振冲碎石桩地基处理技术在汾河新二坝工程中的应用

李 栋 范锐谦

（山西省汾河流域管理局山西太原030002）

1 工程概况

1.1 工程简介

汾河流域生态修复汾河新二坝工程位于太原市小店区刘家堡乡，项目实施后将形成湿地水面163 hm2，蓄水总量315.8 万m3，同时实现太原汾河公园至汾河二坝之间汾河游船通行。工程建设内容主要包括：1 道壅水闸坝建筑物（5 孔弧形闸和4 孔钢坝闸）和1 座通航建筑物（船闸）、1 座门库、近闸坝处主槽及岸坡防护以及相应的金属结构、电气设备的制作安装等。

1.2 工程地质

坝址区及蓄水区发育地层为现代人工堆积物（QS）和第四系全新统河流相洪冲积物（Q4pal）。自上而下依次为：1）现代人工堆积（QS），主要由级配不良砂、粉土质砂、含砂低液限粉土、局部夹低液限粉（黏）土层组成；2）全新统洪冲积（Q4pal），主要由岩性上部的粉土质砂、含细粒土砂层和下部的低液限粉（黏）土层组成。

坝基岩性上部为粉土质砂、含细粒土砂，局部夹低液限粉土层，厚10.5～15.8 m，下部为低液限粉（黏）土。蓄水区正常蓄水后地基处于饱和状态，且本区地震烈度为8 度区，地震动峰值加速度为0.20 g。该坝基土在地震烈度为8 度时可产生地震液化，存在地震液化问题，液化土层厚度12.3～16.2 m。

2 基础处理的基本情况

2.1 振冲碎石桩地基处理的目的

为消除地基液化并提高闸坝地基承载力，基础采用振冲碎石桩处理，振冲碎石桩处理范围包括钢坝闸、弧形门闸及船闸闸室、两岸翼墙基础。碎石桩桩径0.8 m，等边三角形布孔，桩距2 m，碎石桩排距1.732 m，桩端伸至不液化土层，要求按照全部清除液化和地基承载力不小于210 KPa。振冲碎石桩布置见图1。

图1 振冲碎石桩布置图 （单位：mm）

2.2 振冲桩施工布置

振冲碎石桩总长53 131 m，施工中投入2 套振冲桩机同时进行，整体采用围打法进行施工，见图2，并根据坝段分区布置，部分采用排打法进行打桩，先打上游4 排桩及下游4 排桩，随后打中间桩，见图3。打桩平台两侧设置排泥槽，流入排泥坑。原材料运至距打桩区规划的材料堆放场，主要采用装载机进行填料。

图2 围打法装机行进路线示意图

图3 排打法装机行进路线示意图

3 施工准备

振冲碎石桩施工是本工程的重点，施工中必须抓住“人”、“材”、“机”进行合理规划，布置畅通的施工道路，保证材料的充足及施工设备的高效运转，制定合理的施工程序，以保证工程施工顺利进行。

3.1 原材料选用

填料采用卵石，含泥量不大于5%，粒径20～200 mm。

3.2 水

振冲碎石桩用水直接自汾河河道内抽取。

3.3 电

施工供电先采用发电机发电，变压器安装后采用变压器供电，通过支线接到工作面。

3.4 场地及交通

在碎石桩区域四周设置泥浆沟，上游50 m 处设置泥浆池。场地内已具备满足碎石桩施工需求的临时施工道路，并与外部道路连通。

3.5 机械设备配置

本工程振冲桩工程量大，拟投入ZCQ75 振冲器2 套，主要机械配置见表1。

表1 机械配置表

3.6 施工参数

根据振冲碎石桩试验成果报告中的试验结论及批复文件，振冲碎石桩的施工参数见表2。

表2 施工参数表

4 施工方法

4.1 施工流程

4.2 测量放线及布桩

首先，根据施工图及地质图，确定桩位及桩底高程。采用GPS 对碎石桩每隔10 m 进行控制定位，中间用钢尺测量，每个桩位均做标志，编制桩号，以便施工人员及操作人员及时准确定位。

桩点放线定位：严格按照施工图进行，由测量员配合机组人员完成桩位施放工作，主要控制点打方木桩，并加以保护，以备后期检查或恢复桩位时使用，放点偏差不得大于100 mm。

4.3 碎石桩成桩步骤

1）就位：用吊车将振动器中心对准桩位。

2）造孔：开动振动器和水泵，边振动边下放振冲器，水压采用0.7 MPa，使振冲器慢慢沉入土中，深度不浅于设计处理深度0.3～0.5 m。

3）填料及振密：采用装载机连续填料向孔口送入石料。边填料边振动，此时电流随着填料密实而逐渐增大，达到规定密实电流值后留振6～8 s，然后提升500 mm，加密水压宜控制在0.3 MPa。

4）成桩：重复第三步，逐步提升振冲器，自下而上制桩直至孔口。

5）关闭振冲器及水泵，将桩机转移至下一桩位，进行下一根桩的施工。

6）按照规范中有关现场记录的内容，对每一桩位的序号、桩位编号、罐料量等数据，作好详细现场记录，将记录内容填写在规定表格上。

5 施工过程中注意事项

1）如土层中夹有硬层时，应适当进行扩孔，即在硬层中将振冲器往复上下多次，使孔径扩大，以便于填料保证桩径。

2）施工时注意调整水压，造孔时水压控制在0.7 MPa，填料时水压调至0.3 MPa，成孔过程中现场人员应实时观察水压对进尺和扩孔的影响，以掌握最佳水压，水压调整应与土层变化相适应。

3）台前指挥和吊车司机应密切配合，以台前指挥口令为准，根据试验参数及仪表数值及时调整提升、下沉的速度。

4）加密段长度以振冲器机身上的刻度标识控制，留振时间及加密电流采用自动记录仪记录。

5）施工各班组严格按照成桩步骤及各步骤参数进行施工，并做成桩记录和桩位记录，做到一一对应，避免漏打、重桩。

6 质量检测与验收

6.1 检测项目及频次

1）振冲施工结束后，对桩的数量、桩径、桩位偏差进行检测。

2）根据设计要求及地基处理目的，进行标准贯入试验和复合地基承载力试验，检测桩间土处理效果及复合地基承载力是否满足设计要求。

检测频率为：标准贯入每100 根桩检测2 处，复合地基承载力每300 根桩检测1 处。

6.2 检测执行标准

1）桩间土处理效果采用标准贯入试验、室内土工试验等方法进行检测，土工试验按《土工试验规程》（SL237-1999）的有关规定执行。

2）复合地基载荷试验按《复合地基技术规范》（GB/T50783-2012）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）及《建筑地基检测技术规范》（JGJ340-2015）的有关规定执行。

7 结论

地基采用振冲桩处理，可满足全部消除地基液化并提高地基承载力，此项施工技术可为今后水利工程处理类似问题提供借鉴。