無填料振沖法地基處理在粉土中的應用

張金剛，劉 健

（1.山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.濱州市沾化區交通運輸局，山東 濱州 256800）

引言

無填料振沖法是加固軟弱砂性土地基的一種常用地基處理方式，具有工藝簡單、施工便捷、效果顯著、經濟實用等優點。現有《地基處理手冊》[1]及相關行業規范[2-3]對無填料振沖法地基處理的適用條件作出了嚴格的限制：“不加填料的振沖密實法僅適用于處理黏粒含量＜10%的粗砂、中砂地基”，使其應用范圍受限。

近年來，通過國內外學者的不斷研究和實踐，無填料振沖技術也逐漸在加固飽和粉細砂及吹填細砂地基中得到推廣應用，例如，上海國際航運中心洋山深水港區一期工程[4]、唐山港曹妃甸港區礦石碼頭工程、煤碼頭工程[5-6]和以色列阿什杜德港等工程項目[7]均通過對振沖器功率、頻率振沖水壓和水量、振沖密實電流和留振時間的改進，使得無填料振沖技術處理較低黏粒含量的粉細砂地基取得良好的效果。

隨著經濟社會的發展，土地資源匱乏的矛盾日益突出，越來越多的港口項目采用疏浚吹填的方式形成陸域。傳統港口往往優先選擇建港條件較好的基巖質及砂質地基，其吹填后形成的陸域采用無填料振沖法進行地基處理是適宜的。但是海岸線是不可再生資源，自然條件優越的天然良港岸線已經逐漸飽和，越來越多的港口選擇建在了傳統認為不太適宜建港的地區。這些地區的疏浚土多以粉土為主，目前針對粉土地基通常根據不同情況采用加填料振沖、強夯、強夯置換等處理方式。一般不建議采用無填料振沖法，該方法處理粉土地基的理論研究和工程應用均較少。如果將更加經濟高效的無填料振沖法推廣到低黏粒的粉土地基中進行應用，將具有非常廣闊的前景和價值。

1 工程概況

濰坊港中港區位于濰坊市區北部，隨著山東半島藍色經濟區和黃河三角洲高效生態經濟區規劃的逐步深入實施，近些年，地處兩大戰略區疊加帶的濰坊港取得了長足的發展。港口輔建區項目位于濰坊港中港區內，場地長度約300 m，寬度約200 m，采用無填料振沖法處理地基，地基處理總面積約為6.0 萬平方米。

2 工程地質

本工程場地原為海域，現經過人工吹填形成陸域，經鉆探揭露，該場區在勘探深度范圍內所揭露的地層主要由第四系人工吹填土、第四系海相沉積粉土組成。自上而下：（1）①層吹填粉土（）。灰黃色，稍密- 中密，很濕，搖震反應迅速，主要成分石英、云母次之，手捏砂感強，局部夾粉砂薄層，為近期人工吹填。場區普遍分布，厚度：2.00 ～6.20 m，平均4.40 m；層底標高：-1.18 ～2.83 m，平均0.45 m；層底埋深：2.00 ～6.20 m，平均4.44 m。（2）②層粉土（）。灰褐色，稍密-中密，很濕，搖震反應迅速，偶見貝殼碎屑，土質較純，局部相變為粉砂。場區局部鉆孔缺失該層。厚度：0.50 ～2.90 m，平均1.20 m；層底標高：-2.68 ～0.91 m，平均-0.66 m；②-1 層底埋深：4.00 ～7.50 m，平均5.49 m。（3）層粉質黏土（）。灰黃色，濕，呈可塑-軟塑，以軟塑為主，切面光滑，干強度低，韌性中等，該層主要為吹填土與原始海底的過渡層，且局部為淤泥質粉質黏土。屬中- 高壓縮性土，場區局部分布，厚度小。厚度：0.50 ～1.30 m，平均0.84 m；層底標高：-1.89 ～2.23 m，平均-0.47 m；層底埋深：2.60 ～6.80 m，平均5.24 m。（4）③層粉土（）。灰黃色，稍密- 密實，很濕，搖震反應迅速，土質均勻，局部含粉砂較多。場區普遍分布。該層未穿透，最大揭露厚度8.0 m。從地勘資料描述的手捏砂感強，局部夾粉砂薄層、部相變為粉砂、局部含粉砂較多等特征可以得出本工程粉土地基黏粒（粒徑＜0.005 mm）含量較低，粉砂含量較高。

