工程实例分享及应用分析

1.阿斯旺水电站土石坝水下冲填砂振冲加密

埃及阿斯旺（Aswan）高坝 （见文献 [22]），坝址地震烈度Ⅷ～Ⅸ度，坝高110m，水电站装机容量210 万kW。高坝筑在老阿斯旺坝上游。筑坝技术是先填筑上下游堆石戗堤，在两戗堤间30m 深水下冲填砂料。砂料用吸泥泵自水下开采，用直径600mm 和800mm压力输泥管道输送到两戗堤间坝区冲填。砂料粒径均匀，其不均匀系数为2.1，d10、d50、d60分别为0.14mm、0.26mm、0.3mm。水力冲填砂的干密度为1.56～1.60g/cm3，孔隙率为0.33～0.37。为防止地震液化，设计要求砂体干密度为1.65g/cm3，相对密度为0.70。故采用振冲法加密水下冲填的砂体，坝轴线附近水下冲填较粗的砂砾料，以便于进行砂砾料灌浆直至原河床冲积层。灌浆帷幕深达200m。

为了进行上下游棱体部位水下冲填砂的振冲加密，先冲填15m 厚的砂料。待振冲密实后，再冲填上部15m厚的砂料，再行振冲。水面以上的砂料填筑用振动碾分层压实。

使用的振冲器，直径为500mm，长2.5m，重7.5kN。电动机功率25kW，转速2920r/min。最大工作电流80A。把6 台振冲器组成一组，每台间距4m。每次可振实8m×12m 矩形面积。振冲作业是在浮船组成的平台上进行，如图9.39 所示，平台面积为24m×24m。其上安装吊挂振冲器的钢排架，架高28m。平台外侧另用浮船组成40m×32m的外框，以减弱水流冲击，并便于平台定位。

振冲时，以2m/min的速度将振冲器下沉至预定深度，停止喷水。振2min 后，以1m/min速度提升，每1m停顿一次，振2min。每振密一个矩形块作业时间为50～60min。每组振冲器每班（8h）可振冲6～8 个矩形块。用两组振冲器，在1963 年4 个月内，加密了340.5 万m3砂体。砂体平均耗电0.18kW·h/m3。根据2500 个测点测量资料，砂体平均沉陷6%，干密度达到1.68g/cm3。

2.拉格都水电站土石坝坝基水下抛填砂砾料振冲加密^[8]

喀麦隆拉格都水电站是中国承包施工，1982 年建成的。主坝为黏土心墙堆石坝，坝高40m，坝顶长297m。坝基右岸高漫滩阶地为软黏土层，厚12.5m。河床冲积层为砾质粗砂，最深达45m。河床冲积层顶低于枯水期水位，大水最深为7m。采用水下抛填砾质砂，然后振冲器加密。高漫滩软黏土则采用振冲—置换桩增大地基变形模量，减小沉陷，以保证黏土心墙不致因不均匀沉陷而裂缝。黏土心墙底部设混凝土防渗墙截断覆盖层和水下抛填砾质砂的渗流。沿坝轴线的地基纵剖面如图9.40 所示。本节描述水下抛填砾质砂的振冲加密。下节将描述软黏土层的振冲—置换桩。(www.xing528.com)

图9.39　阿斯旺高坝振冲加密水上工作平台

水下抛填的砾质粗砂和砾质中砂，其d50、d60、d10分别为0.75mm、0.80mm、0.38mm、最粗粒径6mm，标准贯入击数N63·5＝2 ～3 击。取样试验干密度为 1.45g/cm3，最低相对密度为0.11。要求加密后相对密度为0.67，干密度约1.62g/cm3。用ZCQ—Ⅱ型30kW振冲器加密，孔距2m，三角形分布。用15t 履带吊臂长16m 悬吊振冲器，喷水压力400～600kPa。振冲器以1m/min速度下沉，每沉0.5m留振30s，振冲电流控制在55A。振冲过程中看到砂面均匀下沉，平均降低0.5m。每台班振冲进尺200～250m，2.5 个月完成振冲加密砾质砂体55000m3。

振冲完成后取检查样24 个，取样都在两孔间距的中点，只有3 个样干密度略低于1.62g/cm3，其余都在1.62g/cm3以上，最高的为1.79g/cm3。

3.长江三峡水利枢纽工程二期上游围堰水下抛填风化碎砾石料振冲加密试验^[9]

长江三峡水利枢纽工程二期上游围堰最大高度80m。设计采用风化碎砾石料填筑，在60m深水下抛填，水面以上用振动碾分层碾压。然后由堰顶向下打设混凝土防渗墙。为增加水下抛填料的密实度，以减小混凝土防渗墙在围堰挡水后的位移，水下抛填料需用振冲法加密。

风化碎砾料为中砂、细砾、粗砾，大于5mm粒径占50%～70%。为了研究风化碎砾料的振冲效果，在坝址附近作了振冲试验。试验风化碎砾料含5mm以上碎砾石23%，填筑厚度12～17m，为干燥或湿润状态。用BJ—75 振冲器振冲。振后有部分碎砾石振碎，大于5mm颗粒含量成为10.3%。相对密度由0.45 增大至0.51。试验表明大于5mm砾石含量较高的碎砾石用振冲法加密是有效的。水下碎砾石料振冲效果将优于干燥或湿润状态的。估计振冲深度可达到30m，相对密度可达到0.70 以上。