振沖密實法處理吹填砂地基的現場試驗研究

吳民暉 劉海旺

（1、民航機場規劃設計研究總院有限公司，北京 100011 2、福建兆翔機場建設有限公司，福建 廈門 361000 3、機場工程安全與長期性能交通運輸行業野外科學觀測研究基地，北京 100011）

振沖法是20 世紀30 年代由德國的謝·施托伊曼（S·STUERMAN）首先提出的。我國于1976 年開始研究振沖法，由于該法具有工藝簡單、施工便捷、工期短、經濟實用和效果顯著等優點，在全國各地得到了廣泛的應用[1-2]。我國相關學者和專家對振沖技術進行大量的研究。例如：何開勝[3]等通過對長江下游新吹填松散粉細砂振沖密實試驗，分析總結適用于吹填粉細砂的振沖密實設計參數、施工工藝和質量控制方法。周健[4-6]等針對無填料振沖法加固飽和疏松粉細砂地基的有效性和工藝參數，總結振沖密實粉細砂施工工藝發展及存在的問題。蘇榮臻[7]以上海某工程研究了不同功率振沖器、兩種施工工藝、振沖參數等對于粉細砂地基振沖經驗。葉觀寶[8]等通過現場孔隙水壓力監測試驗得出振沖液化時間與留振時間的關系，留振時間與深度和土性有關。

目前通常將振沖法分為振沖置換和振沖密實兩個類型。振沖置換為加入石塊、碎石等散體材料形成樁體以置換一部分地基土，從而提高地基承載力；振沖密實法為依靠振沖器的強力振動使地基土液化，孔隙減少，從而提高地基承載力。一般來說振沖置換適用于粉細砂或黏性土等細顆粒的地基，振沖密實適用于粗砂或者中砂地基。考慮振沖加固效果與顆粒組成密切相關，關于振沖密實施工參數和適用性也要通過現場試驗確定。因此，本研究通過在某吹填海砂場地開展不同分區（不同樁體間距、方式和振沖器型號）的振沖密實加固試驗，現場大面積施工后檢測，加固效果滿足設計要求。

1 工程概況

試驗區地基概況：

試驗區位于東南沿海某陸域形成吹填場地，毗鄰東海，場地抗震設防烈度為7 度，場地基本地震動加速度反應譜特征周期值Tg 為0.45s，基本地震動峰值加速度值為0.15g，所屬設計地震分組為第三組。

陸域形成吹填料為灰黃～灰白色中粗砂，中細～中粗粒砂狀結構，成分以石英為主，含量一般為85%～90%，含泥量一般＜10%，其他為云母及貝殼。吹填海砂厚度11m～12m，根據室內試驗，主要物理力學性質如表1 所示。

表1 海砂主要物理力學性質匯總表

2 振沖現場試驗方案

振沖現場試驗根據樁體間距、布點方式和振沖器型號分為6 個試驗區，振沖試驗區設計參數如表2。振沖處理完成后應進行場地平整、然后進行滿夯（強夯能級為1000kN kN·m）補強處理。

表2 振沖試驗區設計參數

3 振沖加固效果

不同振沖試驗區施工過程中進行高程測量，采用標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、波速試驗和平板載荷試驗進行現場檢測，成果如下：

3.1 振沖處理沉降量

由于振沖施工速度較快，且施工過程中振沖點周圍土體呈半流態，實施沉降過程監測難度較大，通常情況下采用施工前后對照的方式進行土體沉降觀測。振沖施工過程中沉降量測量結果如表3 所示。

表3 振沖處理試驗區沉降匯總表

3.2 標準貫入試驗結果

分別在振沖前后對不同試驗區進行了標準貫入試驗檢測，典型試驗區標準貫入擊數曲線見圖1（鑒于篇幅限制，以振沖3 區為例表示）。

圖1 振沖處理前后標貫試驗對比（樁體間距為2.5m、雙擊共振）

振沖處理前后的標貫試驗結果表明: 不同振沖試驗區表現出相似的變化規律，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值大幅度提高。振沖1 區～振沖6 區，振沖處理前全深度標貫擊數當量值介于17.44 擊～19.75 擊，分別為18 擊、19.75 擊、17.44 擊、18.61 擊、17.5 擊和18.94擊；振沖處理前全深度標貫擊數當量值介于26.61 擊～38.36 擊，分別為30.22 擊、27.78 擊、38.36 擊、26.61 擊、30.06 擊和32.94 擊；振沖處理前后全深度標貫擊數當量值增加幅度介于40%～119 %，分別為67%、40%、119%、42%、71%和73 %。根據振沖處理前后標準貫入試驗檢測，振沖3 區（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），可以達到最好的處理效果。

