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        振沖加固技術(shù)在赤石逕水庫地基處理中的應(yīng)用

        2022-03-01 07:37:32余尚興
        黑龍江水利科技 2022年12期
        關(guān)鍵詞:樁體水庫施工

        余尚興

        (韶關(guān)市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司 ,廣東 韶關(guān) 512000)

        0 前 言

        水工建筑的主要功能是承載水力,保護水資源,在水利工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)灌溉等方面發(fā)揮著非常重要的作用。水工建筑物的基礎(chǔ)直接決定了建筑的穩(wěn)定性和安全性,需要嚴格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行設(shè)計和加固。對比常規(guī)建筑地基,水工建筑地基在要求具備良好穩(wěn)定性和承載能力的同時,也必須具備較強的防滲性能,這樣才能適用環(huán)境要求,保障建筑的安全性。

        1 赤石逕水庫概況

        赤石逕水庫位于廣東省韶關(guān)市仁化縣西部,距仁化縣城9公里,為已建的中型水庫樞紐工程,總庫容1487萬m3。壩址以上集雨面積14.05 km2,全流域面積138.05 km2。水庫四面群山環(huán)抱林木茂盛、植被良好,是仁化縣主要的灌溉工程之一。

        赤石逕水庫建于1958年5月,當(dāng)時興建的主要工功能以灌溉為主、兼顧防洪。水庫建成后為仁化縣董塘、丹霞、仁化三鎮(zhèn)1567hm2農(nóng)田提供灌溉用水,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。1973年為解決水庫管理經(jīng)費來源,在壩后建成二級電站,總裝機920kW,由于水量不足效益較差。1974年,赤石逕水庫上游建成集雨面積124km2,總庫容6780萬m3的高坪中型水庫,經(jīng)13km渠道,引進5.3m3/s流量,除保證凡口鉛鋅礦0.6 m3/s流量生產(chǎn)生活用水外,尚有4.7 m3/s流量,通過火沖坑電站發(fā)電后注入赤石逕水庫[1]。此后赤石逕水庫水源充足,水質(zhì)良好,因此,可行性研究報告中,提出增加向仁化縣城供水的任務(wù)。所以,赤石逕水庫工程任務(wù)是以灌溉為主,兼顧防洪、發(fā)電、供水等,是綜合利用的水庫。

        2 振沖加固技術(shù)作用機理

        振沖加固技術(shù)的作用機理體現(xiàn)在兩個方面:一是應(yīng)力集中效應(yīng)。碎石樁本身在強度和剛度上遠遠超過了樁間土,而在兩者共同作用時,地震剪應(yīng)力會集中在碎石樁上,樁間土承受的應(yīng)力大大減小,相應(yīng)的減少了超孔隙水壓力引發(fā)的液化問題。借助橫向擠密作用,對地基土層進行壓縮,減少孔隙。樁體本身較高的承載力在和樁間土組成復(fù)合地基后,能夠?qū)崿F(xiàn)對于地基的有效加固;二是振沖擠密作用[2]。借助振沖機的振動,確保軟土中的孔隙水壓能夠快速消散,加速地基沉降固結(jié),進一步提升土體的固結(jié)度,增強地基的承載力。

        振沖加固技術(shù)有著很強的適應(yīng)能力,在砂土、粉土、素填土等地基加固處理中,都能夠取得比較理想的加固效果,理論上,只要地基中小于0.005mm的粒徑含量不超過10%,在借助振沖加固技術(shù)進行處理后,擠密效果都可以得到顯著提升。當(dāng)土壤擠密度處于合理區(qū)間范圍時,填料遇到的抵抗阻力較小,需要用到更大半徑的樁體,土體和樁體的結(jié)合力更大,加固效果更好。如果土壤擠密度過低,在樁間土松動的情況下,土壤和樁體的結(jié)合難以達到平衡,地基加固效果也不夠理想。通常認為,振沖加固技術(shù)更適用樁體抗剪切力超過16kPa的區(qū)域[3]。

        3 振沖加固技術(shù)在赤石逕水庫地基處理加 固中的應(yīng)用

        3.1 地質(zhì)狀況調(diào)查

        赤石逕水庫位于仁化縣西北部,屬丘陵盆地地貌,以侵蝕~堆積外動力地質(zhì)作用為主。區(qū)內(nèi)地勢呈南低北高,北部為海拔300~500m的丘陵,山脈走向多為東西向,山體寬厚,山坡為緩斜坡,坡度約20°~40°,植被茂盛,南部沿錦江及其支流董塘河發(fā)育有較為廣袤的沖積盆地。

