振冲挤密砂石桩在叶尔羌河中游渠首工程中的应用

振冲挤密砂石桩在叶尔羌河中游渠首工程中的应用

任剑飞1，程仁娟2

任剑飞1，程仁娟2

（1.叶尔羌河流域管理局中游渠首建设管理处新疆莎车844700；

2.喀什叶尔羌河勘测设计院新疆莎车844700）

【摘要】叶尔羌河位于新疆维吾尔自治区的西南部，塔里木盆地的西缘。流域控制灌溉面积651.47万亩，是新疆第一大灌区。叶尔羌河中游渠首是叶尔羌河流域第四级引水渠首，属大（2）型水利工程，中游渠首工程位于粉细砂河床中，地震液化为工程地基处理首要解决的问题，通过振冲挤密砂石桩在叶尔羌河中游渠首工程粉细砂基础中的实施,能够有效的消除基础地震液化。【关键词】振冲挤密砂石桩；中游渠首工程；应用

Applicationofvibro-replacementstonecolumninYarkandRiverMiddleportionandcanalprojectRenJian-fei1,ChengRen-juan2

(1YarkantRiverBasinAuthorityBureaumiddleportionConstructionManagementDepartmentShacheXinjiang844700;

2KashiYarkantRiverSurveyandDesignInstituteShacheXinjiang844700)【Abstract】YarkandRiverinsouthwesternXinjiangUygurAutonomousRegion,thewesternedgeoftheTarimBasin.Rivercontrolareaof651.47hectaresofirrigation,isthelargestirrigationareainXinjiang.YarkandRivermiddlereachesofthefourthcanalisYarkantRiverpersioncanallevel,isalarge(2)-typeWater,RiverHeadWorksislocatedinfinesandbedinthefoundationliquefactionprojectdealforthemostimportantissues,byvibrocompactionYarkandRiversandpileinthemiddlereachesofthecanalprojectbasedontheimplementationoffinesand,caneffectivelyeliminatethebasisforearthquakeliquefaction.【Keywords】Vibro-replacementstonecolumn;Middleportionandcanalproject;Application

1.工程概况叶尔羌河位于新疆维吾尔自治区的西南部，塔里木盆地的西缘。流域控制灌溉面积651.47万亩，是新疆第一大灌区。叶尔羌河中游渠首是叶尔羌河流域第四级引水渠首，属大（2）型水利工程，控制灌溉面积205.3万亩，最大引水流量为175m3/s，设计洪水标准五十年一遇，洪峰流量为3860m3/s，校核洪水标准为二百年一遇5250m3/s。中游渠首工程建筑物由泄洪冲砂闸、东岸进水闸、溢流堰兼西岸输水涵洞、分流墙、上下游导流堤等组成。泄洪闸，进水闸和溢流堰采用“一”字型布置。泄洪冲砂闸２３孔，每孔净宽１０m，东岸进水闸３孔，每孔净宽8m，西岸进水闸３孔，每孔净宽6m。

2.工程水文及地质中游渠首工程位于塔里木地台区西南缘，叶尔羌河的冲洪积平原上，区内２５Km范围内无断裂构造，工程区北部及北西，地震活动强烈，为新疆活动强烈范围区域之一，地震动峰值加速度０.１ｇ，地震反应谱特征周期０.４５ｇ，地震基本烈度Ⅶ度；枢纽区闸、堰上部粉细砂层：天然湿密度１.８６～１.９３ｇ／ｃｍ３。含水量27.4%～31.2%，干密度1.46～1.52ｇ／ｃｍ３，饱和度95.5%～97.6%，孔隙比0.59～0.72，自然休止角25°～28°。静力触探实验锥尖阻力１.７～７.５ＭＰａ，侧壁阻力０.０１～０.０３４ＭＰａ，渗透系数５.５×１０-３ｃｍ／ｓ～３.２×１０-４ｃｍ／ｓ，属弱－中等透水层；下部汗结核粉细砂层：结核含量达１０％～１５％，粒径一般在５ｍｍ，最大１×２ｃｍ，较坚硬。粉细砂天然湿密度１.９～２.０ｇ／ｃｍ３。含水量１８.７%～２８.５2%，干密度１.５８～１.６２ｇ／ｃｍ３，饱和度９８.７%～９９.１%，孔隙比０.４２～0.６７，自然休止角３１°，静力触探实验锥尖阻力５.２～１３ＭＰａ，侧壁阻力０.０４～０.０６ＭＰａ，渗透系数５.５×１０-３ｃｍ／ｓ～３.８×１０-４ｃｍ／ｓ。根据钻孔标准贯入实验：粉细砂在地表0～4ｍ内，标贯击数Ｎ＝2～５击，承载力建议值50～60KPa;4～8ｍ内，Ｎ＝5～12击，承载力建议值100KPa。

