無填料振沖法在砂基加固處理中的應(yīng)用

胡耀宗，許保華

（廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230）

無填料振沖法利用振沖器提升過程中砂基本身的坍落自由填滿振孔，不外加填料，將砂基振密[1]，具有施工簡(jiǎn)便、工期短和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文結(jié)合安哥拉某堆場(chǎng)地基處理工程，介紹了無填料振沖法在回填砂密實(shí)加固處理中的應(yīng)用，介紹相應(yīng)的質(zhì)量控制方法與應(yīng)用體會(huì)。

1 振沖法的加固機(jī)理

無填料振沖法無粗顆粒填料，處理后地基內(nèi)沒有豎向排水通道，加固效果有振密和預(yù)振。

1.1 振密作用

在振沖器的作用下，地基土特別是松散砂土的顆粒會(huì)重新排列，體積縮小，表現(xiàn)為振沖過程中地面下陷。經(jīng)過振沖處理的密實(shí)度Dr值都可以達(dá)到0.7以上，一般為0.75左右。砂土振沖密實(shí)后孔隙減小，提高砂土的強(qiáng)度和砂基承載力。

1.2 預(yù)振作用

振沖施工過程中會(huì)造成地基土強(qiáng)烈震動(dòng)，從而對(duì)液化砂土產(chǎn)生預(yù)振作用，提高砂基抗液化能力[3]。多次試驗(yàn)表明，相對(duì)密度54%（受過預(yù)振）的砂樣抗液化能力相當(dāng)于相對(duì)密度為80%（未受過預(yù)振）的砂樣。

2 振沖施工

2.1 施工參數(shù)

振沖施工的相應(yīng)參數(shù)主要包括：振沖點(diǎn)分布方式與間距、振沖器功率與密實(shí)電流、成孔速度、提升間距和留振時(shí)間等。相應(yīng)參數(shù)的確定基本上是借鑒成功的工程經(jīng)驗(yàn)，并且根據(jù)正式施工前的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的。

2.2 施工流程

1） 施工準(zhǔn)備

清理、平整施工場(chǎng)地，檢查現(xiàn)場(chǎng)水、電供應(yīng)，并根據(jù)確定好的分布形式與孔距布置振沖點(diǎn)。

2） 振沖施工

振沖施工主要步驟為：振沖器就位→成孔→振沖器下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高→緩慢提升并振密→移機(jī)至下一點(diǎn)位，施工整體流程如圖1。

成孔時(shí)，振沖器下放造孔速度不應(yīng)過慢，保持2～3 m/min為宜，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。如遇到難以穿透的砂層或振沖器被砂層抱死時(shí)，振沖器瞬時(shí)電流會(huì)持續(xù)升高，此時(shí)應(yīng)減緩振沖器下放速度、加大射水水壓，待電流減小后再繼續(xù)下放。

到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，振沖器應(yīng)在孔底保持振沖一段時(shí)間（2 min左右），使孔內(nèi)振沖器周圍和上部的砂層逐漸塌陷直至振密（達(dá)到密實(shí)電流）。接著，緩慢提升振沖器一段距離（約30～50 cm），保持這一高度將砂土振密實(shí)，留振一段時(shí)間后再次提升。如此，“提升-振密-提升”由下而上逐段振密，直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

需要注意的是，如自由坍落的砂不足以填滿振孔，應(yīng)在提升過程中適當(dāng)向孔內(nèi)補(bǔ)充砂料。

3 質(zhì)量控制與振沖效果檢測(cè)

3.1 質(zhì)量控制

振沖施工質(zhì)量控制主要是對(duì)水、電的控制，以及對(duì)振密施工過程的把握[4]，其中，以水、分段振密和密實(shí)電流三個(gè)因素的控制最為關(guān)鍵。

1）水

由于飽和能降低砂土的抗剪強(qiáng)度，因此水量大小是影響振沖效果的因素之一。合適的水量是保證砂土充分飽和的條件，使其受到振動(dòng)后能夠液化。有助于振沖器的造孔效率，提高振沖效率。一般出口水壓 500～700 kPa，水量 300～500 L/min，可保證振沖器的正常成孔速度與振密效果。

