水槽溢水口高出孔口30cm。3）振冲器的定位，振冲器尖头对准桩位，开启下喷水口，利用下喷水束校正振冲器位置，其偏差不大于5cm。4）振冲器定位后，加大下喷水口水压到0.30.4MPa，并开启上补水口，控制水压不大于0.5MPa，启动振冲器，待水流、水压、电流、电压及振冲器运转正常后，开始贯入造孔，贯入速度控制在1-2m/min。5）振冲器贯入到距设计孔底高程0.3m左右时

8、，将下喷水口压力降到0.5MPa以下，同时增大上补水口流量，充分满足孔内饱和用水和孔口返水的需要。必要时还可以从孔口用胶管补充灌水。孔口返水不宜太大，以防填料流失。6）填料振密，由下而上逐段提升逐段加密，使填料、振挤循环进行，每次提升0.2-0.3m。在振冲孔口四周均匀填料，使之塞满振冲器四周，防止振冲器偏移。施工性试验确定细砂坝段填料量不少于1.2m3/m，粗砂坝段填料量不少于1.0m3/m。7）留振时间，以留振时间来控制质量，细砂坝段总留振时间不少于80s，粗砂坝段不少于50s，下部留振时间比上部适当延长，以利填料下沉和充分液化。8）遇砂壳内有硬夹层或粘土层时，振冲器应上下往复振冲、填料，

9、保证质量均匀；遇块石阻碍，可留振几分钟，将块石挤开。3、完成主要工程指标完成设计振冲桩6887根，进尺51314.3m，回填砂料6.43×104m3，投资473.87万元，完成工日1.51万个。六、加固效果用标准贯入法检测振冲加固后的大坝砂壳相对密度是否达到设计要求（即Dr0.75）。每300根振冲孔为一检测组，每检测组包括三个测试孔，即桩身、二桩间、三桩间三个测点，每测点钻孔深度达到设计要求。经检测细砂坝段振冲孔底高程全达到设计要求，检测14组42个测点，318点次标贯，相对密度0.75以上的302点次，合格率95；粗砂坝段振冲孔98达到设计底高程，2的孔底部因地质原因未达到设计深

10、度（相差1-2.0m），按操作掌握振冲造孔最大允许电流值（30kw、55kw、75kw冲头）分别是60A、100A、140A，水压达0.8MPa以上，提升6次且每桩净造孔时间不少于60min，使造孔尽量达到设计深度后结束造孔。经检测13组39测点267个点次标贯，相对密度在0.75以上点次261个，合格率98。对未达到设计深度的部分振冲孔，检测时标贯全打到设计深度以下，其相对密度也大大提高，一般都在0.60以上。加固后的砂壳经过2003、2004年连续高水位的运行考验，对比观测成果计算分析，满足设计要求，表明采用振冲法加固大坝迎水坡砂壳是可行的。七、结语1、对松散砂壳、基础进行振冲加固前应选择一段进行振冲试验，待取得现场最优施工技术参数