振冲基础处理技术方案.docx
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振冲基础处理技术方案
第十章地基处理及地下连续墙
一、基础振冲桩施工
1、工程概况
黄河海勃湾水利枢纽工程建设地点：
黄河干流内蒙古自治区境内，是《黄河流域防洪规划》和《“十一五”全国大型水库规划》中的黄河干流梯级工程之一，工程任务是防凌、发电等综合利用。
工程左岸为乌兰布和沙漠，右岸为内蒙古新兴工业城市乌海市。
工程下游87km处为已建的内蒙古三盛公水利枢纽。
1.1土石坝振冲碎石桩工程量
黄河海勃湾水利枢纽土石坝振冲碎石桩工程，施工部位分布在坝1+000～坝4+043.3范围内，合计工程量253254m。
具体工程量分布如下表所示。
振冲碎石桩工程量
序号
起始桩号m
末端桩号m
间距（m）
桩底高程m
平均桩深m
桩根数
1
坝1+000
坝1+100
100.00
1054.70
11.30
1295
2
坝1+100
坝1+200
100.00
1053.00
13.00
1295
3
坝1+200
坝1+221.4
21.40
1056.40
9.60
280
4
坝1+221.4
坝1+274.6
53.20
1056.40
9.60
644
5
坝1+274.6
坝1+388.0
113.40
1057.30
8.70
1470
6
坝1+929.0
坝2+398.5
469.50
1060.00
8.80
4607
7
坝2+398.5
坝2+756
357.50
1058.50
12.50
3168
8
坝2+756
坝2+885
129.00
1058.50
14.25
893
9
坝2+885
坝3+054.5
169.50
1059.50
14.50
968
10
坝3+054.5
坝3+081.5
27.00
1060.40
11.35
204
11
坝3+081.5
坝3+150
68.50
1060.40
9.95
620
12
坝3+081.5
坝3+251
101.00
1058.20
13.90
862
13
坝3+251
坝3+333.5
82.50
1058.70
14.80
602
14
坝3+333.5
坝3+369.5
36.00
1060.00
12.25
229
15
坝3+369.5
坝3+398.5
29.00
1059.40
11.60
204
16
坝3+398.5
坝3+450
51.50
1058.50
12.80
409
17
坝3+450
坝3+591
141.00
1062.00
11.10
858
18
坝3+591
坝3+650
59.00
1062.50
12.70
286
19
坝3+650
坝3+813.5
163.50
1060.70
14.50
787
20
坝3+813.5
坝3+981
167.50
1060.00
14.30
908
21
坝3+981
坝4+048.3
67.30
1063.00
11.80
330
1.2料场情况
碎石料、混凝土骨料由布置在卡布其沟砂砾料场附近的砂石加工厂供应，该砂石加工厂至坝址右岸上游围堰处运输距离约14km。
由泄洪闸土建及金属结构和机电设备安装标承包人于2011年2月28日前建成投产，并提供泄洪闸土建及金属结构和机电设备安装标段、本标段以及其它标段承包人用料。
料场至现场道路交通情况
卡布其沟料场距振冲碎石桩施工现场距离为15～19km，承包商提供载重车从料场运输碎石料到施工现场。
据招标书内容：
1.2.1卡布其沟砂砾料场至坝址右岸施工道路，用于运输砂砾料、碎石料、块石料和混凝土骨料等。
该道路为沥青混凝土和泥结碎石道路，路面宽度8.5m，由泄洪闸土建及金属结构和机电设备安装标承包人于2010年10月15日前完成。
