水利工程中砂土地基振冲加固方案.doc

水利工程中砂土地基振冲加固方案 ［摘要］以某水库主坝地基振冲加固工程为背景，通过对工程环境以及工程区地质条件的分析发现工程区地基以砂土为主，可能存在地震液化、渗透失稳等问题，需对地基进行加固处理。通过对工程背景进行分析认为，选择振冲法进行加固较适宜。结合工程背景，对振冲法施工技术进行分析，重点研究了孔距设计原则、填料选取原则及质量品位判定规则、施工工艺方法介绍以及施工质量检测方法，对类似地质条件下的地基加固方案选择及施工工艺方法设计有一定参考价值。 ［关键词］水利工程;砂土;振冲法;地基;加固 1工程概况 某水库主坝工程位于某河流干流中游地区，规划主坝建筑坝型为均质土坝，设计坝体最大高度为11m，坝顶宽6.5m，其上下游坡度为1∶2.5。该主坝坝基地层自下而上主要为碎石土、砂土、粉土和黏性土等，根据工程前期勘探发现，粉土、黏土、粉质黏土层地质条件均不稳定。通过试验研究结合地质勘探认为，坝区地基主要存在以下问题: 1)砂土地基层地震液化问题:根据动力试验及分析可以确定在该地区基本地震烈度为7度情况下，砂土地基存在地震液化可能，且以中等至严重液化为主，其液化深度一般位于9m以内。 2)渗透稳定性问题:经过渗透变形判定，由于工程地区地基各砂土层属于流土型，因此本工程区域地基砂土存在渗透变形破坏的可能性。 3)渗透淹没问题:工程地基层砂土与碎石层渗水性较强，水库蓄水后导致地下水位上升，可能产生渗透甚至淹没农田的问题。为解决以上存在的问题，需对坝体地基进行加固处理，加固方案曾考虑过强夯、翻挖、振冲等。但考虑到坝体加固需在水库正常运行的情况下实施，因此强夯和翻挖方案不可行，因此应选择振冲法对坝体进行加固。振冲加固砂坡主要是对砂土进行振动液化后重新填料固结提高砂土密度，振冲加固过程一般包括震挤、浮振和固结3个过程。振冲加固需在振冲器振动的同时对其进行射水，使孔洞附近砂土液化，同时将填料挤入孔壁，使土粒重新排列、压实。 2振冲施工方案分析 振冲施工方案设计主要包括:选择振冲机具、确定振冲孔距、填料要求、振冲施工工艺和方法等。在选择振冲机具前应确定加固施工要求，根据施工要求确定加工机具，以免产生浪费。本工程中振冲机具主要特征见表1? 2.1振冲孔距的设计原则 实际施工中振冲孔距的选择是保证施工加固效果的重要内容，然而目前对于施工孔距的设计并没有一个精确的计算公式。本工程在初步设计时，参考式(1)、式(2)所示初步设计公式确定单位体积地基所需填料数量及孔距布置间隔:Va=(1+e1)(e0－e)(1+e0)(1+e)(1)式中:e0为加固前砂土孔隙比;e为加固后设计要求达到的孔隙比;e1为回填料孔隙比。d=V0.866SV槡a(2)式中:V为每孔填料数量，一般需根据试验情况确定;S为振冲孔深度;Va为单位体积坝体加固所需填料。然而由于在实际施工现场地质状况较复杂且施工工艺方面各工程有所不同，因此根据以上公式所计算的结果仅可作为参考值。一般在正式施工之前需要在现场根据计算结果进行试验，以检验设计孔距是否能够达到预期加密效果。试验时，一般在现场布置3组不同孔距的梅花型孔，每组包含7到10个孔。振冲施工试验完成后再分别在桩身、二桩间、三桩间检查振冲质量，并进行对比，选择既经济又能够满足设计紧密度要求的孔距。 2.2工程区土质分析及填料选取原则 工程区土质类型对于采用振冲法进行加固效果影响巨大，一般来说振冲法最适用于加密地下水位以下的松砂，对于级配曲线落入图1所示范围内的中、粗砂其加密效果更好。从本工程实际所处地质环境分析，采用振冲法对地基进行加固是比较适宜的。图1适用于振冲碎石桩的颗粒级配曲线范围为了达到良好的振冲加密效果，填料的选择也是至关重要的，一般来说填料中最好不应包含细砂土，而应优先选择洁净的粗砂、碎石、矿渣、砾石等为宜。当然也不易选择直径过大的砾石，砾石过大容易堵在连杆与孔隙之间，阻碍填料。一般填料的最大直径应控制在3～5cm，填料的品位优劣是一定时间内填料达到孔底数量的函数，因此可按式(3)计算填料品位，并按表2对其进行分级。Qm=1.71(D50)2+1(D20)2+1(D10)槡2(3)式中:Qm代表填料的品位数;D10、D20、D30分别代表填料中含量小于10%、20%、30%的颗粒的直径。表2填料评价标准品位数0～1010～2020～3030～50＞50分级很好好一般差不适合 2.3施工工艺方法设计 除此之外，施工工艺与方法的好坏也直接影响到工程的施工质量，影响振冲施工加固效果。因此，在实际施工过程中必须严格按照操作规程进行施工，特别是对于填料以及孔位布置工序。振冲加固的主要工序见图2。工程中拟采用净砂料作为填料，其具体施工方法如下: 1)放样定位:工程开始前应根据设计以及前期试验确定的孔位、孔距进行放样定位。 2)振冲器