        工程區(qū)內(nèi)地貌特征屬丘陵盆地地貌,以侵蝕外動力地質(zhì)作用為主,堆積外動力地質(zhì)作用次之。水庫左壩肩山體邊坡淺層土體多次產(chǎn)生大面積滑坡,滑坡體從坡下至坡上由三級次級滑坡組成。2005年5、6月份暴雨季節(jié),邊坡下部以及中部第級堆積層失穩(wěn)下滑,又產(chǎn)生了大面積滑坡,原排水溝和擋墻被沖毀;第三級潛在滑坡體處于邊坡后緣,地形陡峻,滑面陡傾,坡體結(jié)構(gòu)為:上覆平均厚0.30~3.20m的殘坡積物,下伏基巖為石炭系砂巖、石英砂巖及泥盆系石灰?guī)r,基巖面較陡,雨季接近于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。發(fā)生險情后采用截流排水、削方減載并設(shè)置重力式擋墻加錨索系統(tǒng)對此邊坡進行了加固[4]。

        現(xiàn)狀山坡坡度以緩~斜坡為主,植被基本上發(fā)育良好。區(qū)域除局部小規(guī)?;F(xiàn)象,未發(fā)現(xiàn)有嚴重危害邊坡穩(wěn)定的軟弱面及構(gòu)造組合,也沒有發(fā)現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的跡象,邊坡基本上是穩(wěn)定的,工程區(qū)除左壩肩山體滑坡外,未發(fā)現(xiàn)其他大規(guī)模的崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象[5]。

        3.2 地基滲透性分析

        壩基地層主要為強風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化粉砂巖等。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗及壓水試驗成果:

        強風(fēng)化粉砂巖為砂狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,灰色~青灰色,巖芯多呈碎塊狀,塊徑約1~5cm,棱角狀,局部夾餅狀、短柱狀,長約5-10cm,斷面粗糙稍有光澤,節(jié)理裂隙較發(fā)育,裂隙面未變色,為軟巖。滲透系數(shù)為2.13×10-3~1.51×10-2cm/s,屬于中等透水,滲透性較強。

        弱風(fēng)化粉砂巖為砂狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖芯多呈短柱狀,長約5~15cm,局部夾餅狀、碎塊狀,塊徑約1~5cm,棱角狀,斷面粗糙,稍有光澤,節(jié)理裂隙較發(fā)育,裂隙面未變色,為軟巖。壓水試驗透水率為2.5~10.0Lu,屬于弱透水,平均值為5.4Lu。

        微風(fēng)化粉砂巖為砂狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,灰色~青灰色,巖芯呈短柱狀,長約5~25cm,斷面粗糙,稍有光澤,節(jié)理裂隙稍微發(fā)育,裂隙面未變色,為較軟巖。壓水試驗透水率為2.4~5.5Lu,屬于弱透水,平均值為3.8Lu[6]。

        3.3 做好施工準(zhǔn)備

        ①應(yīng)該對施工現(xiàn)場進行清理,避免雜物影響工程的質(zhì)量和和進度,如果施工范圍內(nèi),存在淤泥等難以清理的物質(zhì),可以借助拋石擠淤的方法,將淤泥從施工區(qū)域擠出,以確保施工的順利進行;②應(yīng)該做好測量放樣。結(jié)合該工程的實際情況,在測量放樣中,可以采用標(biāo)記法,對每根樁體的位置進行核對和標(biāo)記,要求其能夠與設(shè)計圖紙保持高度一致;③應(yīng)該加強技術(shù)交底。確定好碎石樁位置后,需要對施工人員進行技術(shù)交底,確保其了解施工方案,明確振沖加固技術(shù)的施工方法,避免在施工中出現(xiàn)失誤。不僅如此,考慮水工建筑基礎(chǔ)的實際情況,在運用振沖加固技術(shù)進行處理時,還需要準(zhǔn)備好施工材料和施工設(shè)備,如碎石填料、金屬材料、振沖器、起重機等,這樣才能最大限度地保障施工的質(zhì)量和效率;四是確定施工范圍。振沖技術(shù)的應(yīng)用能夠切實提高地基加固效果,如果在進行地基加固的過程中,發(fā)現(xiàn)地基結(jié)構(gòu)松散,需要調(diào)整施工范圍,在土質(zhì)擠密區(qū)域進行施工。若土質(zhì)擠密效果不理想,其對于填料的阻力較小,必須加大樁體直徑,提高土體和樁體之間的結(jié)合力,保證基礎(chǔ)的牢固性。在地基加固外圍區(qū)域,應(yīng)該加寬約4m,確保地基加固的充分性,外圍需要設(shè)置振動樁和碎石樁,提升基礎(chǔ)處理效果。