2） 分段振密

分段振密的效果主要取決于每段提升距離與留振時(shí)間兩個(gè)方面。首先，振密過程應(yīng)嚴(yán)格控制提升速度，而且每段提升距離不應(yīng)過大，應(yīng)控制在30～50 cm，以免造成局部虛振、漏振。其次，在振沖加固過程中，留振時(shí)間的延長(zhǎng)，可以使砂土完全液化并增大影響范圍。實(shí)際施工中，為了保證加固效果，通常均延長(zhǎng)留振時(shí)間。

3） 密實(shí)電流

密實(shí)電流是振沖密實(shí)穩(wěn)定后反映在儀器上的電流值，一般情況下，每次留振一段時(shí)間后工作電流會(huì)達(dá)到穩(wěn)定的密實(shí)電流值，然后可進(jìn)行下一步操作。當(dāng)振沖器下放、提升速度過快或在基礎(chǔ)中遇到較堅(jiān)實(shí)的夾層時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電流虛高，故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)密切注意電流值變化，避免將瞬時(shí)虛高的電流值當(dāng)作密實(shí)電流，過早移動(dòng)振沖器[5]。

另外，很多其他因素對(duì)保證振沖施工的質(zhì)量也很重要。如振沖前要定位準(zhǔn)確，振沖過程中不漏孔、不漏振等，均是振沖施工質(zhì)控工作的重點(diǎn)。

3.2 振沖效果檢測(cè)

振沖加固效果檢測(cè)主要采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為主，也可根據(jù)實(shí)際情況輔以室內(nèi)試驗(yàn)，室外試驗(yàn)主要包括標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)（SPT）、動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT），室內(nèi)試驗(yàn)主要包括密實(shí)度試驗(yàn)和內(nèi)摩擦角檢測(cè)。

4 工程實(shí)例

安哥拉某碼頭堆場(chǎng)面積約為13.5萬m2，其中6.5萬m2區(qū)域采用吹砂形式回填，回填厚度最大處達(dá)13 m，回填砂為天然海砂，中細(xì)砂，級(jí)配較好。經(jīng)檢測(cè)，堆場(chǎng)吹填后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N為10擊左右，屬于松散狀態(tài)。本文以其中M區(qū)振沖施工為例，本區(qū)回填砂厚度平均為7.5 m。

按照設(shè)計(jì)要求，采用振沖法進(jìn)行回填砂地基處理，處理后回填砂地基承載力達(dá)到300 kPa。

1） 振沖參數(shù)

根據(jù)已有工程振沖施工的成功經(jīng)驗(yàn)，本工程選用75 kW振沖器（ZCQ-75型），并選擇2 m、2.5 m、3 m三種孔距進(jìn)行典型施工[6]。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本工程決定采用2 m振點(diǎn)間距，正三角形布置，密實(shí)電流為75 A。振沖過程中，每次提升距離30～50 cm，留振時(shí)間10～20 s。

2） 振沖施工

施工過程中，質(zhì)控工作主要圍繞振沖各分步進(jìn)行，具體的措施有：

振點(diǎn)定位：將振沖區(qū)分為若干小區(qū)，設(shè)置控制坐標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)小區(qū)按孔距定出點(diǎn)位，用醒目的標(biāo)志標(biāo)示。

振深控制：對(duì)各小區(qū)不同的振深，在振沖桿上描出控制線，以便操作中檢查，確保振沖深度。

提升距離：在振沖桿上按50 cm一格做上標(biāo)記，每次提升高度控制在一格以內(nèi)。

密實(shí)電流、留振時(shí)間：參照控制臺(tái)的電流表，當(dāng)電流值穩(wěn)定達(dá)到75 A左右后，留振10～20 s即可再次提升。

及時(shí)補(bǔ)料：每次振沖桿提升時(shí)，安排專人在周圍觀察，如發(fā)現(xiàn)砂基坍落不足則及時(shí)補(bǔ)料，以防產(chǎn)生孔洞。

3） 檢驗(yàn)效果

振沖完成后，本區(qū)采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT）、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）對(duì)振沖施工的效果進(jìn)行檢測(cè)。