3.主要解决的问题叶尔羌河中游渠首工程场址区位于粉细砂层，经工程地基根据现场勘查（标准贯入实验），工程场址区粉细砂层地表以上０～４ｍ，标贯击数Ｎ＝２～５击，一般３击；４～８ｍ内，Ｎ＝５～１２击，一般８击。８～１１ｍ内，标贯击数Ｎ＝９－１５击。依据现场勘察数据进行计算，地基承载力符合设计要求，但土层存在地震液化问题。根据标准贯入锤击数法标准进行地震液化深度判别：当土层的标准贯入击数符合Ｎ６３.５＜ＮＣＲ时，该土层应判为液化土。标准贯入锤击数临界值按下列公式计算：NCR=N0［0.9+0.1(ds-dw)］3%ρc(ds15)

式中：NCR——液化判别标准贯入锤击数临界值；Ds——工程正常运用时标准贯入点在当时地面以下的深度（m）;dw——工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度（m）,当地面淹没于水面以下时，取0；ρc——土的粘粒含量质量百分率（%），当ρc＜3%，ρc取3%；N0——液化判别标准贯入锤击数基准值，取N0=6。根据标贯实验，对场址区河床及两岸粉细砂不同标贯结果分析和计算，工程液化深度在9-11m范围内，经评审确定液化深度为11m;根据如何在工程基础处理中解决好地震液化是中游渠首工程首要解决的问题。

4.设计方案4.1基础处理方案选择。根据《水闸设计规范》，设计考虑多种软弱沙基的处理方案：基础大开挖、水泥土搅拌桩连续墙围封、灌注桩钢性基础、振冲挤密砂石桩。针对中游渠首工程特性及经济技术比较后选择振冲挤密砂石桩方案；振冲挤密砂石桩处理软弱土的原理是在振冲器的重复水平震动和侧向挤压作用下，砂土结构逐渐破坏，进而砂土液化。由于结构破坏，土体由松变密，这样，砂土液化、砂土颗粒进行重组，最终都会使砂土的相对密度提高，达到砂土由液化土转变为不液化土。从而解决地基地震液化。4.2振冲挤密砂石桩桩径、桩距确定。中游渠首工程采用７５ＫＷ大功率振冲器施工，根据《建筑地基处理技术规范》（ＪＧ７９－２００２），采用７５ｋｗ振冲器布桩间距１.５～４ｍ。对荷载小或砂土采用较大间距，桩径通常为０.８～１.２ｍ，７５KW振冲器桩径可达０.９～１.５ｍ；工程施工前，进行振冲挤密砂石桩法试验，试验分别采用２.５ｍ、３ｍ、３.５ｍ、４ｍ、４.５ｍ、５ｍ、５.５ｍ、６ｍ８种桩间距；实验结果：成桩直径为１ｍ，桩间距2.5～5m范围内的桩间土地震液化问题已完全消除；且桩距根据标准贯入式试验检测及《建筑地基处理技术规范》（ＪＧ７９－２００２）分析，确定闸堰、上下游铺盖桩距为３.５ｍ，消力池、海漫、护坦桩距为５ｍ。4.3振冲挤密砂石桩桩长确定。根据场址区地震液化深度的判别，场址区工程主要建筑物基础液化深度为9～１１ｍ，根据《建筑抗震设计规范》桩长伸入非液化土１ｍ，故中游渠首地基振冲挤密砂石桩桩长为１２ｍ。

