深中通道東人工島振沖試驗技術(shù)

李云超 ,劉坤 ,侯禹辰 ,祝阿龍 ,熊昊翔，王樹良，談颋,4＊

（1.中鐵隧道集團三處有限公司，廣東 深圳 518000；2.深中通道管理中心，廣東 中山 528400；3.中山大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東珠海 519082；4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（珠海），廣東 珠海 519082）

1 工程概況

1.1 工程概述

深中通道東人工島位于深圳側(cè)岸灘，寶安機場南側(cè)、緊鄰機場福永碼頭，東側(cè)與機荷高速樞紐銜接，西接沉管隧道，南北向與沿江高速機場銜接。東人工島振沖總面積為32 萬 m2，分為A 區(qū)、B 區(qū)兩個區(qū)域，根據(jù)回填砂層的厚度，又將A 區(qū)劃分為6 個小區(qū)，分別為P1～P6 區(qū)，如圖1 所示。A 區(qū)面積為247055.1 m2；B 區(qū)振沖面積為72965.0 m2，振沖頭距離淤泥面不小于1 米。試驗區(qū)域選擇在P4 區(qū)域進行施工，經(jīng)現(xiàn)場標貫試驗摸探得出該區(qū)域原泥面頂平均標高為3.4～5.5 m，振沖加固底標高為2.4～4.5 m，振沖加固頂標高約為+4.5 m，加固深度為7.1～8.9 m。本次施工完成振沖面積225.0 m2，振沖點數(shù)12 個，振沖中粗砂方量約1800.0 m3。振沖斷面圖如圖2 所示。

圖1 振沖平面分區(qū)布置圖

圖2 振沖斷面圖

1.2 工藝試驗要求

在指定振沖區(qū)域按照指定深度和指定電流、電壓、水壓、留振時間進行振沖施工，且該區(qū)域回填砂經(jīng)過振沖密實處理后，其標貫擊數(shù)要求表層2 m 不小于8 擊，表層2 m 以下不小于18 擊。

1.3 試驗?zāi)康?/h3>

振沖施工前進行現(xiàn)場藝性試驗，目的主要是調(diào)試機械設(shè)備，確定并優(yōu)化施工工藝，驗證施工技術(shù)參數(shù)的處理效果。通過振沖后標貫檢測結(jié)果，確定孔距、振密電流孔距、振密電流值、振沖水壓力、留振時間、提升速度以及振沖后砂層的物理學(xué)指標等參數(shù)。為后續(xù)大面積的施工提供安全質(zhì)量保障。

2 振沖施工方法

振沖法是一種常見的砂土地基處理方法，通過加水振動的方式能有效提高砂土地基的承載力和穩(wěn)定性，能有效減少地基的不均勻沉降[1-3]。為指導(dǎo)東人工島各區(qū)域回填砂振沖密實施工，本次試驗選定區(qū)域為東人工島一區(qū)回填砂P4 區(qū)內(nèi)15m×15m 范圍并分4 組完成，3m×3m、3.5m×3.5m各2 組。振沖試驗前，已對該區(qū)域進行標準貫入試驗檢測。

2.1 振沖施工流程

振沖施工流程圖如圖3 所示。

圖3 振沖施工流程圖

2.2 施工準備

（1）振沖前標貫檢測。工藝試驗開始前，對工藝實驗區(qū)進行了標貫檢測，根據(jù)標貫檢測結(jié)果來擬定振沖試驗的底高程。

（2）測量放樣及高程控制。清理整平施工場地，用GPS 放測孔位，施工時采用二點共振，點位梅花形布置。振沖間距分別為3 m、3.5 m 兩種規(guī)格等邊三角形布置，點位采用三角旗作為標記，施工前在吊管外側(cè)壁劃好刻度作為標尺，該標尺從吊管底部的振沖器底端為高度起算點，沿吊管的高度方向每20cm 劃一刻度，相鄰刻度之間涂紅白相間油漆。振沖施工前測量掃測出地面標高，根據(jù)吊管上的標尺在地面標高的讀數(shù)可以推斷振沖器所達到的高程。

2.3 施工步驟

（1）雙振沖器對準加固點。打開水源和電源，檢查水壓、水量、電壓并確定振沖器的空載電流。

（2）啟動吊機，為防止塌孔，使振沖器以1～2 m/min 的速度快速沉入砂層。觀察振沖器電流變化，電流最大值不得超過電機的額定電流。當超過額定電流值時，必須減慢振沖器下沉速度或停止下沉。貫入時水壓控制在750 kPa 左右。

