振冲桩在病险水库基础处理中的应用

振冲桩在病险水库基础处理中的应用
汪海洋1，谢新生1，岳桃丽2
1.四川大学水利水电学院，成都（6100651）；
2广东省罗定市水务局，广东罗定（527200）
E-mail: wanghaiyang111@
摘要：本文介绍了振冲桩法的原理，适用范围等特点，并以潘家地水库为例说明振冲桩法在该病险水库基础处理中的应用, 同时概叙了振冲桩的设计间距，布置范围及施工工艺，结果表明坝体振冲后，强度普遍提高，抗液化能力得到提高。

振冲桩和基础结合形成复合地基，提高地基的承载力，达到加固效果。

关键词：振冲桩；病险水库；基础
1前言
我国在50－80年代修建的很多中小型水库，其中有不少水库是修建在砂卵石地基上的，修建时又缺乏必要的水文，地堪资料，设计施工技术又比较落后，存在各种潜在病险危害。

振冲法加密砂基，使坝体和坝基孔隙率减小，密实度得到提高，提高坝体的抗滑安全系数。

2振冲桩法在水库除险中的应用
振冲桩是指用振动水冲法在土体内设置的散粒桩体(granular column)。

挤密桩是指用套管藉冲击或振动方法沉入地基中,然后边加填料边上提套管制成的桩体。

用砂做填料就是挤密砂桩[1]。

砂卵石地基上的土石坝经过振冲后，孔隙减小，密实度得到提高，凝聚力也有显著提高，增加了安全储备系数。

2.1振冲原理
振冲法加密砂基的原理是在振振冲法加固的现场试验采用振冲器产生的振动能量向外辐射传播,使其附近的饱和砂土地基产生振动孔隙水压力,导致部分土体液化,土颗粒重新排列,趋向密实而达到振密作用,从而使加密后的砂土的强度获得明显提高[2]。

振冲液化压密原理（浮振作用）介绍如下：
在振动水冲作用下，砂土发生液化的条件：○1土体饱和或近于饱和，从使土粒具备悬浮、漂沉的条件；○2使砂土失去强度，每一砂土颗粒能较自由运动。

砂土抗剪强度表达式：τ＝(δ-μ)tanφ=δ(1-γμ)tanφ
式中：τ-砂土抗剪强度；δ－正应力；μ-超孔隙水压力；
φ-砂土内摩擦角；γμ－孔隙水压系数，γμ=μ/δ。

从上式可以看出μ→δ，即γμ→1.0，τ→0。

根据工程实测资料，振冲作用完全可能使μ→δ或τ→0，这就振冲液化的理论依据。

振冲法是今后砂卵石地基处理，加固病险堤坝工程的既经济又简便的施工方法.另外深厚不饱水的碎石层中，振冲能够取得满意效果[3].
2.2振冲实用范围
挤密砂石桩法适用范围较广，既适用于松散砂土、素填土和杂填土、砂卵石等地基，也适用于部分粘性土，而且设备简单，施工方便[4]。

其对砂土的加固机理为挤密，对粘土的加固机理为置换，经该法处理后，地基的承载能力得到提高。

适用于振冲得颗粒级配曲线见图1。

图1 适用于振冲得颗粒级配曲线
图1是适用振冲挤密的颗粒级配曲线范围。

当被加固的地基土的颗粒级配曲线全部位于b 区时,挤密效果最好(级配曲线全部位于c区时，挤密有困难(级配曲线位于a区时，挤密加固不经济）。

3工程实例
3.1 工程概况
潘家地水库位于云南省云县城东南方向的大寨镇慢赖村北面9km。

在流域上，潘家地水库属于澜沧江流域。

水库兴利库容113.1万m3，死库容4.67万m3，属小（一）型水库。

坝体填筑质量低，坝体有不均匀沉降现象，在运行中曾有地震导致坝体出现大面积坍塌和多条裂缝，最大裂缝深达16m。

试验表明坝体填土的干密度在1.40~1.89g/cm3之间，部分值过低，坝体压缩系数为0.32，虽属中等压缩性土，但因填筑压实不均匀，大坝适应变形能力和抗震能力较差。

坝体土料的饱和度的大值平均值达93.2％，超过90％，对于无粘性土的坝体存在一定程度局部液化的可能。

大坝坝体存在一定程度的局部液化，潜在液化区大致以坝轴线为对称中心，液化区面积约占坝体的1/3。

经分析论证抗液化处理决定采用振冲挤密砂石桩的方法进行除险加固。

3.2 坝体振冲设计
挤密砂石桩的设计要根据当地的地质条件、建筑材料进行详细的经济技术比较来确定桩型、桩径、桩长和桩间距等设计要素[5]。

3.2.1桩长的确定
桩长应穿透加固土层，条件允许时，可进入基础硬层一定深度。

桩长应≥4m。

处理液化土层时，应满足有关规范的要求。

3.2.2桩体材料的选择
桩体材料可根据当地条件和土层的工程性质来定，考虑挤密作用时，选择工程性质优于土体的价格便宜的碎石或级配的砂石料，能够充分发挥桩体的特性，提高排水性能。

