简介： 本文通过离心物理模型试验、有限元固结计算、坝坡稳定数值分析和振冲碎石桩生产性试验，确认了振冲碎石桩加固软基、修筑14m高的反压平台预压固结和分期施工综合应用方案修建务坪水库的可行性与有效性。经过精心设计和施工，2001年5月大坝顺利封顶，目前运行正常，表明振冲碎石桩处理软基是成功的。
关键字：软基 振冲 碎石桩 离心模型
(1.中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所，北京 100044；2.北京交通大学 土建学院，北京 100044；
3.云南省水利水电勘测设计院，云南 昆明 650021)
饱和软土具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数的工程特性，因此在软基上施工面临着孔压过高、变形过大、抗力过小的难题。在堤坝施工期间，如果上坝速度过快，软基内的水无法及时排出，会使地基孔隙水压力升高，有效应力降低，进而导致坝体产生开裂、滑坡或者地基失稳等事故。技术人员一直在寻找有效的工程措施，通过对软基进行处理来保证大坝的安全，主要方法有设置砂井加快排水、控制上坝速度、分期施工提高软土的固结度和振冲碎石桩处理地基等方法。过去一般认为振冲碎石桩不适宜加固软弱黏土，被加固的软土需要具有20kPa以上的天然不排水抗剪强度。刘复明等[1]通过试验和研究发现，如果加大置换率，加速桩间土的排水固结，碎石桩仍可在淤泥地基中使用，可提高地基承 载力0.2～2.5倍。近年来，利用高置换率振冲碎石桩处理软弱黏土地基的工程实例逐渐增多，但是在大坝坝基处理中却仍然少有应用。云南务坪水库采用振冲碎石桩处理其厚达33.0m的湖积软土地基，大坝填筑完成已有3年，运行和沉降观测都表明效果很好。本文主要介绍务坪水库软基加固处理方案及其验证，以及振冲碎石桩的检测结果。
1 工程概况
务坪水库位于云南省西北部的华坪县境内，为中型三等工程，水库总库容4990万m3，主要用于农业灌溉。拦河坝为黏土心墙碾压堆石坝，设计坝高52.00m，坝轴线长210.00m，坝体最大横断面282.00m，坝体典型剖面见图1。
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3.1.3 振冲处理的生产性试验 在振冲区域内选择代表性较好的场地(面积340m2)分别进行了30kW及75kW两种不同功率的生产性振冲试验，共布置30kW桩49根、75kW桩34根，试桩深度8～20m。振冲制桩结束4周后，对施工质量及效果进行检验，在试验区内进行了双桥式静力触探、十字板剪切试验、重(2)型动力触探和标贯试验，以及压水试验检查成孔质量。同时进行现场直剪三组和大型静载试验30kW区与75kW区各一组，并取原状样25组进行室内物理力学试验。根据这些试验得出，在强度恢复期后实测复合地基天然容重1.83g/cm3，干容重1.41g/cm3，凝聚力(饱和快剪)c=8kPa，内摩擦角=23°；复合地基承载力，30kW振冲区191.4kPa，75kW振冲区达256.6kPa；实测30kW置换率31.7%；75kW置换率32.5%。
从以上方案验证结果看，振冲碎石桩置换处理务坪湖积软土有明显提高承载力、增加抗剪强度、加快软土排水固结和减少软基沉降的效果。
3.2 振冲碎石桩施工及效果检测 振冲碎石桩的桩距、排距与设计值(见表3)完全一致。振冲碎石料采用新鲜的灰岩加工而成。30kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为80mm，75kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为120mm，粒径小于5mm的颗粒含量不大于10%。振冲碎石桩实际工程量见表4，共加固湖积软土1.52万m2，制桩4834根，总进尺52357m，碎石桩最大深度22.0m。
为全面检查碎石桩成桩质量，桩间土及复合地基各项指标是否符合设计要求，并对振冲碎石桩加固软基质量作出全面评价，1996年9月和10月对振冲碎石桩复合地基质量进行了两次质量检测试验。根据这些检测结果得知：(1)桩体承载力。16组单桩静载试验表明，其中13根桩的桩体承载力达到了较高水平，最高达500～800kPa，少数几根承载力较低的桩也达到320～400kPa。42根桩的重(2)型动力触探试验表明，桩体的承载力为248～512kPa。由于湖积软土工程性差，加之地下水丰富，桩间土难以固结，对桩身施加的侧限小，在此情况下能保持这样高的承载力，充分说明了施工质量是可靠的；(2)各单元钻孔抽芯检查结果表明，碎石桩体连续，桩体材料基本为灰岩碎石，仅有个别桩在8m以下处夹有少量黏土。桩斜、桩深均满足要求；(3)桩体容重和动力触探结果表明，桩体密实，基本达到N63.5>9击，天然容重基本达到20kN/m3的标准；(4)桩间土室内试验及现场原位试验成果表明，由于碎石的挤入，分布范围和深度最广的桩间粉质黏土，承载力在86～101kPa左右；(5)复合地基承载力标准值大于200kPa。
表4 振冲碎石桩实际完成工程量
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振冲区域 |
振冲器类型 |
桩数/根 |
进尺/m |
单位填料量/(m3/m) |
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主要应力区 |
30kW |
224 |
2243 |
≥0.891 |
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75kW |
2253 |
2567 |
≥1.125 |
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次要应力区 |
30kW |
1016 |
8275 |
≥0.891 |
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75kW |
1341 |
16162 |
≥1.125 |
4 结语
长期以来学术界对使用振冲法加固饱和软土存在不同看法，认为过软的地基可能无法对碎石桩提供足够的侧向约束力。务坪水库是使用振冲技术成功加固特软地基的实例，工程中方案验证和针对加固后地基进行的质量检测试验为全面评价振冲加固软土地基效果提供了翔实的资料，丰富了振冲软土地基加固的技术。
参考文献：
［1］ 刘明复，潘传钊，叶作仁.淤泥地基中振冲法碎石桩复合地基［J］.地基基础工程，1994，4(1)：3-8.
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［8］ Chang S C, Duncan J M. Analysis of consolidation of earth and rockfill dams［M］.Report No. TE 77-3,Vol.Ⅱ.University of California, Berkeley,1997.
［9］ 陈祖煜.土质边坡分析的原理与方法［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.
［10］ 陈祖煜，周晓光，张天明，等.云南务坪水库软基筑坝关键技术研究［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2003.
收稿日期：2004-01-16
作者简介：陈祖煜(1943-)，男，浙江镇海人，教授级高级工程师，主要从事边坡工程和水利工程的研究。
E-mail:chenzuyu@iwhr.com