（3）當振沖器下沉到設(shè)計加固深度時，在這一深度上留振60 s，留振密實穩(wěn)定電流值為1.5～2.0 A0（A0為空振電流）。

（4）振沖上拔。勻速緩慢上提振沖器，把水壓調(diào)至約300～400 kPa。為保證密實電流效果，每上提1.5 m，隨后下振50 cm 或上提過程按照1 m/min 的速度上提，確保達到密實電流后留振時間不少于60 秒即可持續(xù)上提，如此交替上提、留振，并記錄每次提升高度、留振時間和密實電流直至孔口處。

（5）過程填料。在振沖過程中如砂料坍塌范圍過大，應(yīng)立即組織回填砂料，以達到振沖密實效果。

（6）移孔。振沖結(jié)束，關(guān)閉水泵及振沖器，移至下一振沖孔位。

2.4 施工參數(shù)

考慮到間距和留振時間可能會對結(jié)果產(chǎn)生影響[4]，本工程設(shè)計不同間距、不同每米留振時間的四組工藝試驗，每組振沖點成正三角形布置，施工參數(shù)如表1 所示。

表1 振沖施工參數(shù)表

2.5 工藝試驗情況

按照各試驗組設(shè)定的施工參數(shù)進行振沖施工，并如實記錄水壓、下沉速度、孔深、提升速度、留振時間及各階段電流，各施工參數(shù)現(xiàn)場記錄詳見表2。

3 標貫監(jiān)測結(jié)果

工藝試驗結(jié)束后，為了檢驗該場地的地基土標準貫入基數(shù)大小，設(shè)置了編號為ZC-1、ZC-2、ZC-3、ZC-4的四個試驗孔工記20 個試驗點。檢測點底層情況為：地表以下9 m 左右為中粗砂，9 到13 m 左右為淤泥層，13 到15 m 左右為粘土層。振沖前后標貫檢測結(jié)果對比如圖4 所示。

圖4 振沖前后標貫擊數(shù)對比曲線圖

由圖4 可知，振沖密實后整體的密實效果有顯著提升，滿足表層2 m 范圍內(nèi)標貫擊數(shù)不小于8 擊，2 m 范圍以下不小于18 擊的要求。整體振沖密實效果良好地基加固效果保證率較好。

4 施工技術(shù)難題及與改進措施

施工過程中難免會遇到一些難題，本章就深中通道東人工島振沖試驗遇到的幾個重點問題進行了總結(jié)，并給出了后續(xù)改進措施以供類似工程參考。具體問題及改進措施如下：

（1）因前期堆載預(yù)壓地基處理效果較好，振沖器插入困難。

改進措施：孔口處增設(shè)輔助水管向孔內(nèi)供水，使孔內(nèi)砂土充分液化密實，加強振密效果。同時擬定合理的振沖順序，減小設(shè)備反復(fù)走動對表層回填砂的擾動。

（2）振沖過程中因線路長且多，振沖器在振沖下鉆的過程中因受到振動力的作用會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水管及電線容易纏繞在振沖桿上，影響施工。

改進措施：振沖過程中指定專人控制下沉及上拔的速度，并由人工配合梳理線路；在振沖器頂部加焊一個三角架，電線水管從中穿過以防止纏繞。

（3）振沖過程中水泵、控制臺、振沖器相距較遠導(dǎo)致控制臺下達的指令無法及時傳達。

改進措施：施工區(qū)、控制室以及水泵區(qū)指派專人值守并配備對講機，保持對話暢通，出現(xiàn)問題及時溝通處理。

5 結(jié)論

由振沖前后的標準貫入試驗結(jié)果可得到以下結(jié)論：

（1）待加固土體土性及前期軟基加固效果較為離散，在振沖之前接近但未滿足標貫擊數(shù)要求；振沖密實后整體密實效果有顯著提升，地基加固效果保證率好。

（2）根據(jù)標貫試驗結(jié)果可知，振沖點間距為3.5 m 和3 m 均可滿足密實的要求，而每米留振時間對結(jié)果影響不大，后續(xù)考慮選取第一組試驗參數(shù)作為后續(xù)施工參數(shù)，即振沖點間距3.5 m，正三角形布置，提升速度1 m/min，造孔水壓0.70～0.75 MPa，振密水壓0.3～0.4 MPa，每米留振時間60 s，密實電流大于83 A，孔底留振1 分鐘。