深厚砂層地基振沖灌漿加固處理技術(shù)研究

深厚砂層地基振沖灌漿加固處理技術(shù)研究,深厚,砂層,地基,灌漿,加固,處理,技術(shù)研究 鐵道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章編 號：1 0 0 3-1 9 9 5(2 0 1 0)0 5-0 0 9 0 0 3 深厚砂層地基振沖灌漿加 固處理技術(shù)研 究 劉海軍(吉林省現(xiàn)代城建軌道交通勘察設(shè)計院有限公 司，長春 1 3 0 0 3 1)摘要：針對福堂水電站 閘基混凝土防滲墻成槽施工遭遇深厚砂層，強度較低及施工過程基坑難以成形等 難題，依據(jù)地基處理理論及技術(shù)方法，結(jié)合 閘基砂土實際情況，分析得 出了砂土地基 內(nèi)摩擦角應達 2 2。以上、壓縮模 量應 大于 2 2 MP a等強度指 標。據(jù) 此提 出了深厚砂 層 地基振 沖 灌 漿處理 技 術(shù)方 案，確 定 了 振 沖碎 石樁梅 花形布 置且 間排 距 1 5 2 0 m(平均 間排 距 1 7 I I 1)、振 沖深度 為 3 1 5 I l l 以及每 m 碎 石 填料為 0 9 m 等參數(shù)。地基處理后監(jiān)測結(jié)果表明，地基承載力特征值這 2 3 0 k P a，變形模量為2 5 MP a，文克爾系數(shù)為0 0 1 9 N ra m 。深厚砂土的各力學指標及地基承載力得到 了顯著提 高，完全可以滿足工 程 實際需要。關(guān)鍵 詞：振 沖碎 石樁振 沖灌漿地 基加 固 中圖分類號：T U 4 7 2 3 5；T U 4 7 2 3 1 文 獻標識碼：B 0 引言 對于在砂土特別是厚層砂土地基中修建結(jié)構(gòu)物，大都困難重重，經(jīng)常會導致基坑不能成形或 即使成形 也不 穩(wěn)定，容易 出現(xiàn)垮塌事 故。福 堂水 電站位于 四 川省阿壩藏族羌族 自治州汶川縣境內(nèi)的長江一級支流 岷江中上游，設(shè)計裝機容量 3 6 0 MW。閘址距汶川縣 城 1 5 k m，最大閘高 3 1 m，閘長 1 8 7 I T I。閘基防滲采用 混凝土防滲墻，墻軸線長 1 9 5 8 1 m，墻深 1 8 4 5 m，直 線工期 1 2 0 d。依據(jù)壩址地質(zhì)條件和壩體形狀與尺寸、壩體土體 自重及其承受的附加應力，綜合正常設(shè)計及 施工技術(shù)，在澆筑防滲墻時必須采取開挖置換 的方法 進行地基處理。但是，如果在揭露出深厚砂層過程中，開挖 至厚 砂層地 下水位 以下 時，再采 取 置換 處 理 已不 現(xiàn)實：一是不能確保工期，二是成本太高，三是壩體安 全 與穩(wěn)定 得不到保 證。福堂 水 電站 閘基 防 滲墻 軸 線 0+0 9 00+1 1 0 0 段 出現(xiàn)面 積為 5 0 0 m ，厚 31 5 1T I、寬 約 2 0 m 的深厚 砂層，且大部分砂層處 于地下水位 以下。河床地層結(jié) 構(gòu)有 3層，具體如下：填土層：灰色、褐色，松散至稍 密，主要 由山坡土組成，含有碎石和大量黏土，層厚 1 3 m。粉質(zhì)黏土層：黃褐色，砂及粉質(zhì)土層，系堰塞 湖相沉積物，一般厚 31 5 m，透水性微弱。