1.2.2坝址右岸至坝址左岸导流明渠桥右桥头施工道路，用于沟通黄河左、右两岸。
该道路长为泥结碎石道路，路面宽度8.5m，由电站土建及金属结构和机电设备安装标承包人于2011年2月28日前完成。
1.2.3导流明渠桥，用于沟通导流明渠左、右两岸。
导流明渠桥设计荷载标准为公路-Ⅱ级，人行荷载为3kN/m2，桥面宽度为净-7+2×0.75m。
由导流明渠桥施工标承包人于2010年11月30日前完成。
土石坝坝基振冲碎石桩施工时，料场至碎石桩施工现场道路已完成施工，可以使用。
1.3施工用电
发包人在坝址黄河右岸和左岸均布置有10kV施工用电线路，土石坝施工用电从坝址左岸10kV出口端接引。
具体见施工总平面布置图。
1.4施工用水
施工用水，因黄河水浊度高，对施工设备特别是高压泵影响比较大，因此，由承包商自建深井抽取地下水。
具体见施工总平面布置图。
1.5工期要求
根据中水北方勘测设计研究有限责任公司编制的黄河海勃湾水利枢纽工程《施工总进度表》，土石坝坝基振冲法地基处理施工时间为2011年4月～2012年6月，其中2011年12月～2012年2月停工，有效施工期12个日历月。
根据本施工组织设计的安排，振冲桩施工期为2011年4月5日开始到2011年8月30日完成，历时145天。
1.6质量标准
振冲地基施工的质量检验标准遵守GB50202-2002第4.9节的有关规定。
此外，其质量控制、检测和验收亦遵守DL/T5214-2005第7章和第8章规定。
本工程质量标准全面达到国家、行业颁布的有关规范、标准并符合设计图纸的要求，工程质量达到《水利水电工程质量评定及验收标准》优良标准。
1.7编制依据
（1）《土石坝地基处理设计图》827B-G3-09；
（2）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；
（3）《建筑地基基础工程质量验收规范》（GB50202-2002）；
（4）《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》DL/T5214-2005；
（5）黄河海勃湾水利枢纽工程土石坝施工标技术标准和要求。
1.8施工总体安排
振冲施工的紧前工序为基坑开挖,紧后工序为塑性混凝土防渗墙,紧前工序分五段开挖完成,当第一段完成后就开始振冲施工,其它段落的开挖进度不影响振冲桩作业的连续推进直至全部完成。
这样，根据我们施工进度的总体安排配置施工机械和人员，计划于2011年4月5日开始振冲施工，2011年9月15日完成。
为保证振冲加密地基的效果，我们在设计桩顶高程以上预留1.5m厚的原状土层,待振冲完成后清除到设计高程,而后用振动碾压实地基。
而紧后工序塑性砼防渗墙在振冲完成一定范围即可开始,如导槽的制作等,这样防渗墙的施工在开始后也可随振冲桩施工的推进而连续不断的进行,直至完成全部任务。
2、振冲碎石桩施工方法
2.1振冲法施工区段划分和施工工序
2.1.1施工作业区划分
本工程工作量较大,跨越距离长,为方便施工组织,合理布局,从而形成高效连续施工,根据施工招标图纸,我们把施工现场分成4个作业区,具体划分如下:
作业Ⅰ区:
桩号坝1+000～坝1+388.0
作业Ⅱ区:
桩号坝1+929.0～坝2+643
作业Ⅲ区:
桩号坝2+643～坝3+343
作业Ⅳ区:
桩号坝3+343～坝4+043.3
2.1.2施工工序
振冲施工工序见下图。
振冲桩施工工序示意图
2.2振冲桩配套施工设备的选择
2.2.1振冲器设备选择
根据以往工程经验，BJ75型振冲器已有较多与本项目地层条件及加固设计要求技术指标类似的工程业绩，具有激振力大、贯入能力强、故障率低，置换率高、填料量大，下料顺畅的特点。
因此根据项目地层特点，拟选用BJ75型振冲器作为主导加密施工设备。
2.2.2起吊机械设备选择
