雙頭加氣振沖擠密法在砂質粉土地基處理中的應用

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填料振沖擠密兩種。雙頭加氣振沖擠密的工作原理是兩個振沖器在高壓水流下振沖成孔，依靠振沖器水平振動及共振效應，使砂土充分液化，地層顆粒重組固結，較大顆粒成分下沉、地層中的微粒成分、泥質成分通過氣流上浮被攜帶到表層，降低和排出地層中的泥質成分，依靠振沖器的高頻偏心振動使地基內的砂土顆粒重新排列固結，達到有效加密地基土效果。

2 工程簡況

寧波杭州灣新區慈溪十二塘圍涂工程位于杭州灣新區的北側，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粉土地基。勘察深度范圍內土層按物理力學成因可分為4個工程地質層及若干亞層。各地基土層(亞層)的巖性特征及主要物理力學性質見表1。

表1 四灶浦十二塘水閘地基土物理力學指標設計參數匯總

根據設計圖紙要求，水閘基礎土體進行振沖擠密處理，振沖擠密處理底高程－16.00m，振沖處理后的地基土標準貫入試驗擊數不應小于18擊，地基承載力標準值不小于180kPa，處理范圍見圖1。

圖1 水閘地基振沖樁位布置

3 現場工藝試驗

為給振沖法地基處理方案提供設計依據，選取工程地質條件有代表性的區域(位置見圖1)進行振沖法試驗性施工及質量檢驗，確定了合理的施工工藝。根據相鄰類似工程經驗，本工程初定施工工藝參數如下:

a.振沖間距1.5m，振密點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，反復進行)。

b.采用75kW振沖器兩臺，振沖器并聯同時施工兩個相鄰孔。

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

采用上述施工參數施工完畢18天后進行質量檢驗，檢驗點位于振沖點圍成的單元形心處。質量檢驗包括標準貫入試驗和復合地基載荷試驗。

通過標準貫入錘擊數振沖前后的變化來判別地基加密效果，同時實測標貫擊數應滿足設計要求。試驗部位標準貫入檢測結果見表2。

表2 振沖前后標準貫入檢測結果

復合地基載荷試驗過程中，各級沉降穩定、連續、無突變。承載力滿足設計要求，復合地基載荷試驗結果見表3。

表3 復合地基載荷試驗結果匯總

試驗及檢測報告說明:初定施工工藝參數滿足設計要求，工程按初定的參數施工。

4 施工工藝及質量控制

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 振沖擠密施工工藝流程

4.2 場地平整及降水

平整基坑地坪，布置井點降水和場內表面降水，滿足設備施工作業的需要。

4.3 設備就位

根據振密點間距在吊架兩端各吊掛一個相同型號的振沖器，吊機起吊振沖器對準孔位，開啟水泵，待振沖器下端噴水后啟動振沖器，開啟空壓機。

4.4 造孔與清孔

待設備運行正常后，記錄空載電流值，吊機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，直至設計深度，并始終保持振沖器呈懸垂狀態，每貫入1m，記錄一次電流、水壓和氣壓參數值。造孔終孔后，根據地層條件上下提升振沖器1～2遍，使孔內暢通。

4.5 擠密加固

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

4.6 施工質量控制重點及常見問題解決

a.加密電流和留振時間。應采用自動控制系統控制，并及時檢查其準確性。

b.振沖深度。振沖器的導管應有明顯的深度標志，通過檢查深度標志檢查振沖深度。

c.樁位標識明顯、牢固，在施工中應注意復核，保證其準確度，避免漏振。

d.當造孔時振沖器出現上下顛動或電流大于電機額定電流，經反復沖擊不能達到設計深度時，應停止造孔，并及時研究其他解決方法。

e.在振沖擠密施工過程中，局部區域地層含泥較多，泥層較厚，振沖擠密難度較大。在施工過程中，對夾泥層和含泥較多部位振沖擠密適時加大水量，并將輔助氣壓適當調高，以排出更多的泥質成分;或采取延長留振時間等措施提高振沖擠密效果。

5 質量檢測

振沖施工結束21天后，進行質量檢驗。樁間土承載力檢驗應采用標準貫入和復合地基載荷試驗等方法。振沖處理后的地基土標準貫入試驗擊數不應小于18擊。檢驗點選擇有代表性或地基土質較差的地段，并位于振沖點圍成的單元形心處。本工程共計基礎振沖擠密約10000m2，完成振沖樁5726根。根據規范設計要求，檢驗數量為振沖樁數量的1%，分別在閘室、上下游連接段基礎隨機抽取檢測點63個，進行標準貫入試驗。標準貫入試驗擊數最小18擊，最大39擊，試驗結果均滿足設計要求。地基載荷試驗閘室基礎、上下游翼墻各試驗1組，試驗結果均滿足設計要求。

6 擠密效果評價

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，地基砂質粉土物理力學性能明顯轉好，土質更均勻。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9個月，水閘的上部結構已基本完成，根據施工期變形觀測，截至2013年7月，最大沉降出現在閘室部位，最大沉降值76mm，最小沉降值出現在上游護坦部位(無上部荷載)，沉降8mm，上下游翼墻沉降分別為52mm、45mm。觀測數據滿足設計要求(設計預留沉降為200mm)。

7 結語

雙頭加氣振沖施工法已廣泛應用于錢塘江下游圍涂出海閘砂質粉土基礎的處理，本工程借鑒類似工程的經驗，簡化了振沖試驗，一次性確定了主要施工參數。雙頭加氣振沖施工法在本工程中成功應用的經驗表明:

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

b.一機多吊可以提高工效，減少占用大型吊裝機械的費用，通過加氣可防止在復雜地層中發生卡、抱振沖器和貫入困難等問題，提高了工效。

c.充分利用原土振沖復合地基既可加快施工進度，又可降低工程造價，技術、經濟優勢明顯。

d.本工程質量檢測數據表明，施工效果良好，基礎土體經9個月加載，沉降監測數據小于設計允許沉降，達到設計預期目的。■