松散砂 收稿 日期：2 0 1 0-0 1 1 8；修回 日期：2 0 1 0-0 3-0 3 作者簡介：劉海軍(1 9 7 6 一)，男，內(nèi)蒙古通遼人，工程師。卵石層：卵石含量約 占 5 8 ，其余大部分為灰褐 色的砂粒，砂粒徑為 0 2 3 0 fi l m，承載力較低，遇水 易液化，厚度為 1 0 2 0 m。從施工實踐看，在上述厚砂層特別是在地下水位 以下開挖并澆筑防滲墻時，砂層都會 出現(xiàn)流態(tài)并且基 坑垮塌嚴重，基坑成形困難，嚴重影響大壩的穩(wěn)定和工 程建設(shè)的安全、質(zhì)量與工期。因此，必須研究出更為合 理及可行的閘基防滲處理方法和技術(shù)，才能確?；炷?土防滲墻成槽施工順利、安全，并完全達到閘基承載力 要 求。1 加 固處理方案分 析 1 1 處理 后壩體 強度 要求分析 因砂 土 的粘 聚力 基 本 為零，其 內(nèi)摩 擦 角 等力 學參 數(shù)和強度指標均較差，必須增 大砂土地基的強度并適 當降低其可壓縮性。依據(jù)地基處理理論要求，結(jié)合 厚層砂開挖難以成形的實際情況，選擇振沖碎石樁作 為散體材 料樁。利用碎 石置換 砂土 以及通過 擠密土 體 而形成較高強度的樁柱體，來提高承載力并減小沉降，從而加固砂土，使得基坑能夠成形且穩(wěn)定。由電站大 壩設(shè)計規(guī)模及成壩后 的蓄水高度分析，結(jié)合河床基礎(chǔ) 承載要求與沉降允許范圍，經(jīng)振 沖加密處理后 的復合 地基壓縮模量和抗剪強度等指標應比原土層有較大提 高。在振沖后，內(nèi)摩擦角提高到 2 3。以上，壓縮模量應 大 于 2 3 MP a，復 合地基 承載 力須 大于 2 0 0 k P a，并 具 有 抗液化能力，才能滿足壩體承載力要求。2 0 1 0年第 5期 深厚砂層地基振 沖灌漿加 固處理技術(shù)研究 9 l 1 2處 理方 案分析 振 沖設(shè) 備 選擇 適 合深 層砂 粒 地層 振 沖處 理 的 1 0 0 k W振沖器。振沖器具有穿透力強、造孔速度快、“抱孔”現(xiàn)象少且成樁深度 大等優(yōu)勢。按地基加 固技 術(shù)，得出具體設(shè)計方案及其參數(shù)如下：1)振 沖碎 石 樁 的 間排 距 為 1 52 0 m，平 均 間 排距 1 7 m，按梅花形布置；2)振 沖 深 度 以 穿 過 深 厚 的 砂 層 為 原 則(3 1 5 IT I)，個 別孔 深達 2 0 0 m；3)孑 L 位 誤 差不 大 于 1 0 c m，密實 電流 為 8 0 1 3 0 A，留振 時間 為 1 01 5 S，加 密段 長 0 5 1T I，填 料粒 徑 為 2 0 4 0 mm。4)振 沖加 固后 地 表 1 m 左 右 范 圍 內(nèi) 由 于 上部 壓 力小，密實 度不易 保證，作 挖除處 理。2加 固處理施工及其效果分析 施工過程中，振沖加 固地層 的順序視 土質(zhì)和現(xiàn)場 條件 而定，一般可 由里 向外 施 工 或 由一 邊 向另 一邊 順 次進行 施工。由于福 堂 水 電 站地 層 條 件 較 差，并 且 在 振沖加固范圍附近有易受振沖影 響的坡體，因而采用 鄰近坡體的一邊 開始施工，逐步 向遠 坡體方 向推移。福堂 電站砂 層處 理施工 中，制作 碎石 樁 4 4 1根，平 均樁 長 1 3 5 m，總 進尺5 9 5 3 5 m，每 1I 1 平均 填 料 0 9 m ，共 回填 碎石5 4 0 0 m ，獲得 了較 好 的效果。