動(dòng)力觸探試驗(yàn)：在回填砂層1～6 m范圍內(nèi)最小擊數(shù)為10擊，平均擊數(shù)為22擊，回填砂層地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為320 kPa。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：除表層較松散外，最小標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為32擊，平均標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為44擊，回填砂層地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為300 kPa。

經(jīng)過綜合檢測(cè)，M區(qū)內(nèi)回填砂層地基承載力特征值為300 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

港口工程較其他類型工程特殊之處，其中之一就是潮汐對(duì)工程施工的影響。在本工程施工中，高潮位時(shí)大部分砂層處于水位以下，振沖器貫入砂層較易，施工效率也較高，而遇到低潮時(shí)情況則相反。因此，同類工程可充分利用這一特點(diǎn)，盡可能利用高潮位的優(yōu)勢(shì)，事半功倍。

振沖過程中，有時(shí)會(huì)碰到電流長(zhǎng)時(shí)間無法達(dá)到密實(shí)電流值的情況，往往該孔位存在淤泥夾層或黏土層，這種情況下應(yīng)考慮采用碎石樁法加固該振孔，向孔內(nèi)添加碎石填料，將其振密。

砂基振沖最普遍的問題是砂層表層難以振密，主要表現(xiàn)在砂面層以下1 m左右，由于上覆荷載較小，振沖后密實(shí)程度較下方要差。一般情況下，可以考慮在設(shè)計(jì)點(diǎn)位之間增加孔位進(jìn)行補(bǔ)振，同時(shí)大量澆水，表面密實(shí)度會(huì)有一定改善。另外，也可以考慮采用表層振動(dòng)碾壓改善表層密實(shí)情況，或在砂層表面設(shè)置碎石層以增加其承載力。

在較常見的軟基處理方式（如：排水固結(jié)法，強(qiáng)夯法和復(fù)合地基法等）中，雖然無填料振沖法適用范圍具有一定的局限性，但用其加固砂基具有施工簡(jiǎn)便、加固效果好、施工效率高和投入產(chǎn)出率高等特點(diǎn)，宜推廣使用。

根據(jù)無填料振沖的特點(diǎn)，歸納振沖口訣：

砂基礎(chǔ)，增承載，密實(shí)振沖為首選；場(chǎng)整平，孔布勻，移機(jī)到位對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；足水壓，穩(wěn)供電，振沖先至孔下限；后提升，速度減，分段留振是關(guān)鍵；密實(shí)電，作檢驗(yàn)，確保砂層振得嚴(yán)；補(bǔ)充料，莫忘添，如此循環(huán)至地面；換方位，下一點(diǎn)，按部就班全搞掂。

[1] 葉觀寶，萇紅濤，徐超，等.無填料振沖法加固吹填粉細(xì)砂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2009（4）：3-6.YE Guan-bao，CHANGHong-tao，XUChao，et al.Local test study of vibroflotation on hydraulic backfilled silty and fine sand without additional backfill materials[J].Site Investigation Science and Technology，2009（4）：3-6.

[2]曹承濱.振沖法在大厚度回填砂基處理的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2007（6）：47-48.CAOCheng-bin.Application of punchingmethod in unconventionally thick backfilled sand foundation[J].Port Engineering Technology，2007（6）：47-48.

[3]王惠中.振沖法加固碼頭風(fēng)化砂回填地基 [J].中國(guó)港灣建設(shè)，2005（2）：47-49.WANGHui-zhong.Strengtheningof weathered sand fill foundation with vibroflotation method[J].China Harbour Engineering，2005（2）：47-49.

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[5] 馮強(qiáng)，孔麗艷.水下深層振沖法在港口工程中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2000（7）：54-58.FENG Qiang，KONG Li-yan.Application of underwater vibrocompaction method in port engineering[J].Port＆Waterway Engineering，2000（7）：54-58.

[6] 吳胤斌.地基原位測(cè)試試驗(yàn)報(bào)告[R].廣州：廣州港灣工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，2010.WU Yin-bin.Report on foundation in-situ test[R].Guangzhou：Guangzhou Harbor Engineering Quality Examination Co.，Ltd.，2010.