振沖密實法在高層建筑中的應用

蔣萬平 曾湘敏

（遼寧省第七地質大隊，遼寧 丹東118003)

1 概述

丹東聚龍公園B區，是由2棟30層、2棟27層、3棟21層的建筑物組成；均設一層地下室，開挖深度-7.3m。擬采用錘擊沉管灌注樁基礎。

該場地自上而下為雜填土、可塑粉質黏土、軟塑淤泥質土、礫砂、圓礫、變粒巖所組成，-7.3m以上土層均屬于挖出深度范圍。

礫砂層是欲采用的持力層。此層的承載力標準值fak雖然達到300kPa，但由于此層是飽和狀態且與鴨綠江水呈互補關系，同時又受水位差高達3-4m的潮汐水的影響，所以在明排（由于造價與工期原因，不采用井點降水）降至開挖面下0.5m距離的過程中將會帶出很多的砂顆粒，致使礫砂層受到嚴重擾動，會出現降低fak值現象，因此不經處理不宜作為地基持力層。

圓礫層的fak為500kPa，是良好的地基持力層。此層埋深達-7.5～-11.4m，是場區內主要含水層之一，且地下水具有微承壓性，場區緊臨鴨綠江，地下水補給很充分。由于圓礫層的埋深過大和地下水的作用，所以當開挖深度大于-7.5m時，極易產生流沙、涌土現象，導致基坑塌方，造成很大的經濟負擔并拖延工期，給施工帶來極大的難度。

2 地基處理方案分析、對比及選擇

2.1 錘擊沉管灌注樁方案分析

此法是丹東地區最常用的安全可靠的方法。根據建筑物的荷載和持力層強度結合當地設備情況，確定如下設計參數：持力層為圓礫；樁徑Φ426；樁間距1.3m；單樁豎向承載力設計值R=970kN；總樁數2600根。

混凝土量及造價：0.713m3/根×2600樁×800元/m3=1483040.00元。

2.2 振沖擠密碎石樁復合地基方案分析

該場地需要加密的地基土是飽和砂層。對砂類土采用連續加填料振沖密實法，將使砂土大幅度地提高其承載能力。若采用75kN振沖器，其擠密范圍更大，單孔控制面積也較大，加填料的料徑越粗擠密效果越好。因此確認，若對該礫砂層進行加填料振沖密實，其承載力標準值完全能達到400kPa以上。

振沖密實法復合地基設計參數確定如下。

樁體進入圓礫層1倍樁徑；樁長6.0m，有效樁長5.0m；樁間礫砂承載力特征值fsk=400kPa；樁徑0.8m；置換率m=（fspk-fsk）/（fpk-fsk）=0.14；樁間距S=d/(1.051/2)=2.0m；填料為粒徑50-150mm的卵石；正三角形布樁；總樁數1500根；總延長米7500m。

造價估算：7500m×120元/m=900000.00元。

2.3 地基處理方案對比及選擇

從造價上對比：振沖密實法比錘擊沉管樁節省造價39%，即節省58萬元。

從環境保護和工期上對比：振沖密實法既無嚴重噪聲，也無煙霧污染，由于采用潛水電動機，所以雨天也能照常施工，設備和施工工藝相對簡單；而錘擊沉管樁既有嚴重刺耳的噪聲，也有嚴重煙霧污染，且在雨天不能施工。經以上對比，采用振沖密實法比錘擊沉管樁更為優越。

3 振沖密實法施工過程及質量控制

3.1 施工前進行制樁試驗確定施工技術參數。造孔電流50-100A；造孔水壓0.3-0.4MPa；加密段長度不大于0.4MPa；留振時間11s；填料量0.65m3/m。

3.2 施工過程。由汽車吊起吊振沖器，對準樁位下降至離孔口300mm以內，啟動清水泵供水，待水壓、水量達到要求時，啟動振沖器進行造孔。當達到造孔電流和加密深度后清孔2次，此時振沖器提離孔底300-500mm，由裝載機向孔內分段填入卵石料，依靠振沖器的水平振動力，不僅將孔內的卵石料振密，還不斷地將填料擠入孔壁土中，在樁徑擴大的同時對樁間砂土進行振密。當電流達到規定值時，控制系統則及時發出信號，這時樁和樁間砂土仍繼續加密，當達到留振時間，時間繼電器又自動發出信號，標志該段次的填料加密過程完成。如此反復進行直至孔口成樁。