2 1施 工工 藝及流 程 施工工藝及流程為：確定孔位一 吊車 和振沖器就 位一啟動振沖器一振沖器沖貫入地層直達設(shè)計深度一 下入填充料(二級配碎石)并 自下而上分段振沖密實 一全孑 L 加固結(jié)束形成樁后一 固結(jié)灌漿一孔位轉(zhuǎn)移，具 體 見 圖 1。圖 1施 工 工 藝 流 程 2 2振 沖施工 1)造孔：振 沖器貫人地層造孔時，振 沖時 的水壓 大小 主要取決 于地層情況，一般保持 0 0 3 0 0 8 M P a，貫入速 度一般在 1 2 m m i n 內(nèi)，振沖造孔施工見圖2。圖 2振 沖 造孔 施 工 2)填 料：采 用 自下 而 上 邊 振 動 邊 填 料 的方 法，從 孔 口四周 均勻 下料，填料 時保 持小水 量供 給，使 填料 處 于飽和狀態(tài)。當填料粒徑較大時，將振沖器提 出孔 口 再加填料，每次加料數(shù)量不超過成樁面 0 5 m，填料后 保證 振 沖器能 貫人 到原 提起 前深度，防止 發(fā)生 漏振。3)振 密：振 沖樁 的 密實 程 度 以振 沖器 電機 工 作 時 顯示 的 電流 為控 制 標 準，福 堂水 電站 砂 層 中使 用 1 0 0 k W 振沖器施工，當電流值達到 8 01 3 0 A時為振沖 密實。4)灌漿：振沖完畢后，采用 0 5：1 0的純水泥漿進 行充 填式灌 漿 處理。因振 沖時 填人 了級 配 料，在 灌漿 時能順利灌入水泥漿液，整個砂及級配料形成一個二 級配混凝土實體，能達到混凝土 防滲墻成槽及壩基承 載力 要求。5)施工質(zhì)量控制：影 響振沖施工質(zhì)量的主要 因素 包括制樁電流、加密段 長度、留振時間、填料量等。由 于工程設(shè)計要求比較高，施工難度大，故針劉在該地層 中的粉土 樁體 不易 密實 的 問題，采 取 了適 當提 高 制 樁 電流、延長留振時間、減 小加密段長度、孔位的偏差控 制等相應措施，以保證該土層部位樁體的密實度，從而 確保 振 沖施工 質(zhì)量。2 3加 固效 果 檢測 與分 析 砂土 處理后，測 得相 對密度 由 5 3 提高 到 8 0 以 上，為原 始 密 度 的 1 5 0 9 。另 外 依 據(jù) 檢 測 技術(shù)，采用 標準 貫人試 驗、靜 力 承 載力 試 驗 以及 局 部 開 挖 檢 查等方法，在施工 7 d后對福堂電站砂層處理效果進 行 了檢測。1)標準貫人檢驗：振沖施工完畢后，對部 分振沖 樁進行 了標 準 貫 入 檢 驗。在 此 僅 列 出 5 4 孔 標 準 貫 人檢驗結(jié)果，見表 1。由表 1可知，經(jīng)振 沖后，壩基砂 層 平 均標貫 數(shù) 由 1 2 5擊 提 高 到 3 7 8擊，為 原 來 擊 數(shù) 的 3 0 2 4 ，大 大增強 了地 基 承載力。9 2 鐵道建筑 表 1 5-4。檢查孔標準貫入檢驗成果統(tǒng)計 5 4 檢查孔采用圓錐形動力觸探(重 型)方法檢查，錘重 6 3 5 k g，落距 7 6 c m。2)復合地基 承載力試驗：振 沖施工完畢后，對 3 根樁進行了單樁復合地基承載力試驗，試驗結(jié)果見表 2。由表 2 可 知，加 固 處 理 后，地 基 承 載 力 平 均 達 2 3 1 5 k P a，最大沉降為 5 2 1 3 m m，達到設(shè)計要求。