3.3 重型動力觸探結果

分別在振沖前后對不同試驗區進行了重型動力觸探檢測，典型試驗區重型動力觸探擊數曲線見圖2（鑒于篇幅限制，以振沖3 區為例表示）。

圖2 振沖處理前后重探檢測對比（樁體間距為2.5m、雙擊共振）

振沖處理前后的重型動力觸探試驗結果表明: 不同振沖試驗區表現出相似的變化規律，振沖后吹填砂全深度重型動力觸探擊數當量值大幅度提高。振沖1 區～振沖6 區，振沖處理前全深度重型動力觸探擊數當量值介于6.63 擊～8.7 擊，分別為7.19 擊、8.7 擊、6.63 擊、7.44擊、7.91 擊和7.47 擊；振沖處理前全深度重型動力觸探擊數當量值介于15.12 擊～18.2 擊，分別為17.09 擊、16.32 擊、16.97 擊、15.12 擊、18.2 擊和17.11 擊；振沖處理前后全深度重型動力觸探擊數當量值增加幅度介于88%～143 %，分別為137%、88%、143 %、103%、130%和129 %。根據振沖處理前后重型動力觸探試驗檢測，振沖4 區（即樁體間距為2.5m、單擊共振），全深度重型動力觸探擊數當量達到最大值（18.2），振沖3 區（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），全深度重型動力觸探擊數當量增加幅度達到最大值（143%）。

3.4 波速結果

除標準貫入試驗和重型動力觸探外，在振沖處理前后對不同試驗區還進行了波速監測，振沖處理前后波速值如表4所示。

表4 吹填地基強夯處理前后波速值對比表

振沖處理前后的波速測試結果表明:不同振沖試驗區表現出相似的變化規律，振沖后吹填砂波速平均值大幅度提高。振沖1 區～振沖6 區，振沖處理前波速平均值介于185m/s～207m/s， 分 別 為192 m/s、187m/s、185 m/s、215 m/s、205m/s 和207m/s；振沖處理前波速平均值介于244 m/s ～249 m/s，分別為248 m/s、245 m/s、249 m/s、244m/s、246 m/s 和248 m/s；振沖處理前后波速平均值增加幅度介于13%～35 %，分別為30%、31%、35 %、13%、20%和19%。根據振沖處理前后波速試驗檢測，振沖3 區（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），振沖處理前波速平均值可達到最大值249 m/s，全深度前波速平均值增加幅度達到最大值35%，加固效果最好。

4 結論

根據以上不同分區振沖試驗、沉降量、效果評價（標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、波速測試）、場地適用性及施工便利性，振沖處理吹填砂地基綜合評價如下（表5）：

表5 吹填海砂地基振沖處理技術對比分析表

4.1 不同振沖試驗區（振沖1 區～振沖6 區），平均沉降量介于412mm～531mm，分別為515mm、507mm、531 mm、469mm、412mm 和451mm。其中振沖3 區（樁體間2.5m、雙擊共振）沉降量為最大值531mm。

4.2 通過標準貫入試驗、重型動力觸探試驗及波速測試檢測，當樁體間距為2.5m、雙擊共振可達到理想的處理效果。

4.3 標準貫入試驗、重型動力觸探試驗和波速測試測試均具有檢測速度快，經濟性高的特點。但是，振沖處理后，重型動力觸探試驗不能進行全深度檢測（最大檢測深度約9m），不能滿足吹填砂全深度檢測的要求。因此，建議振沖處理地基檢測采用標準貫入試驗和波速測試驗檢測方法。