依据《地基处理手册》，桩体材料粒径取为5mm。

3.2.3桩径和桩距的确定
根据地堪报告；潘家地水库大坝筑坝材料为粗纱。

桩径的确定依据《地基处理手册》介绍的方法计算, 桩型布置为三角形，桩距取为5m.
振冲孔间距计算方法如下：
d =，0101(1)()(1)(1)p
e e e V e e +−=
++
d--振冲孔间距(m)； a--系数，正方形布置为1，等边三角形布置为1. 075。

Vp--单位桩长的平均填料量，一般为0.3一0.5m3；
v--原地基为达到规定密实度，单位体积所需的填料量;
e o --振冲前砂层的原始孔隙比； e p --桩体的孔隙比;
e 1--振冲后要求达到的孔隙比。

经计算桩径取为 0.8m.
3.2.4振冲桩布置范围
振冲桩布置在上游潜在的液化区范围，振冲孔三角形布置，间距5m ，振冲深度为4-18m ，振冲总进尺深度2500m 。

3.3振冲桩法施工工序
碎石桩施工根据建筑地段，按基础大小布置打桩机，较小建筑物采取单机顺排推打，较大建筑物采取双机退打的施工顺序，同一建筑物使用通型机具。

施工顺序可采用：顺排退打、隔排跳打和帷幕法。

施工工艺见图2。

图2 振冲桩法施工工艺流程图
3.4施工注意事项
振动沉管砂石桩施工应注意以下几点：．
(1)详细研究试验报告，参考试验桩施工的参数选用施工设备，确定施工工艺。

(2)无经验地区，正式施工前，应进行试打，试打桩数一般为7～9根，以验证施工工艺
和质量能否满足设计要求，便于改进工艺或修改设计参数。

通过试打，便于确定充盈系数，进而确定投料量。

(3)正式施工时，应严格按照设计指标，确定提管高度和速度、反插次数和留振时间、电机的工作电流的变化规律等施工参数，以便于保证桩体的密实度、桩体连续性和均匀性。

同时，也保证了整个建筑物地基的均匀性和加固质量。

(4)应保证设备平稳，导架垂直，垂直偏差<1.5 ，成桩桩位与设计桩位偏差<50mm，桩径偏差控制在一20mm 以内，桩长偏差≤lOOmm。

(5)投料量不应小于设计值的95 %。

材料应满足设计要求，同一建筑物使用同一规格的材料。

4结论
振冲适用于松散砂土、素填土和杂填土、砂卵石等地基，也适用于部分粘性土。

坝体经过振冲法处理后，地基的承载能力得到提高。

利用振冲法振密坝体代替辗压方法,提高土石坝的强度，为今后的施工提供了宝贵的经验。

参考文献
[1] 盛崇文. 振冲桩、挤密桩和石灰桩[J], 岩土工程学报，1988,06。

[2] 赵清.振冲在红山水库坝基抗震加固工程中的应用[ J], 内蒙古水利, 2000,01。

[3] 董丽.黄泥堡水库坝体除险加固初探[J], 中国农村水利水电 , 2000， 11。

[4] 苏梦麟. 松华坝水库主坝后坡的振冲加固[J], 水利水电技术，1995年，06
[5] 韦伟，王卫华. 昆都仑水库加固工程坝后坡脚振冲加固[J]，水利水电技术，1995，06。

The Application of Vibro Cast Pile in Dangerous Reservoir’s
Groundwork
Wang Haiyang1,Xie Xinsheng1,Yue Taoli2
1. College of Water Resources &Hydrowpower,Sichuan University,Chengdu(610065)
2. The institute of design in LuoDing sity of Guang Dong, LuoDing,Guang Dong(527200)
Abstract
The properties and range of vibro cast pile is introduced in this paper,and the application of it is illuminated taken an example of dangerous reservoir of Pan Jadi，meanwhile giving a summary of the design of Vibro Cast Pile’s characteristic .The resuilts show that the strength of dam is improved a lot after vibrocasted ,and the anti-liquefaction’s ability is also improved.
Keywords: Vibro Cast Pile;Dangerous Reservoir;Groundwork
作者简介:
汪海洋（1983－），男，湖北随州人，硕士研究生，从事水工结构方面的研究。

谢新生（1958－），副教授，四川自贡人，从事水工结构和水电项目建设管理的研究。

岳桃丽（1984－），女，助工，湖北天门人，从事水工结构和农田水利方面的设计和研究。