振沖碎石樁在海上防波堤工程中的應用

項國玉，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

大連長興島北防波堤工程全長4252 m，位于葫蘆山灣口北端，三面環山，西、西南及西北均無掩護，施工過程中受風浪影響很大，見圖1。

K1+560.60m～K1+859.70 m 及 K2+347.76 m～K3+551.50 m段地基②1粉細砂層為液化土層，地基采用振沖擠密碎石樁進行處理。振沖碎石樁施工技術應用于外海作業，沒有成熟的工藝和經驗可以借鑒，因此，通過北防波堤工程探索和開發了能夠適應外海施工的新工藝，并在實際施工過程中進行總結和完善。

1 工程地質條件

K1+250 m～K4+252 m段各土層的物理力學指標如表1所示。經砂土液化判別結果顯示，液化點多分布于淺部，其中①2、①3為部分液化土層，②1大部分為液化土層，②2粉土為局部液化土層，綜合判別勘區局部存在可液化土層，液化等級為輕微～中等。

表1 K1+250 m～K4+252 m段各土層物理力學指標

2 技術要求

設計采用振沖碎石樁處理軟弱地基，加固區內地基在7度地震設防條件下不液化。設計參數取值如下：

圖1 工程平面圖

1）布樁形式及范圍。振沖碎石樁采用正三角形滿堂布樁形式，施工范圍分為K1+560.60 m～K1+859.70 m及K2+347.76 m～K3+551.50 m兩段，其中K3+147.48 m～K3+551.50 m段內外側均處理（如圖2），其余段僅處理外側。振沖擠密碎石樁地基處理總范圍為1503 m×27.5 m（兩側為 47.5 m）。

2）碎石樁平均樁徑為1.0 m；樁間距為2.5 m，正三角形布置，樁長約為10.0 m；振沖器功率不小于75 kW。

3）碎石用料規格要求：本工程所用樁體材料為堅硬，具有一定的強度，水穩定性好，不易風化，級配良好且含泥量不大于5%的碎石；5mm以下顆粒不大于25%，100～150 mm塊徑含量不大于15%，最大粒徑不大于150mm。

4）碎石樁總數為10522根，合計101783 m，碎石用量共82667 m3。

3 船機設備

主要船機設備如表2所示。

表2 主要船機設備

4 施工關鍵點

4.1 作業面的布置

方駁的右舷布置2臺50 t履帶吊，電動柜、發電機和油桶等存放于吊車附近，導桿和振搗器等放于船的左舷。考慮到船舶的穩定性，在船的中部，靠近左舷的位置放置了100 t的配重塊（見圖3）。

圖2 碎石樁斷面圖

圖3 施工作業面布置圖

這種布置的優點在于：

1）實現了1臺方駁布置2組打樁設備的想法，且布局非常合理，作業面整齊，易于文明施工和安全管理。

2）2臺履帶吊布置在同側船舷，2組打樁設備采用1條拋石船供料，提高了施工進度和效益。

3）2臺履帶吊布置于同舷而不在同一軸線上，保證了同舷一起作業且不相互干擾，與設計布樁形式較好地進行了統一。

4）吊車同舷布置，每排碎石樁只需絞錨移船，測量定位1次便可打設完成，大大提高了施工效率。

5）吊車在施工中雖然給船舶造成了偏載，但增加的配重塊解決了偏載問題，同時也提高了船舶的穩定性。

4.2 海上投料工藝

借鑒其它工程水上打設碎石樁的上料裝置（固定式上料裝置），結合本工程施工條件（水流大，受風浪影響大等），自行設計了滑動+浮筏式上料裝置（如圖4）。通過現場實踐證明，整個上料設備使用情況較為理想，既擁有固定式上料裝置的優點，又擁有以下獨特的優點：

圖4 滑動+浮筏式上料裝置圖

1）倒料斗底部的滑道方便倒料斗的移動和上料。

2）倒料斗呈現漏斗形，減少了石料的損失，并使石料準確地溜進護筒里。

3）吊車大小鉤同時吊住振搗器和下料筒，保證了下料筒移動與振沖器導桿同步，并始終保持二者相對位置不變，這樣可保證填料的準確性。

4）下料護筒和振沖器合為一體，移位容易，節約了大量非作業時間，提高了施工效率。

5）倒料護筒底部采用鋼板網，網眼大小適中，確保石料下落過程中不外泄。同時網眼可以使孔內返漿無障礙逸出，保證成孔和清孔質量。

6）考慮到水力作用，采用網眼護筒有利于其與振沖器導桿保持穩定的相對關系。

7）護筒采用可拆式的鉸鏈組合。這樣在起吊設備及維修時可減少設備裝卸的工作量。

8）倒料護筒分兩節，之間采用滑動連接，護筒不受潮位變化的影響，護筒底部始終延伸至海底面，可最大限度減少孔外損耗。

4.3 施工參數的控制

本工程地基處理的目的為在7度地震烈度下防波堤地基不發生液化，參考陸上施工同等條件和要求的施工參數，通過試驗及典型施工，確定施工控制參數如表3所示，檢測加固效果滿足要求。

