雙頭加氣振沖擠密法在砂質(zhì)粉土地基處理中的應(yīng)用

賈 怡

(浙江省德清縣水利局，浙江 德清 313201)

1 引言

振沖法適用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土及濕陷性土等地基的加固處理和各類可液化土的加密和抗液化處理。振沖法施工主要分為有填料振沖和無(wú)填料振沖擠密兩種。雙頭加氣振沖擠密的工作原理是兩個(gè)振沖器在高壓水流下振沖成孔，依靠振沖器水平振動(dòng)及共振效應(yīng)，使砂土充分液化，地層顆粒重組固結(jié)，較大顆粒成分下沉、地層中的微粒成分、泥質(zhì)成分通過(guò)氣流上浮被攜帶到表層，降低和排出地層中的泥質(zhì)成分，依靠振沖器的高頻偏心振動(dòng)使地基內(nèi)的砂土顆粒重新排列固結(jié)，達(dá)到有效加密地基土效果。

2 工程簡(jiǎn)況

寧波杭州灣新區(qū)慈溪十二塘圍涂工程位于杭州灣新區(qū)的北側(cè)，四灶浦十二塘水閘布置在四灶浦江與新建的十二塘海堤交匯處。水閘的規(guī)模為5孔×7m，總凈寬35m，底檻高程－0.87m，地基為新近促淤的砂質(zhì)粉土地基?？辈焐疃确秶鷥?nèi)土層按物理力學(xué)成因可分為4個(gè)工程地質(zhì)層及若干亞層。各地基土層(亞層)的巖性特征及主要物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 四灶浦十二塘水閘地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)匯總

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，水閘基礎(chǔ)土體進(jìn)行振沖擠密處理，振沖擠密處理底高程－16.00m，振沖處理后的地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)不應(yīng)小于18擊，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于180kPa，處理范圍見(jiàn)圖1。

圖1 水閘地基振沖樁位布置

3 現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)

為給振沖法地基處理方案提供設(shè)計(jì)依據(jù)，選取工程地質(zhì)條件有代表性的區(qū)域(位置見(jiàn)圖1)進(jìn)行振沖法試驗(yàn)性施工及質(zhì)量檢驗(yàn)，確定了合理的施工工藝。根據(jù)相鄰類似工程經(jīng)驗(yàn)，本工程初定施工工藝參數(shù)如下:

a.振沖間距1.5m，振密點(diǎn)平面布置采用正三角形，采用跳打法施工(一排孔施工完后隔一排孔再施工，反復(fù)進(jìn)行)。

b.采用75kW振沖器兩臺(tái)，振沖器并聯(lián)同時(shí)施工兩個(gè)相鄰孔。

c.造孔水壓 0.1～0.2MPa，加密水壓 0.1～0.4MPa，留振時(shí)間≥40s/m，加密電流40～50A，輔助氣壓0.3～ 0.8MPa。

采用上述施工參數(shù)施工完畢18天后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)點(diǎn)位于振沖點(diǎn)圍成的單元形心處。質(zhì)量檢驗(yàn)包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)振沖前后的變化來(lái)判別地基加密效果，同時(shí)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)部位標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 振沖前后標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)結(jié)果

復(fù)合地基載荷試驗(yàn)過(guò)程中，各級(jí)沉降穩(wěn)定、連續(xù)、無(wú)突變。承載力滿足設(shè)計(jì)要求，復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總

試驗(yàn)及檢測(cè)報(bào)告說(shuō)明:初定施工工藝參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，工程按初定的參數(shù)施工。

4 施工工藝及質(zhì)量控制

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 振沖擠密施工工藝流程

4.2 場(chǎng)地平整及降水

平整基坑地坪，布置井點(diǎn)降水和場(chǎng)內(nèi)表面降水，滿足設(shè)備施工作業(yè)的需要。

4.3 設(shè)備就位

根據(jù)振密點(diǎn)間距在吊架兩端各吊掛一個(gè)相同型號(hào)的振沖器，吊機(jī)起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)孔位，開(kāi)啟水泵，待振沖器下端噴水后啟動(dòng)振沖器，開(kāi)啟空壓機(jī)。

4.4 造孔與清孔

待設(shè)備運(yùn)行正常后，記錄空載電流值，吊機(jī)徐徐下放振沖器貫入土中，貫入速度一般為1.0～2.0m/min，造孔過(guò)程中，水壓可用0.1～0.4MPa，供水量小于50L/min，輔助氣壓0.3～0.8MPa，直至設(shè)計(jì)深度，并始終保持振沖器呈懸垂?fàn)顟B(tài)，每貫入1m，記錄一次電流、水壓和氣壓參數(shù)值。造孔終孔后，根據(jù)地層條件上下提升振沖器1～2遍，使孔內(nèi)暢通。

