水利学报
SHUILI XUEBAO 增刊
文章编号：
王丰张贵华
（长江三峡技术经济发展有限公司溪洛渡监理部，云南永善 657300）
摘要：水牛家水电站大坝为碎石土心墙堆石坝，为防止坝基不均匀沉降和提高渗透特性，增强第②层土的抗剪强度，需对坝基进行处理，但因含有大量的卵砾石，局部存有漂孤石，振冲器自行无法造孔成桩，施工中采用了冲击钻造孔后下人工级配碎石料振冲器加密成桩的新工艺，该施工工艺结合了灌注桩和振冲桩的施工特点，解决了在漂孤石等基础中采用振冲法直接成桩的施工困难，在国内的水电行业中，具有广泛的运用前景，可供类似工程借鉴。 关键词：灌注碎石振冲桩；填料量；留振时间；加密电流
1 前言
目前，国内水利水电行业坝基处理中，普遍采用冲击钻造孔后灌注混凝土桩工法或振冲器直接造孔成桩工法，均具有不同的施工特点。基于此，本文从工程实际出发，对两种工艺进行了综合，吸取各自之长，成功运用在了漂卵砾石坝基处理中，既解决了振冲器自行无法成孔，又可满足坝基渗透特性，具有技术可行，经济合理的工程特点。因此，研究和总结灌注碎石振冲桩在漂卵砾石坝基处理中的运用具有十分重要的理论和现实意义。
2 地质概况
水牛家水电站系涪江上游左岸的一级支流火溪河梯级开发的“龙头”水库电站，总库容1.435亿立方米。拦河大坝采用土质心墙堆石坝，坝顶轴线长317m，坝高108m。堆石坝坝址工程区地震基本烈度为Ⅷ度，区内河谷较狭窄，呈不对称“V”型，两岸基岩裸露，其坝基基岩为震旦系上统木座组第五段（Z25）地层，岩性主要为变质石英砂岩与板岩互层。据河床钻孔揭示，河床覆盖层主要为崩坡积、洪积的块碎石土及冲积的含飘（块）砂卵砾石层，厚14.18-30.36m，自下而上（由老至新）划分为三层。
①层：含漂卵砾石（alQ41），分布于河床底部基岩面之上，以冲积成因为主，一般厚度0.72～9.85m，结构较紧密。漂卵砾石成分主要为砂岩、硅质岩和板岩，卵石含量20～35%，砾石含量45～70%，局部漂（块）石含量达15%左右。
②层：含卵（碎）砾石土（al+plQ42），黄～灰黄，分布于河床中下部，为冲积和洪积混合成因。一般厚度12.47～20.85m。卵砾石成分主要为板岩、砂岩和硅质岩，卵石含量约占20%，砾石含量30～40%，砂土含量40～50%，局部含漂块石且分布不均。
③层：含漂砂卵砾石（alQ43），为河床冲积层，分布于河床表部、漫滩与Ⅰ级阶地。一般厚度5.40～
8.10m。漂卵石成分以砂岩、硅质岩为主，其次为板岩、灰岩。卵石含量15～20%，砾石含量60～70%，砂含量15～20%，局部细颗粒偏多，结构松散～较紧密。
收稿日期：
作者简介：王 丰（1979-），男，重庆，助理工程师，主要从事水利水电监理工作。E_mail:wang_feng66@sina
坝基土体各层主要物理力学性质见表1。
表1 坝基土体主要物理力学性质
层第②层渗透系数K=5.49×10-4
～4.62×10-2
cm/s ，属中等透水。室内渗透变形试验成果显示：渗透系数K=3.09×10-6～1.07×10-5cm/s，透水性弱。
3 坝基处理目的
考虑到施工期随着坝体快速上升或地震期动力反应，第②层将形成超孔隙水压力，长期难于消散，影响坝体稳定；同时，随着②层孔隙水压力的消散，坝基将产生固结沉降；在施工期和运行期受坝基固结沉降的影响，心墙不仅要产生附加沉降，而且要产生较大的不均匀沉降，从而导致心墙产生各种裂缝，危级大坝的防渗透安全。为此，决定对大坝碎石土心墙部位基础采用振冲桩进行处理。
但因施工区域含有大量的漂卵石，局部存有漂孤石，经生产性试验发现振冲器无法自行造孔成桩，决定改用冲击钻造孔后下级配碎石料振冲器加密成桩的新工艺。
4 坝基处理经过
4.1处理范围不倒翁为什么不倒
堆石坝碎石土心墙部位河床覆盖层基础，即桩号：（坝）0-030m ～（坝）0+035m 。处理分为三区，其中Ⅰ区为0-030m ～0-010m ，Ⅱ区为0-010m ～0+010m ，Ⅲ区为0+010m ～0+035m ，同区相邻孔位采用跳打法。 4.2施工参数
桩体间排距3.0m ×3.0m ，梅花型布孔，孔位布置详见图；造孔直径≥80cm ；孔深到第②层底部，最大达28m ；孔位偏差≤±5cm ；孔斜率不大于6‰；洗孔水压力不小于0.4Mpa ；洗孔合格标准：洗孔时间不小于10min ，孔内返出稀释后粘 土泥浆密度小于1.05g/cm 3
、孔底淤积≤10cm 、含 沙量≤5%、粘度≤30s ；制桩水压0.4Mpa ；加密电 流90A ；加密段长50cm ；留振时间6～8s ；填料采 用二、三级配按照比例为3:2的人工碎石混和料制备。
说明：图中单位以厘米计。