选用的起吊设备的起吊力和起吊高度必须满足施工要求。
振冲桩施工常用的起吊机械有汽车起重机、履带起重机、打桩机架和扒杆等。
本项目拟选用25t的汽车起重机。
2.2.3填料机械设备选择
本工程工期较紧，施工要求供料强度大，振冲桩数量多，每套机组应保证1台斗容不小于1.0m3装载机供料，另外配备2台50型的装载机在施工场区内倒运填料。
2.2.4电气控制设备选择
电气控制装置除用于施工配电外，还具有控制施工技术指标的功能，即可控制振冲施工中造孔电流、加密电流、留振时间等。
我公司采用自动控制方式，可以先行设定加密电流值和留振时间，施工中当电流和留振时间达到设定值，会自动发出信号，指导施工。
2.3振冲碎石桩施工工艺
振冲碎石桩施工工艺流程见下图。
振冲碎石桩施工工艺流程图
2.4施工参数初步选定
施工参数根据以往振冲桩施工经验参数，结合土石坝部位地层情况，初步确定施工参数，具体施工过程中根据试桩情况及实际施工情况做适当调整。
施工参数包括：
加密电流、加密段长度、留振时间、加密水压、填料量等。
2.5振冲桩施工工序
2.5.1清理场地，接通电源、水源；
2.5.2施工机具就位，起吊振冲器对准桩位；
2.5.3造孔：
开动高压水泵冲水，启动动力箱，使用75kW振冲器，待振冲器运行正常以后，使振冲器徐徐贯入土中，直至设计深度。
2.5.4清孔：
将振冲器提出孔口，再较快地从原孔贯入，使桩孔畅通，为了有利于填料加密，可将振冲器提升1～2次。
2.5.5填料加密：
向孔内倾倒一部分填料，当达到设计规定的加密电流和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一个段加密，每段加密长度应符合设计要求；
2.5.6重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计要求桩顶标高；
2.5.7关闭振冲器，关水，制桩结束。
施工过程示意图
2.6振冲碎石桩典型平面布置图
2.7振冲碎石桩施工平面布置示意图
3、土石坝坝基振冲碎石桩施工
3.1振冲法施工总体计划
本工程的振冲碎石桩地基处理拟采用BJ75型75kW振冲器施工。
2011年3月前完成土石坝部位地质补勘工作，并使用招标方提供的地质勘察资料，绘制相关地质剖面图。
以此地质剖面图指导地基处理工程施工。
土石坝坝基振冲碎石桩正式施工前，在拟施工区选取地层特点具有代表性的区域进行工程试桩施工及测试。
试桩时间初步安排在2011年4月初完成试桩施工及相关测试工作。
根据振冲碎石桩施工强度及进度计划安排，拟投入6个振冲作业队（即6套振冲设备）作业，预计每台机组完成工作量平均为300m/天。
为保证振冲碎石桩施工顺畅，现场配备6辆斯太尔1491/20t自卸卡车往返于碎石桩施工现场与卡布其沟砂砾料场之间，保证碎石料供应。
本次振冲碎石桩施工与400mm厚混凝土薄墙交叉施工，在相关作业面，须先进行振冲碎石桩施工，碎石桩完成7天后方可进行混凝土薄墙施工。
为防止振冲桩施工引起的振动影响成墙施工，两者作业面相距不小于20m。
振冲碎石桩分区施工，施工区施工完成后，用挖掘机将覆盖层清除、进行平整，清理杂土，达到基底标高后用C25A型振动压路机对振冲处理后的地坪进一步压实，防止碎石桩桩头松散。
3.2振冲碎石桩工程试桩
3.2.1试桩目的
通过本次试桩拟达到如下目的：
要求为施工图设计提供较为接近实际的设计参数，从而选择经济合理的桩长、桩数和桩位布置，使复合地基的设计既能安全使用，又能达到较好的经济效果；检验振冲加密法处理地层的处理效果，取得合理的复合地基承载力特征值fsp、复合地基的变形模量E0；检验振冲加密法处理地基土的效果；选定施工机械、施工工艺、确定施工参数（水压、加密电流、留振时间、加密段长度等）。
3.2.2试桩方案
试桩平面布置图如下图。
振冲碎石桩试桩平面布置图
