附加质量法在大伙房水库输水工程运用

□张立军（辽宁省国际经济技术合作集团有限责任公司）

附加质量法在大伙房水库输水工程运用

□张立军（辽宁省国际经济技术合作集团有限责任公司）

水库输水工程在现代社会中扮演的角色越来越重要，因此，对其质量的要求越来越高。在水库输水工程施工过程中，需要做好质量检测工作。从实际检测结果来看，应该在满足检测要求的基础上，尽量选用简单、科学的检测手段和方法。通过大量的工程实例可以发现，质量附加法在水库输水工程中应用具有经济、快速、高质量特点，因此，得到了广泛应用，并取得了不错的经济效益。

附加质量法；水库输水工程；检测

1 工程概况

大伙房水库输水工程是一项大基础建设项目，该工程的修建，解决了辽宁省中部6个城市水资源短缺问题。工程包括2个部分，第一部分包括从浑河向大伙房调水的一期工程，以及从大伙房向受水城市运输的二期工程，下面主要针对二期工程进行重点分析。

营口盘锦段是二期工程施工中的关键一段，通过对地质勘察可以发现，在营口盘锦地段底层为淤泥质底层，承载力值相对较低，因此，在具体施工中，通过粉喷桩对工程进行加固，提高工程的整体质量，从而使工程能够达到使用标准。施工总长度约为8.90 km，在分析过程中，将工程划分为3个部分，每约180 m作为一个单元进行处理。依据工程施工合同中的规定，每个单元工程结束之后，在28 d之后，对成桩的质量进行检测。

2 附加质量法的基本原理

附加质量法依据单自由度弹簧振动理论，在地基土体系上附加一级或多级质量块ΔQi，直接求地基的动刚度K和参振质量Q0。

利用附加质量法对单桩承载力进行确定，通过对参振土地振动频率F进行测试，求K。然后通过单桩承载力和动刚度两者的比例关系，完成对桩承载力的计算。该比例关系的确定是通过静荷载实验获取的，利用承载力特征值属该桩的K。然后利用比例关系α乘以各个桩的K值，最终获取每个桩的承载力值。理论公式如下：

式中：ΔQi表示附加质量分级重量，单位kg；Q0表示参振质量，单位kg；fi表示加载Qi时的振动频率，单位Hz；K表示动刚度，单位kN/m；P表示单桩承载量，单位kN；α表示比例关系系数。

利用附加质量法对单桩承载力进行确定的方法如下：平整处理桩头，并且在操作上要垫2～3 cm细砂，再在桩头上安装承压板。利用石膏将拾震器固定在承压板中心，应当将激发点设置在承压板范围外200 mm，激振器选用铁锤的重量为50 kg，工作人员用手提落锤。附加质量块总重量为100 kg，在加入过程中依据5级分别加入，五个等级的质量分别为0 kg、250 kg、500 kg、750 kg、1 000 kg。在检测过程中，利用地震仪完成采集桩振动的波形曲线，然后完成对每一级的附加重量Qi进行计算，同时要完成对与Qi相对应的频率Fi的计算。检测装置示意图如图1所示。

图1 检测装置示意图

3 附加质量法在大伙房水库输水工程桩体和桩间中的应用

3.1 静荷载试验

受建设单位委托，大伙房水库输水（二期）工程，营口盘锦地段在检测过程中，利用地基处理工程粉喷桩静荷载实验。2007年8月21号完成了1根桩的复合地基静荷载实验，试验桩号为18-18-141，并在该年的11月27日和28日各完成1根桩的复合地基静荷载试验，对应的实验桩号为18-15-39和18-14-51。通过3次静荷载实验加大的最大荷载值为160 kN，通过试验可以发现，最大沉降量为10.46 mm，并没达到极限承载力，从最终的结果可以看出，单桩承载力建议值为80 kN，复合地基承载力建议值大小为80 kPa。在问题分析过程中，需要查找原始数据记录，通过资料整理，最终获取单桩竖向静荷载实验荷载与沉降两者之间的关系，并绘制出了P-S曲线如图2所示。