        3.4 重視樁位布設(shè)

        通常情況下,樁位布設(shè)采用的形式有矩形、正方形和等邊三角形3種,矩形最為常見,正方形適用于大面積加固,等邊三角形則適用于單獨基礎(chǔ)的小面積加固。在對樁間距進行設(shè)置時,應(yīng)該將現(xiàn)場的地質(zhì)條件考慮在內(nèi),如果自然土的強度較大,可以適當(dāng)?shù)募哟髽堕g距,如果自然土的強度較小,則需要適當(dāng)減小樁間距[7]??孜婚g距的計算同樣非常關(guān)鍵,在計算孔位間距時,需要確保相鄰樁體之間具備較強的阻力,提升樁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。結(jié)合該工程的實際情況分析,最終采用的是三角形的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

        3.5 確定樁體長度

        應(yīng)該依照地基土質(zhì)確定樁體長度,若地基為軟土且深度較大,需要增大樁體長度,反之則可以使用短樁。結(jié)合該工程的實際情況,在考慮各方面影響因素的情況下,采用的是9.4m的短樁,通過適當(dāng)縮小樁間距的方式來確保地基具備較高的承載能力。應(yīng)該對振沖深度進行控制,在土質(zhì)砂層較淺的區(qū)域,可以穿過砂層來全面加固地基,在土質(zhì)砂層較深的區(qū)域,可以根據(jù)地質(zhì)情況考慮樁體長度。

        3.6 做好填料施工

        填料施工的效果會對碎石振沖的效果產(chǎn)生直接影響,可以將樁體更好地擠壓到軟土層中。在地基力的影響下,石料間的相互作用能夠更好的保障地基的穩(wěn)定性和可靠性。石料將本身有孔隙的存在,可能影響水體的滲透效果,若在相對疏松的砂石區(qū)域進行振沖擠密,可以將石料和砂礫充分混合后填充,保證填充的密實性。

        3.7 施工質(zhì)量控制

        ①施工過程質(zhì)量控制。在針對地基進行振沖加固處理的過程中,需要對施工用水量進行嚴格控制,避免水量不足引發(fā)的塌孔等質(zhì)量問題。應(yīng)該對水壓進行嚴格控制,水壓的調(diào)節(jié)需要結(jié)合施工現(xiàn)場土壤的性質(zhì)進行,例如,在該工程中,地基土體的強度相對較小,需要適當(dāng)減小水壓,如果是高強度土體,則需要增大水壓;②施工質(zhì)量檢查。在完成振沖加固處理約30d后,施工單位和監(jiān)理單位需要安排專人做好施工質(zhì)量的檢查驗收,要求抽檢數(shù)量不能低于樁體總數(shù)的2%。完成地基加固處理后,可以通過靜載試驗的方式,對樁體的施工質(zhì)量進行檢驗,確?;A(chǔ)施工能夠很好地滿足水工建筑的整體要求。

        3.8 加固效果分析

        對加固效果進行靜載荷試驗,通過振沖施工前后不同靜載荷下的位移,對地基加固程度進行檢測。靜荷載分布設(shè)置為0~900kPa,每次以100kPa遞增,結(jié)果如表1所示。

        表1 振沖施工前后靜荷載試驗

        位移和靜荷載承載力的大小表現(xiàn)為線性變化,施工前靜荷載從400kPa增長到500kPa時,位移出現(xiàn)了較大的變化,表明此時靜荷載位移處于突變點。之后靜荷載的增長表現(xiàn)平穩(wěn),表明振沖加固后,地基的穩(wěn)定性可以得到保障。對比施工前后,地基的承載力得到顯著提升,可以滿足工程實際需求[8]。

        4 結(jié) 語

        總而言之,在水工建筑物設(shè)計中,應(yīng)用振沖加固技術(shù)對地基進行處理,,可以顯著提高地基的穩(wěn)定性和承載能力,保證建筑整體的施工效果。在實踐中,施工單位需要切實做好前期施工準(zhǔn)備工作,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)勘察數(shù)據(jù),對振沖加固技術(shù)進行合理應(yīng)用,將技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,切實提高水工建筑地基的承載能力和穩(wěn)定性,滿足建筑地基使用的現(xiàn)實需求,實現(xiàn)對于水力資源的開發(fā)利用,繼而帶動區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展。

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