本次振冲加密法处理的土层范围为第Ⅱ、Ⅲ地质单元中，深度大于6m的液化土层，多为粉细、细砂、中砂。
要求振冲加密法处理完成后的土层在设计地震裂度时不发生液化。
施工参数包括：
加密电流、加密段长度、留振时间、加密水压、填料量等如下表。
振冲桩施工参数
加密电流
加密段长度
留振时间
造孔水压
加密水压
85~90A
30~50cm（桩头部分小于30cm）
6~8S
0.5~0.8MPa
0.2~0.5MPa
试桩施工完成后，静置15天后，方可进行振冲碎石桩试验测试，内容如下表所示。
振冲检测内容汇总表
编号
检测内容
桩间土标准贯入
桩身标准贯入
复合地基静载试验
J1～J6
√
Z6
√
Z8
√
Z16
√
3.2.3单桩复合地基静荷载试验
本次单桩复合地基静荷载试验按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）之相关规定进行。
本次单桩复合地基静荷载试验按单桩处理面积3.5m2计，承压板为1.85m×1.85m×0.2m（长×宽×高）钢筋混凝土方形板，桩的中心与压板中心保持一致。
预计加载量为200t。
本次静荷载试验采用慢速维持荷载法。
试验加载采用油压千斤顶，加载反力装置为桩顶堆载。
荷载测量可用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定或用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。
沉降测量宜用位移传感器或大量程百分表。
3.2.4标准贯入测试
本次标准贯入测试按《岩土地工程勘察规范》（GB50021-2001）之相关规定进行。
标准贯入测试深度为埋深1m至桩底，按每米内测试段不少于1段计，30cm为1段。
3.2.5试桩报告
试桩报告提供如下内容：
3.2.5.1工程概述；
3.2.5.2试桩的目的和要求；
3.2.5.3场地工程地质条件；
3.2.5.4振冲加密法试验成果；
3.2.5.5试验成果的综合分析；
3.2.5.6结论和建议。
通过试桩，确定振冲碎石桩相关施工参数用质量控制内容，为工程桩施工提供参考及标准。
3.3振冲碎石桩工程试桩施工
3.3.1施工准备
3.3.1.1参加设计单位的技术交底；
3.3.1.2收集、分析施工场地的地质资料；
3.3.1.3编写详细的施工组织设计，送交建设单位或监理单位审定；
3.3.1.4按要求准备相应功率及型号的振冲器和配套机具、设备；
3.3.1.5施工场地三通一平；
3.3.1.6根据建设单位提供的测量坐标点，按图纸测放桩位。
3.3.2振冲试施工
振冲桩正式施工前进行工艺性试桩，确定成孔水压、成孔电流、空载电流、制桩水压、密实电流、留振时间等施工参数。
一般不同施工区域匀需进行工艺性试桩，发现问题，及时调整。
3.3.3振冲施工记录
电控人员在监督设备运行的同时还需填写施工记录表。
记录要求如下：
在土层发生变化、或遇到地下障碍物等情况都应记录在施工记录表上；施工记录数值应真实有效；特别是要加强电流、填料量施工深度等的记录。
遇到异常情况需及时向当班工程师反映并及时处理。
下表为振冲施工记录表。
振冲施工记录表
工程名称工号年月日天气
序号
累计序号
孔号
深度（m）
工作内容
时间
电流（A）
水压（MPa）
填料量（m3）
备注
起
止
小计
（min）
3.4振冲碎石桩施工
振冲桩正式施工前进行工艺性试桩，确定成孔水压、成孔电流、空载电流、制桩水压、密实电流、留振时间等施工参数。
一般不同施工区域匀须进行工艺性试桩，发现参数与试桩及设计提供不相符等问题，及时汇报、调整。
3.4.1振冲桩施工质量标准和技术要求
3.4.1.1振冲器对位偏差不大于10cm，振冲器贯入速度宜为0.5m/min～2m/min，成桩偏差不大于0.2d（20cm）；