图2 静荷载实验P-S曲线图

在具体检测过程中需要注意，虽然附加质量法在单桩承载力确定上，应用起来相对来说比较容易，并且在问题处理上也具有较高的效率。但是，必须要合理的结合静力荷载实验的最终结果开展，因此，静力荷载试验点是否具有代表性，将会对附加质量法的最终应用结果造成直接影响。通过大量的工程实践可以发现，实验点是否具有代表性，主要取决于工程地质条件（地层性质和结构）上的变化。若工程所在区域的地段较长，地层性质及结构受到的影响因素较多，因此也会存在较大变化，在此背景下如果只用一点实验成果确定整个场区的地质情况显然不合理，最终确定的承载力值与实际情况也会存在较大差距［1］。由此可见，在对附加质量法进行应用时，必须通过详细调查，了解工程区域内的地质环境，掌握工程区域内地质环境的具体变化，需找具有代表性的静力荷载实验点，从而对刚度值和比例关系系数加以确定，实现对工程的准确检测［1］。此外，需要施工人员注意，桩长变化也会对比例相关系数的大小造成不同程度的影响，因此，需要做好相关的修正操作，确保最终检测结果的科学性与合理性。

3.2 附加质量法的具体应用

在对工程进行分析过程中，通过附加质量法检测18-18-141号粉喷桩进行单桩竖向承载力检测，通过PS曲线图与D-ΔQ曲线图进行对比，详细内容见图3。

通过图3可以发现，在附加质量法中，D-ΔQ两者之间的关系为线性关系，并且通过实测也呈现出不错的线性关系。通过实测可以发现，P-S曲线与D-ΔQ两者有着良好的对应关系，这也使附加质量法在测试桩基承载力上有了可靠的依据，为提高工程质量提供了强有力的数据支持［3］。

在D-ΔQ曲线图中，曲线上的斜率K，的倒数表示的就是地基动刚度K，而曲线上ΔQ轴上的截距Q0表示的则为地基土参振重量［4］。通过测试可以发现，该桩动刚度的大小为20 500 kN，利用附加质量法，对实验桩刚度和允许承载力进行量测，最终获取的比例系数大小为78×10-4。在具体问题分析过程中，可以发现实测桩实际长度要比工程桩更长，因此，在操作时，要折减检测桩的承载力，在对单桩承载力进行计算时，比例系数大小取4×10-3，便可以满足检测要求，最终的检测结果也能够令人满意［5］。通过静载实验获取承载力的大小，然后再利用获取的数据除以被检测桩的动刚度。再通过比例系数乘以各检测桩动刚度得出所检测粉喷桩承载力。在此基础上，确定单桩承载力大小为82.00 kN。

工程在具体分析过程中，采用质量法对工程中的46个粉喷桩单元工程进行了处理，依据统计，此次一共检测了118根检测桩，检测的主要内容是单桩竖向承载力，通过量测获取的单桩承载力的最小检测值为82.00 kN，最大值为162.00 kN，平均每天可以完成3根桩检测工作。

4 结语

水库工程建设过程中，其质量会受到多个方面因素的影响，因此，需要通过不同的方法对工程的质量进行检测，在方法的选用上，要考虑工期、便捷性、经济性等多方面因素。附加质量法目前已应用在多个水库输水工程中，并在具体应用中，具有经济效益好、技术成熟，能够快速给出相应检测结论特点。但是需要检测人员注意，静力荷载试验成果是否具有代表性，以及工程地质条件变化，都会对附加质量法的最终应用效果产生影响，因此，为了确保最终检测结果的合理性，必须做好相应的分析工作。

TV697.41

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1673-8853（2017）03-0068-02

2016-01-18

编辑：刘长垠 邢博辉

图3 附加质量法与D-ΔQ曲线图

张立军（1975-），男，工程师，主要研究方向水利水电施工及管理。