表 2加固后地基 承載 力試驗結(jié)果 3)復合地基變形模量及文克爾 系數(shù)(即基 床系 數(shù))分析：依據(jù)文獻 8 ，對加 固后地基變形模量進行 分析，結(jié)果見表 3。由表 3可知，在相同參數(shù)條件下，因散粒體構(gòu)成碎石樁使其密實度受到較大影響，試驗 得出的變形模量差異較大，符合實際情況。表 3 計算 分析結(jié)果 4)復合地基承載力分析結(jié)果見圖 3。從 圖 3可 知，1 1-5 樁的復合地基載荷試驗 P S曲線沒有 明顯拐 點，與復合地基的工程特性相符合。依據(jù)載荷試驗結(jié)果，綜合其他檢測方法得 出的試 驗數(shù)據(jù)，分析出復合地基承載力特征值為 2 3 0 k P a，復 合地 基 變形 模 量 為 2 5 MP a，文 克 爾 系數(shù) 為 0 0 1 9 N mm 。說明采用振沖灌漿加固后，砂土的各力學指 標得到較好的改善，樁體密實度 良好，地基承載力得到 g E 世 避 荷載P k N 圖 3 1 1 5 樁的復合地基 荷載試驗 P S曲線 了較大 的提高，完全可 以滿足 工程 實際需要。3 結(jié)論 1)福堂 水 電站 閘基砂層 抗震 加 固工 程表 明，對砂 土特別是厚砂層采用振 沖灌漿加固處理方案是切實可 行 的。施 工 中采用 的碎 石樁及 其 布置參 數(shù)，以及 每 I n 用碎石填料 O 5 m ，可使砂土的各項力學指標得到較 好的改善且樁體密實度良好。地基承載力得到了顯著 提高，可確保電站閘基混凝土防滲墻成槽施工，完全能 夠 滿足 工程實 際需要。2)應用 1 0 0 k W 振 沖器在振 沖施工 中具有 較大 的 優(yōu)越性，施工效率大幅提高，對碎石樁及樁間土加密效 果顯著增強，并能解決部分土層中因含大塊石而無法 成 孔 問題。3)因砂土地基本身及施工條件的復雜性，采用振沖 灌漿方法對其加固處理，還須對碎石樁規(guī)格、樁位參數(shù)、填料量及其對砂土地基強度的影響進行進一步研究。參 考 文 獻 1 王峰振沖法加 固軟土地基 的設(shè) 計、施工及其發(fā)展 J 江 蘇建筑，2 0 0 9(4)：7 0 7 3 2 李增華振 沖碎石樁 加固鐵路 路基 的設(shè) 計與應 用 J 鐵 道建筑，2 0 0 9(1 2)：8 9 9 1 3 鮑德松，于洪 剛，張全勇振沖碎 石樁技術(shù)在地基處 理中的 應用 J 巖土工程界，2 0 0 9，1 2(1 1)：3 1 3 3 4 楊玉春，郜玉 虎，孫艷 春振 沖法加 固地基 設(shè)計 J 黑 龍 江水利科技，1 9 9 8(1 4)：6 1 6 3 5 龔 曉南地基處 理新技術(shù) M 西安：陜西 科學技 術(shù) 出版 社，1 9 9 7 6 唐 賢強 地基工程原位測試 技術(shù) M 北京：中國鐵道出版 社，1 9 9 3 7 馮偉，王俊杰，楊偉 哈達山工程 土壩砂土振 沖加密試驗 檢 測分析 J 資源環(huán)境 與工程，2 0 0 9，2 3(5)：6 6 3-6 6 6 8 中華人 民共和 國建設(shè) 部G B 5 0 0 2 1-9 4 巖土 工程勘察 規(guī) 范 S 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1 9 9 5 (責任審編趙其文)鉈 攜