5.振冲挤密砂石桩施工5.1桩体材料。根据《水利水电工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T5214-2005）桩体材料宜采用含泥量不大于5%的碎石、卵石、砾石、砾(粗)砂、矿渣，或其他无腐蚀性、无污染、性能稳定的硬质材料。当采用碎石时，对于30KW振冲器，材料粒径宜为20～00mm,对于75KW振冲器，材料粒径宜为20mm～150mm。中游渠首工程采用砂砾石料。5.2工艺流程。对孔位、开水开电检查水压电压造孔清孔填料振密制桩完成5.3造孔。振冲器造孔速度不得超过2m/min；在粉细砂地层中造孔水压不易过大，否则会对孔壁进行冲刷，造成塌孔或孔径过大现象；造孔过程中应保持振冲器悬垂状态，以保证垂直成孔；当电流值超过电机额定电流时，应减慢或暂停造孔速度，待电流值下降后继续造孔，若孔口不返水，应加大输水量，造孔深度达到设计深度30～50cm时，应停止振冲器造孔，避免对基层原状土造成破坏；造孔过程中及时记录各深度的水压、造孔电流等的变化以及相应的时间，这些可以定性的反映出土的强度变化。当造孔达到设计深度时，即将振冲器提出孔口，然后下沉振冲器，往复2～3次，使孔口泥沙变稀，进行清孔，保证填料顺畅。5.4填料。振冲桩填料有强迫填料、连续填料和间断填料。由于中游渠首工程在粉细砂地基上，振冲桩成桩为上大下小的“胡萝卜”状桩体，在填料时，为了能使桩体填料充分，在7～12m位置采用强迫填料方法，孔口石料均处于满孔，在振冲器的作用下，使石料均匀填入孔底；0-7m采用连续填料方法，“少吃多餐”均匀连续下料，每次填料量0.3～0.5m3,填料深度每次不得大于50cm；5.5振密。振密是依靠振冲器的水平振动力将孔内的石料振密，还不断地将填料挤入孔壁土中，使桩径扩大。一旦桩周土的约束力与振冲器的振力相等，桩径就不在扩大。此时的振冲器电机的电流值迅速增大，当电流达到规定值时，控制系统及时发布信号。这时桩仍继续加密，当达到留振时间，控制系统再次发出信号，标志该段次的填料加密过程完成。再次提升振冲器50cm，重复振密，直至桩顶。

6.施工中质量控制振冲挤密砂石桩施工的质量控制可分为两个方面，一是数量方面；二是桩体质量方面，如施工中的用水、电、料的控制。6.1数量方面。桩数：施工技术人员在打桩前的准备工作中，应根据设计图纸布桩，并在每一桩位上插好桩钎。制桩作业时详细记录桩号、打桩数及施工情况。班后进行符合统计发现漏桩及时补打;桩长:可在振冲器上标出刻度，当造孔达到设计深度时，予以记录；桩位偏移控制：施工中指挥与吊车司机应精心操作，布桩时严格对准桩钎，偏差不得大于10cm。6.2桩体质量的控制。(1)振冲桩施工应严格控制水量、水压。水量需充足，使桩体孔内充满水，以防塌孔影响施工和成桩质量。但水量不宜过多，否则易将填料随水回流带出。(2)为了能顺利地填入振密，填料不宜过猛，每批不宜填太多，应采取“少吃多餐”的原则。(3)加密短长度不宜过长，通常每一加密段50cm。过长的加密段，填料过多，难以保证各处都能达到振冲密实效果，易产生漏振，达不到要求的密实度。

7.振冲桩成桩检测为尽早了解地基加固效果，并为最终单元工程的质量评定提供依据，本工程特委托新疆长江岩土工程勘察设计研究院有限公司进行质量跟踪检测。按照规范要求，检测试验应在振冲桩制作结束后，待桩体及桩间土超孔隙水压力基本消散后进行。本工程检测时间定为制桩完毕10天以后进行。7.1检测方法:振冲碎石桩的检测采用重型动力触探方法，每单元检测数量为本单元总数的2％，且不少于3根；桩间土的检测采用标准贯入法和原状土样的相对密度试验法，检测点位数取单元桩体总数的3％，且不少于4点。7.2检测标准：桩间土相对密度应达到≥0.75；单元工程质量等级以桩体和桩间土检测合格率达到85％为合格，达到90％为优良。不同深度桩间标准灌入试验法检测临界值如下表1表1埋深(m)Ncr(锤击数)1~5m11.26~7m12.88~9m14.410~11m1612m14.47.3检测结果：桩间土、桩体分别进行了标准贯入试验和超重型动力触探试验，通过室内计算分析，该场区地基土经振冲挤密砂石桩处理后已消除了地基土的液化现象，桩体在水平方向上较为均匀，在垂直方向上较为密实、连续性好，并随着深度的增加，密实度逐渐增大。单元工程质量达到优良等级的占单元总数的90％，单元工程质量达到合格等级的占单元总数的100％。地基处理后的相对紧密度满足地震Ⅶ度设防抗液化的要求，达到了设计所预期的效果。

8.经验由于中游渠首工程场址区位于粉细砂河床上，地基处理较为复杂，在振冲桩施工过程中，造孔深度达到7-8m位置时，孔口出现不返水的现象，也因为此中情况的发生，容易产生塌孔、“卡钻”等，在施工过程中认真分析，在振冲器两旁加两到输水管补水，使水量充分，起到非常好的效果，方便的施工又提高了进度。

9.结论叶尔羌河中游渠首工程采用振冲挤密砂石桩进行抗液化地基处理，通过施工及检测结果证明：振冲法处理是正确和合理的，对粉细砂基础进行抗液化处理，采用振冲法可以认为是首先的最优方案。

［文章编号］1006-7619（2010）04-08-273