3.4.1.2造孔中心与设计定位中心偏差不得大于100mm，施工成孔深度与设计深度允许偏差不得超过50cm；
3.4.1.3造孔过程中应记录振冲器各深度的水压、水量、时间及电流等数据，记录次数不应少于1次/2m；
3.4.1.4采用连续填料，强迫制桩工艺。
制桩时应连续施工，不得中途停止，以免影响制桩质量，记录每个振密段的密实电流、流振时间、水压、填料量等；
3.4.1.5桩体材料采用碎石，粒径3～10cm，含泥量不大于5%，不得使用风化或易风化的石料。
3.4.2振冲施工中常见问题处理措施
振冲施工中常见问题处理见下表。
振冲施工中常见问题的纠正预防措施
类别
问题
原因
处理方法
造孔
贯入速度慢
土质坚硬
加大水压
振冲器电流大
振冲器贯入速度快
减小贯入速度
孔位偏移
周围土质有差别
调整振冲器造孔位置，可在偏移一侧倒入适量填料
振冲器垂直度不好
调整振冲器垂直度，特别注意减震器部位垂直度
孔口
返水
孔口返水少
遇到强透水性砂层；
加大供水量
孔内有堵塞部分
清孔，增加孔径，清除堵塞
填料
填料不畅
孔口窄小，孔中有堵塞孔段
用振冲器扩孔口，铲去孔口泥土
石料粒径过大
选用粒径小的石料
填料把振冲器导管卡住，填料下不去。
填料过快、过多所至。
暂停填料，慢慢上下活动振冲器直至消除石料抱导管
加密
电流上升慢
土质软，填料不足
加大水压，继续填料
加密电流标准过高
适当降低加密电流标准
振冲器电流过大
土质硬
加大水压，减慢填料速度，放慢振冲器下降速度
串桩
已经成桩的碎石进入附近施工某孔中
土质松软；
桩距过小；
成桩直径过大。
减小桩径或扩大桩距。
被串桩应重新加密，加密深度应超过串桩深度。
当不能贯入实现重新加密，可在旁补桩，补桩长度超过串桩深度
3.4.3技术资料及图纸管理
3.4.3.1技术资料
（1）项目经理部配备技术资料管理人员，负责工程从开工至竣工期间的专业技术资料收集、整理和归档，达到技术资料积累与工程同步；
（2）工程施工期间，总公司技术质量部专职技术资料员将定期检查指导，保证资料完整。
3.4.3.2图纸管理
（1）图纸管理作为受控文件来管理，资料员负责收发，并有收、发记录，对作废图纸及时进行标识；
（2）我公司现场技术人员和设计院驻现场代表密切配合，利用计算机将设计变更及时反馈到图纸上，作到和施工同步，以满足工程竣工前竣工图纸基本完成。
3.5振冲施工中关键工序及控制点的质量保证措施
3.5.1采用自动控制系统控制加密电流及留振时间，以减少人为因素造成的偏差；
3.5.2振冲器导管每隔1m焊一长钢筋，每隔0.5m焊一短钢筋，作为深度标志，以控制桩长及加密段长度,防止漏振；
3.5.3施工过程中，随时检查振冲器空载电流，发生异常情况立即加以解决，保证振冲器正常运转；
3.5.4为防止施工场地泥浆淤高造成桩长达不到设计要求，一方面要求施工机组安排足够的人工及时清淤，尽量减少泥浆在场地内的淤积量，另一方面安排测量人员及时对施工场地标高进行监测，修正桩长；
3.5.5施工过程应由专人负责查对孔号，按照设计文件要求详细填写施工记录表，保证记录内容详细、真实、准确、整洁。
3.5.6技术人员严格把关，对每天的施工情况进行统计、分析，发现情况及时解决。
3.6主要技术措施
第一，严格按现场工艺性试桩施工所确定的施工参数施工，如因地层变化等需将参数调整，都要通过现场工程师的许可；并确保施工长度和填料量等。
第二，施工队伍尽量选择施工技术非常熟练、经验丰富的施工队伍，且施工队伍的施工技术比较接近。
第三，为保证施工质量的前提下碎石用量不大幅度超出理论计算量，应通过现场工艺性试验，在常规振冲施工技术参数下把握两个施工原则：
施工供水量应减小；施工电流不应定得过高。
3.6.1环保要求及针对性技术措施
本工程施工工程量较大，产生的泥浆量也较大。
泥浆排放处理不好，会对周边的环境产生较大不良影响。
