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水 利 学 报

２０２３年 １２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 １２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）１２ － １３９３ － １１

深厚覆盖地基智能振冲方法与系统

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樊启祥 ，李 果 ，马 斌 ，陈 涛 ，陈道想 ，林 鹏 ３
（１．中国华能集团有限公司，北京 １０００３１；２．四川华能泸定水电有限公司，四川 泸定 ６２６１００；
３．清华大学 水利水电工程系，北京 １０００８４）
摘要：中国西南地区流域水力资源富集，水利水电工程开发面临复杂地质环境和深厚覆盖层带来的抗滑稳定、渗
透稳定、不均匀沉降变形、防冲刷和砂土地震液化等问题。振冲碎石桩置换是提高地基承载力、防止液化的有效
手段。本文通过试验和数值仿真揭示了振冲碎石桩 “底中顶三区动力平衡” 和 “机石土三域相互作用” 的成桩
机理，依托应用现场实践提出了施工数据全面采集、施工状态真实分析、施工过程智能控制、施工参数持续优
化、施工质量在线管理的智能振冲概念；其次，提出了基于状态转移函数的智能振冲控制模型与实时联动控制方
法；研发了基于 “云－ 边－ 端” 智能振冲工作架构的一体化数字化协同工作平台和成套智能振冲装备，建立了数
字化振冲碎石桩复合地基质量评价体系。研究成果在硬梁包水电站深厚覆盖层处理得到应用，工后监测显示效果
良好，可供同类工程参考。
关键词：水电工程；智能振冲；深厚覆盖层；振冲碎石桩；智能建造
中图分类号：ＴＵ４７２．３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０４３１

１ 研究背景

中国西南地区大江大河具有覆盖层深厚、地质水文复杂、地震设防烈度大等特点，覆盖层深度从
数十米至数百米不等，如嘉陵江、雅砻江流域一般不大于 ４０ｍ，金沙江、岷江、大渡河、雅鲁藏布江
一般多为 ３０～１００ｍ，局部河段可超过 ３００ｍ。各流域覆盖层各有特色，但总体呈现粗粒土与细粒土交
替成层分布特征，给水利水电工程开发带来诸多地基处理技术难题，包括抗滑稳定、液化、沉降、渗
透稳定等。振冲碎石桩在解决这些技术难题方面有着良好的适用性，在国内外基础处理工程中效果明
显，未来振冲碎石桩处理深度将达到 ９０ｍ，面临施工质量控制难题和挑战 ［１ － ２］ 。
如图 １所示，振冲技术起源于欧洲，１９３６年，德国的 Ｓ．Ｓｔｅｕｅｒｍａｎ提出了用振动辅以压力水加密
砂土的概念；１９３７年，德国 ＪｏｈａｎｎＫｅｌｌｅｒ公司研制出世界上第一台振冲器 ［３］ 。１９５０年代，美国引入
［４］
并发展了振冲技术，制造了欧洲美国等地区至今仍在使用的液压振冲器，最大处理深度达到２５ｍ ；
１９５７年，欧洲、日本分别从美国引进振冲技术。欧洲将振冲法推广应用于黏性土，采用先振冲器造
孔，再填入块石加固的施工工艺，即为今天的 “碎石桩法” 的萌芽 ［５ － ６］ ；日本则注重研究振冲法在砂
基防液化上的应用，于十胜冲地区用振冲法处理了砂基，在 １９６８年 ７．７级地震中有效遏制了砂土地基
的液化，此后振冲法被列为一种有效处理砂地基抗震加固的措施 ［７ － ８］ 。
中国 １９７０年引入振冲技术，应用于水电、水利、火力发电、石化、港口码头等行业和领域，在
［９］
机具设备制造（主要是电动振冲器）、施工工艺、应用规模等方面取得突出成就（图 １） 。如今国内已
经具备制造大功率振冲器的能力，开发出适用于水上施工和陆域施工的底部出料振冲碎石桩 ［１０］ 施工工

收稿日期：２０２３ － ０７ － １６
基金项目：华能集团总部科技项目（ＨＮＫＪ２１ － Ｈ３５）；国家自然科学基金项目（５１９７９１４６）
作者简介：樊启祥（ １９６３ － ），教授级高级工程师，主要从事水利水电工程建设技术和管理研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｑｘ＿ｆａｎ＠ｃｈｎｇ．ｃｏｍ．ｃｎ
通信作者：林鹏（１９７２ － ），教授，主要从事水工结构、智能建造及岩石力学与工程研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｅｌｉｎｐｅ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
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