孔位布置图
4.3 冲击钻造孔
造孔选用CZ-22型冲击钻机，配备十字钻，空心钻等钻具，孔径Φ80cm，护筒直径Φ100cm，护筒埋入工作平台以下1.5m，工作平台以上留0.2m。造孔选用优质粘土泥浆固壁，抽筒清渣的传统方法。施工中尽量缩短了造孔时间，减少了泥浆的用量（每m约0.38m3），有效防止了较多的泥浆渗入地层，影响渗透特性。新制粘土泥浆主要性能指标见表2。
表2 主要性能指标
根据施工前期坝基位置布置的9个复勘孔资料确定单孔终孔深度，并每钻进2m采用“重锤法”测量一次孔斜。及时检查补焊缺损钻头，确保孔径达到80cm的要求。
在钻孔过程中，对固壁泥浆漏失量及泥浆净回收量作详细测试和记录，当发现固壁泥浆漏失严重时，在固壁泥浆新性能指标基本满足设计要求的前提下，采用加入锯末堵漏和补浆的办法，并适当减缓钻
进速度。
4.4 清孔
坝基第②层透水性较小，先采用抽筒将绝大部分泥浆抽出孔外，且在振冲填料过程中，利用骨料向孔壁的挤压作用破坏孔壁泥皮，同时用大流量（80L/min），水压0.4 MPa的冲洗和稀释作用将余下的泥皮予以清除。清孔后将水压和水量减少到维持孔口有一定量回水，不能使大量细颗粒被带走。
从桩体开挖（高程2168.5m开挖至2166.0m）情况来看，施工场地无残留泥浆及废弃粘土，残留在桩体及桩间土内的泥浆为极少部分，说明用此法清除孔壁泥皮是成功的。
施工中做到了造孔后立即清孔、制桩，否则将造成孔底充满粉细砂，泥浆固壁效果差，易出现塌孔。清孔必须清到底，否则底部桩体将充满清孔下来的表层黏性土和粉细砂，即使它暂时能承受加密电流的振荡力，但时间一长，随着孔隙压力的消散和桩体与周围土粒的重新分布，其强度也自然要降低，并且桩体的透水性和排水条件也难以保证。
4.5 填料加密
填料采用连续均匀填料为主、间隔填料为辅，填料选用额定斗容量为1.5m3的装载机运料。并根据桩孔的实际情况按照“少吃多餐”的原则每次控制在0.3～0.5m3，且从振冲器周围徐徐入孔，均匀下料，bac5
且填料后必须保证振冲器能贯入到原提起前深度，以防止漏振。
加密选用ZCQ-75或ZCQ-100型大功率振冲器，以冲击式加密电流方式进行加密。加密时先对孔底进行留振，保持振冲器距孔底30～50cm，并在该加密段长内上下活动振冲器，当加密电流达到90A并留振到6～8S后，再将振冲器提升50cm，如此循环往复直至桩顶。桩顶加密完成后，进行一次复振，并对桩头薄弱部位进行处理。如果电流达不到密实电流，则需要提起振冲器向孔内倒一批料，然后下降振冲器继续进行振密。若发现下料通道堵塞，可将振冲器提至孔口1m左右，再慢慢下降至需加密深度，往复数次，直至正常。
整个加密施工过程中的加密电流、留振时间均由自动化的控制柜控制。施工前将各标准值输入控制柜，当施工参数达到设计要求后，控制柜将以响铃的方式给予警示，以便作业人员及时做出相应的操作。工程监理企业资质管理规定
本工程制桩进尺10206.7m（按设计要求每桩超制1m），填料总量9380.5m3，平均每延米填料0.92m3。
按成桩后形成1m 桩径计算，扩孔系数为1.17。
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5.1质量检测项目
灌注碎石振冲桩在成桩14d以后，共选取了6组孔位分别对桩体和桩间土进行了质量检测，主要检测内容为：①通过N120超重型动力触探对桩体及桩间土质量进行检测，测试其C、φ值并估算承载力；
②通过钻孔水文地质试验（常规注水试验、井中测流试验），分别获取桩体和桩间土的渗透系数K；③通过载荷试验检测碎石桩桩体及桩间土的承载力和压缩模量、变型模量。
5.2 检测方法
超重型动力触探测试：采用XY-150型钻机进行超重型动力触探试验（N120）连续系统测试，以评价桩体及桩间土的密实程度和均匀性，同时估算其承载力。
镍网水文地质试验：采用常规注水试验和井中测流（TKA型井中流量仪）技术在回转孔内进行水文地质试验，以获得桩体和桩间土的渗透性系数K。
静载荷试验：2000kN油压千斤顶，0.4级0～60MPa精密压力表。检测碎石桩桩体及桩间土的承载力和压缩模量、变型模量。
5.3 检测结果
处理后的动力触探承载力较处理前承载力明显提高（超过处理前1.15倍）。
处理后的桩体渗透细数较处理前原土层提高6倍以上（除6号点位的k值为18.758m/d外，其他点位k值均>20m/d）；桩间土k值较处理前提高3～5倍。
处理后的桩间土c值为0.03MPa，与原土相当；φ值为26～30º较原土提高3～5°。
碎石桩单桩承载力分别为500kN、630kN，压缩模量为56MPa，73MPa。桩间土承载力分别为410kN、620kN。压缩模量为54MPa、36MPa。