我公司如果中标，将组织责任心非常强的队伍专门负责泥浆的处理，确保达到施工环保的要求。
将泥浆沉淀池分成两级沉淀，即一个沉淀池接纳泥浆，另一沉淀池进行沉淀、清除清水、运走比较干燥的泥土，以达到最大限度节约场地占地面积。
3.7质量跟踪检测措施
3.7.1填料应按2000～5000m3作为一组试样进行质量检验，不足2000m3时按一批次送检。
3.7.2桩体密实度采用重型动力触探试验检测，检测数量初步确定为总桩数的1％。
3.8质量验收
桩间土采用标准贯入度测试，检测液化消除情况。
检测数量初步确定为0.5‰。
3.9完工验收
振冲桩基础工程完工后，承包人向监理人申请完工验收，并提交以下完工验收资料：
3.9.1振冲桩基竣工图和说明书；
3.9.2振冲桩基工程材料试验成果报告；
3.9.3振冲桩基工程试桩、桩基承载试验报告和振冲桩定位测量试验记录；
3.9.4各桩基质量检查记录和质量事故处理报告；
3.9.5监理人要求提交的其它完工资料。
4、泥浆排放处理
4.1泥浆排放处理总体方案
振冲桩施工最大的环保问题就是泥浆的处理与排放。
在振冲桩施工现场设置临时集浆池收集泥浆，待初步沉淀后，沉淀物用挖掘机清掏泥浆用泥浆泵抽至沉淀池进一步沉淀，使泥水基本分离，谁抽至基坑的排水系统，泥浆挖运至指定地点干化或掩埋，泥浆采取不回收利用方案。
4.2泥浆排放平衡计算
根据类似工程，振冲桩大规模施工所掌握的振冲桩施工泥浆排量的情况统计，该粉土地层和工程条件下振冲施工的出浆量约为0.8m3/延米，泥浆排放总量约200,000m3，其中含泥量很少。
按照以往施工经验，泥浆中水份排干后，沉淀的粉砂可用载重车运出施工场地。
4.3泥浆排放系统的设计
4.3.1现场泥浆收集系统
现场泥浆收集系统包括：
临时集浆池、主排浆沟、副排浆沟、大功率排污泵等，参见振冲碎石桩施工平面布置示意图。
主要系统工作方式如下。
（1）在整个施工区内，根据施工区范围、场地条件及施工机具走向，选好集浆坑位置。
（2）将整个施工区划分成若干小施工区域，由临时集浆池向各施工区挖一条或几条深度及宽度较大的主排浆沟，作为整个施工作业区的主要排浆系统。
（3）在每个小施工区内挖好通向主排浆沟的副排浆沟，副排浆沟应沿着每排桩侧进行开挖，并联通主沟形成小排浆沟系。
（4）临时集浆池上架设大功率排浆泵与泥浆中转池相联，设专人进行看护。
4.3.2泥浆运输中转站
根据施工场区离沉淀池的远近决定是否设立泥浆中转池。
施工机组的泥浆通过临时集浆池输送至泥浆中转池。
临时集浆池的泥浆通过泥浆泵抽至泥浆中转池，泥浆中转池再用泥浆泵通过管道输送至泥浆沉淀池。
为确保施工顺利进行，从中转池排往沉淀池的管道和水泵，均为100％备用。
4.3.3泥浆沉淀池
本工程在施工区段设立一个大面积泥浆沉淀池。
泥浆中转池中的泥浆不定时地排放到泥浆沉淀池。
为保证人员和设备的安全，围筑土堰应分层夯实。
防止进入施工现场的人员或物体掉入泥浆中转池或泥浆沉淀池，在泥浆池的周围设警示标志和灯光，设置护栏。
设专人24小时昼夜巡视中转池、排浆管道和泥浆池，发现管道、围堰隐患险情及时采取补救、堵漏或加固措施，防止泥浆漫流。
具体布置见振冲碎石桩施工平面布置示意图。
5、碎石料供应管理
现场配备6辆斯太尔1491/20t自卸卡车往返于碎石桩施工现场与卡布其沟砂砾料场之间，保证碎石料供应。
预计本工程振冲碎石桩施工需碎石约171600m3，最大工作强度下日用料量约1400m3/天，每机组开工前先期备料3000m3，堆放在施工区边缘，开工后石料随打随进。
6、施工进度计划及进度保证措施
6.1施工工效分析
在正常理想情况下，单根桩施工工效分析如下：
对桩位1～2min，造孔时间约1.5～3min/
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