4.5 擠密加固

加密自孔底開(kāi)始，加密電流45～60A，自下而上逐段(段長(zhǎng)30～50cm)進(jìn)行，上提速率為0.5～1m/min，最后對(duì)孔口2～5m范圍重新擠密一遍。振沖擠密主要靠留振時(shí)間控制擠密效果，每個(gè)加密段(50cm)留振時(shí)間不少于30s，由自動(dòng)警鈴系統(tǒng)對(duì)留振時(shí)間進(jìn)行控制。施工完成后對(duì)表層土部分薄弱部位采用振動(dòng)碾壓的方法進(jìn)行重新加固。

4.6 施工質(zhì)量控制重點(diǎn)及常見(jiàn)問(wèn)題解決

a.加密電流和留振時(shí)間。應(yīng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，并及時(shí)檢查其準(zhǔn)確性。

b.振沖深度。振沖器的導(dǎo)管應(yīng)有明顯的深度標(biāo)志，通過(guò)檢查深度標(biāo)志檢查振沖深度。

c.樁位標(biāo)識(shí)明顯、牢固，在施工中應(yīng)注意復(fù)核，保證其準(zhǔn)確度，避免漏振。

d.當(dāng)造孔時(shí)振沖器出現(xiàn)上下顛動(dòng)或電流大于電機(jī)額定電流，經(jīng)反復(fù)沖擊不能達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)停止造孔，并及時(shí)研究其他解決方法。

e.在振沖擠密施工過(guò)程中，局部區(qū)域地層含泥較多，泥層較厚，振沖擠密難度較大。在施工過(guò)程中，對(duì)夾泥層和含泥較多部位振沖擠密適時(shí)加大水量，并將輔助氣壓適當(dāng)調(diào)高，以排出更多的泥質(zhì)成分;或采取延長(zhǎng)留振時(shí)間等措施提高振沖擠密效果。

5 質(zhì)量檢測(cè)

振沖施工結(jié)束21天后，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。樁間土承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入和復(fù)合地基載荷試驗(yàn)等方法。振沖處理后的地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)不應(yīng)小于18擊。檢驗(yàn)點(diǎn)選擇有代表性或地基土質(zhì)較差的地段，并位于振沖點(diǎn)圍成的單元形心處。本工程共計(jì)基礎(chǔ)振沖擠密約10000m2，完成振沖樁5726根。根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)數(shù)量為振沖樁數(shù)量的1%，分別在閘室、上下游連接段基礎(chǔ)隨機(jī)抽取檢測(cè)點(diǎn)63個(gè)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)最小18擊，最大39擊，試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。地基載荷試驗(yàn)閘室基礎(chǔ)、上下游翼墻各試驗(yàn)1組，試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 擠密效果評(píng)價(jià)

振沖擠密施工完成后，基坑地坪有不同程度的下降，最大沉降 0.87m，最小沉降 0.45m，平均沉降0.67m。振沖擠密施工后，地基砂質(zhì)粉土物理力學(xué)性能明顯轉(zhuǎn)好，土質(zhì)更均勻。土體濕密度從振沖前的1.73g/cm3提高到1.91g/cm3。

本工程地基振沖擠密施工完成至今已歷時(shí)9個(gè)月，水閘的上部結(jié)構(gòu)已基本完成，根據(jù)施工期變形觀測(cè)，截至2013年7月，最大沉降出現(xiàn)在閘室部位，最大沉降值76mm，最小沉降值出現(xiàn)在上游護(hù)坦部位(無(wú)上部荷載)，沉降8mm，上下游翼墻沉降分別為52mm、45mm。觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)預(yù)留沉降為200mm)。

7 結(jié)語(yǔ)

雙頭加氣振沖施工法已廣泛應(yīng)用于錢塘江下游圍涂出海閘砂質(zhì)粉土基礎(chǔ)的處理，本工程借鑒類似工程的經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)化了振沖試驗(yàn)，一次性確定了主要施工參數(shù)。雙頭加氣振沖施工法在本工程中成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)表明:

a.地基土體在兩臺(tái)振沖器的同時(shí)作用下，激振力因相互疊加而增大，擠密效率高、效果好、質(zhì)量可靠、適用的范圍更廣。

b.一機(jī)多吊可以提高工效，減少占用大型吊裝機(jī)械的費(fèi)用，通過(guò)加氣可防止在復(fù)雜地層中發(fā)生卡、抱振沖器和貫入困難等問(wèn)題，提高了工效。

c.充分利用原土振沖復(fù)合地基既可加快施工進(jìn)度，又可降低工程造價(jià)，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。

d.本工程質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，施工效果良好，基礎(chǔ)土體經(jīng)9個(gè)月加載，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小于設(shè)計(jì)允許沉降，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目的?！?/p>