3 地基處理技術要求

（1） 地基承載力： 地基承載力特征值≥150 kPa；（2）壓 實 度：0 ～80 cm 范 圍 內≥93%，80 cm 以下≥90%；（3）地基處理深度：處理深度10.0 m，且達到原海底面以下1.0 m。

4 施工工藝及參數

4.1 振沖點布置

正式施工前應預先選取試驗段進行典型施工，選取最適宜的施工參數進行大面積無填料振沖法施工，振沖點間距暫定為2.4 m，正三角形布點，振沖點布置見圖1。

圖1 振沖點布置/mm

4.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

4.3 主要設計參數

（1）地基處理深度：加固深度為10.0 m，且達到原海底面以下1.0 m；（2）振沖方式選擇三點共振；（3）振沖點間距為2.4 m，采用正三角形（即梅花形）布點；（4）振沖貫入速度為1 ～2 m/min，上拔速度為3 ～5 m/min；（5）水壓為0.2 ～0.6 MPa，確保可以使粉土液化即可；（6）留振時間：到底部時留振時間為30 s，孔口留振時間為30 s，其余每段留振時間為8 ～10 s；（7）振沖器每段提升間距為0.5 m。

5 地基處理檢測結果分析

5.1 承載力檢測

采用淺層平板載荷試驗檢測地基承載力，在場區選取具有代表性的三個點，采用變長1.5 m 的方形壓板，最大加載量為305 kPa，試驗結果見表1。

表1 淺層平板載荷試驗地基承載力檢測結果

根據承載力檢測試驗結果，處理后的地基承載力特征值≥150 kPa，滿足設計要求。

5.2 壓實度檢測

根據室內擊實試驗得出場地吹填粉土的最優含水率為15.1%，對應的最大干密度為1.65 g/cm3。采用現場灌砂法試驗進行壓實度檢測，測定層厚度100 ～150 mm，灌砂桶直徑100 mm，檢測結果見表2。

表2 灌砂法試驗壓實度檢測結果

根據壓實度檢測結果，處理后的地基滿足0 ～80 cm范圍內壓實度≥93%，80 cm 以下壓實度≥90%的設計要求。

5.3 標貫試驗

采用標準貫入試驗檢測場區土層的均勻性，選取6 個鉆孔分別進行無填料振沖前、后的標準貫入試驗，經桿長修正后的標準貫入試驗結果見表3、表4。

表3 無填料振沖前標準貫入擊數統計

表4 無填料振沖后標準貫入擊數統計

無填料振沖前地基標貫擊數范圍為3.5 ～6.0，處理后為9.0 ～15.0，有較大幅度地提高。為了更直觀地反映無填料振沖前、后場地標準貫入擊數變化情況，繪制標準貫入擊數平均值與鉆孔深度折線，見圖3。

圖3 振沖前、后標準貫入擊數平均值變化

通過圖3 可以看出，除深度5.30 m 處標貫擊數平均值偏低外，其他深度的土層均得到了有效加固。這是由于深度5.30 m 處的5、6 號試驗點存在“②-1層粉質黏土（Q4mc）”，導致其振沖后標貫擊數平均值偏低，這也驗證了無填料振沖法不適用于處理粉質黏土。

6 結語

（1）對于以粉土、粉砂為主的地基，通過對傳統無填料振沖處理工藝進行改進，可以嘗試采用無填料振沖法進行處理。（2）傳統無填料振沖工藝多為單點振動，對細顆粒土處理效果不佳，研究表明采用多點共振（或脅迫）無填料振沖法可以克服粉細砂不易塌孔的難題[5]。本工程采用三點共振，實踐證明該方法同樣適用于以粉土、粉砂為主的沖填土，這也是地基處理成功的關鍵。（3）應根據具體情況，通過典型試驗最終確定無填料振沖法的適用性，并對施工參數進行優化。