6 经验与建议
（1）当填料数量出现异常时，认真分析原因，开始阶段加的料超过理论计算料是因为有相当一部分从孔口向孔底下落过程中被粘留在各深度的孔壁上，只有少量落到孔底。若必要时可适当改变加密电流、留振时间，以保证工程质量。
（2）振冲桩是在已造孔内逐段加填碎石料，分节加密而成的。加密时间的长短成为桩体密实程度的主要因素。但在实际施工中发现，振冲器携带石料未达到加密段顶头时就达到加密电流，自动控制加密时间装置就开始计时。这样加密时间不足，导致桩体的密实度达不到设计要求。我认为产生原因一是连续填料，二是填料量过大。因此，要充分清孔控制填料量，发现振冲器在未达到加密段顶头时，
不能以自动装置来计时，应由人工计时，使实际加密时间达到本工程设计要求的8s。
（3）本工程地基的地下水位较高，地层透水性强，对灌注碎石振冲桩施工造成了较大影响。因此，在类似工程中需妥善处理好基坑围堰的闭气工作。
（4）泥浆不仅有护壁的作用，而且还有携渣和冷却钻具的作用，因此在造孔前应选用优质粘土或膨润土。否则，对钻孔、清孔和制桩均造成较大困难。
（5）在清孔时应将射水口对准孔底，禁止直接对孔壁进行冲击。
（6）灌注碎石振冲桩为隐蔽工程，必须选派具有一定工作经验，具有强烈责任心的监理和施工人员严格进行各工序的质量控制。
目前水牛家大坝基础从2007年初开始蓄水运行2年多来，各项监测数据表明大坝坝体最大总沉降量为60.5cm，小于设计1m的要求，且坝体内部渗压正常，透水性能良好，浸润线等均在设计允许范围之内，整体稳定。
Reperfusion vibroflotation gravel drift gravel pile
foundation in dealing with the use of
WANG Feng ZHANG Gui-hua
(TYangtze Three Gorges Technical Economy Development co Ltd ,Xiluodu Supervision Department)
Abstract: The water buffalo hydroelectric power station dam for the soil-aggregate mixture corewall rock-fill dam, to prevent the base of dam differential settlement and the enhancement seepage characteristic, strengthens②The level earth's shearing strength, must carry on processing to the base of dam, but because includes the massive egg broken stone, has partially floats the boulder, inspired flushes is unable to make Kong Chengzhuang voluntarily, in after the construction uses the impact drilled makes the hole, under the artificial gradation broken stone material to inspire flushes encrypts Cheng Zhuang the new craft, this construction craft unified the filling pile resonance oscillation to flush the pile the construction characteristic, solved in floated foundations and so on boulder to use inspires flushes the law direct Cheng Zhuang construction difficulty, in the domestic water and electricity profession, had the widespread utilization prospect, might supply the similar project to use for reference.
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