表3 振沖碎石樁施工控制參數

5 海上振沖碎石樁施工工藝

5.1 施工工藝流程

本工程施工工藝流程見圖5。

圖5 振沖碎石樁施工工藝流程圖

振沖碎石樁打設示意圖如圖6所示。

圖6 振沖碎石樁打設示意圖

5.2 施工方法

1）在臨時碼頭將施工設備安裝并固定在方駁上，使用拖輪將方駁托運到施工區域。

2）駁船測量定位：利用GPS定位，引導駁船就位后，利用樁位與船體參考線的對應關系，可相應確定出樁位，起吊振沖器對準樁位。

3）上料船就位：上料船根據施工要求，確定出與方駁之間的位置關系，通過漁船將2根尼龍纜繩固定在打樁船上并下好反側錨纜，通過纜繩來實現上料船的就位和撤離。

4）造孔：振沖造孔深度應至樁底標高上30～50 cm處。

①振沖器對準樁位，啟動振沖器，待振沖器運行正常后開始造孔，下沉速度為1.0～2.0 m/min，使振沖器徐徐貫入土中，直至設計的樁底標高；

②施工時需清孔1～2次，清孔時設備提升速度不宜過快；

③由于振沖器與導管之間有橡膠減震器聯結，因此導管有稍微偏斜是允許的，但偏斜不能過大，防止振沖器偏離貫入方向。

5）加料方式與加密段長度：

①造孔基本完成時，上料船應及時到達，振沖器造孔至設計深度時，向上提高2.0～2.5 m，利用上料船上的挖掘機向集料斗內添加石料，通過導料管送至水下孔口；

②對于振沖樁體的加密，為保證孔內有0.5 m加密樁體的加料量，每次提升振沖器應在1.5～2.0 m左右。

6）振沖加密：采用連續填料制樁工藝，制樁時應連續施工，加密從孔底開始，逐段向上，中間不得漏振；當達到規定的加密電流（或加密油壓）和留振時間后，將振沖器上提繼續進行下段加密，每段加密長度應符合要求。

7）重復上一步驟工作，自下而上，直至加密到設計要求的樁頂標高。

8）關閉振沖器，制樁結束。

9）整理施工記錄。

10）駁船或吊車移位進行下一根樁的施工。

6 碎石樁的檢測

6.1 檢測方法及要求

樁間土為標準貫入度檢測，檢測標準為相對密實度達到0.7，且未經桿長修正標貫擊數在0～2 m點位≥7擊，3m、4 m、5 m點位≥9擊，6 m、7 m點位≥10擊，8 m、9 m點位≥11擊，10 m點位≥12擊。樁體為重型動力觸探檢測，檢測標準為樁體相對密實度達到0.7，且動力觸探擊數應≥10擊。檢測數量為樁間土40根，樁體40根。

6.2 檢測結果

整個檢測區域振沖碎石樁樁體重型動力觸探實測擊數為10～22擊，平均實測擊數值為13.8擊，每個檢測點的實測擊數均大于檢測標準，所以檢測振沖碎石樁樁體質量均合格；振沖碎石樁樁間土標準貫入試驗實測擊數均大于檢測標準，振沖碎石樁樁間土（粉砂層）質量滿足檢測標準，檢測振沖碎石樁樁間土質量均合格。綜上所述，本工程施工質量合格，符合設計要求和規范規定。

7 結語

海上振沖碎石樁在大連長興島北防波堤工程中的成功應用表明，海上振沖碎石樁適用于組成性質不同的多層軟土地基施工，可有效地解決軟土地基液化問題。

[1]鄒啟才.碎石樁加固液化地基抗液化研究及存在問題[J].山西建筑，2009（31）：117-118.

[2]姚育林.振沖碎石樁加固軟基工藝[J].山西建筑，2003（3）：46-47.

[3]蘇培仁.碎石樁在軟弱地基中的應用 [J].山西建筑，2003（3）：56-57.