3.3 質量控制。要保證振沖密實法的質量，必須控制好加密電流、留振時間和填料量。首先要控制好加料振密過程中的加密電流，注意不要把振沖器剛接觸填料的一瞬間的電流值作為加密電流。只有讓振沖器在固定深度上振動一定時間（留振時間）而電流穩定在某一數值，這一穩定電流才能代表填料的密實程度。要求穩定電流值超過規定的加密電流值，該樁體才算制作完畢。其次，要控制好填料量。施工中加填料不宜過猛，要勤加料，但每批不宜加得太多。值得注意的是，在制作最深處樁體時，為達到規定加密電流所需的填料遠比制作其他部分樁體多，這是因為開始階段加的料有相當一部分在從孔口向孔底下落過程中被黏留在某些深度的孔壁上，只有少量能落到孔底；另一個原因是如果控制不當，壓力水有可能造成超深，從而使孔底填料量劇增。

4 檢測與檢驗

4.1 根據圓錐動力觸探（N63.5）檢測結果判定承載力情況

施工期間采用圓錐動力觸探（N63.5）對樁體及樁間砂土進行檢測，其抽檢結果樁體和樁間砂土呈密實狀態。

樁間礫砂承載力標準值fsk。中小平均擊數N63.5=16擊/10cm，其對應fsk可達600kPa，比振密前礫砂承載力（300kPa）提高2倍。

碎石樁體承載力標準值fpk。中小平均擊數N63.5=43擊/10cm，其對應fsk可達1000kPa，比設計承載力（650kPa）提高1.53倍。

復合地基承載力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×1000+(1-0.14)×600=656kPa，比設計（400kPa）提高1.64倍。

4.2 平板載荷試驗檢驗結果分析計算

由于加荷體不足的原因，平板載荷試驗未能加到極限荷載。

分析散體樁承載力標準值fpk。從S-Q曲線分析，曲線呈直線變形階段，無明顯拐點，因此取沉降量S=12mm所對應的荷載值作為fpk。此時1#、2#、3#樁 體 對 應fpk分 別 為1400kN、1200kN、610kN，極差小于30%，所以取平均值1070kN，樁體截面積為0.5m2，fpk=1070×2=2140kPa。

分析計算樁間土的承載力標準值fsk。從SQ曲線分析，曲線呈直線變形階段，無明顯拐點，因此取沉降量S=15mm所對應的荷載值作為fsk。此時1#、2#、3#樁間土fsk分別為700kN、390kN、700kN，極差大于30%，所以平均值乘折減系數0.78，即fsk=563×0.78=439kPa。

計算復合地基承載力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×2140+(1-0.14)×439=677kPa，比設計（400kPa）提高1.69倍。

5 結論

5.1 飽和的樁間砂土，經強烈振動，其孔隙大為減小，同時將振動產生的超孔隙水壓力的水迅速由碎石樁體排出，孔隙水壓力隨之減小，砂顆粒重新排列密實，從而減小沉降減小沉降，提高承載能力。

5.2 對砂類土，采用振沖加填料法比不加填料實密法，提高承載力福度更大。這是由于在填料振密過程中，粗骨料和樁間礫砂形成良好級配所致。

5.3 平板載荷試驗結果與動力觸探檢測結果基本相等。因此，對振沖法，采用動力觸探檢測是一種可靠、簡便、快速、低成本的方法，可以取代耗時，耗資、笨重的平板載荷試驗。

5.4 振沖碎石樁復合地基，也和其他地基處理法一樣，存在適合于它的前提條件。但只要經處理后的地基承載力大于上部建筑物的荷載值，不管多高的樓層都可以采用。

[1]何文訥.振沖碎石樁復合地基[J].北京：人民交通出版社,2001.