振冲密实法在嵩屿二期工程地基处理中的应用

朱子文

（中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350003）

1 工程概况

1.1 振冲密实工程项目及部位

该工程为厦门港嵩屿港区二期岸壁工程B标段工程项目，为10万吨级集装箱码头，其码头主体结构为2 653 t重力式沉箱结构，码头后方采用将淤泥清除干净后全部回填中粗砂置换的方式，因此，后方地基回填砂需作振冲密实处理，以达到地基处理要求。

1.2 回填砂性质

码头后方回填砂是由皮带运砂船乘高潮抛填，并于低潮时使用推土机、装载机等机械推平、堆高至设计标高而形成的。回填砂为中粗砂，含泥量＜3%，φ≥30°。

1.3 振冲密实处理范围及规模

振冲密实处理范围为长约600 m，宽约340 m，总面积约204 000 m2，设计有效振冲深度约20 m，即由-12.6 m至+7.4 m。但考虑振冲处理密实后砂面沉降，且为保证砂基表层密实效果，根据以往类似砂基密实处理经验，将回填砂面标高提高了0.6 m，故实际振冲深度达20.6 m。振冲深度小于20 m的按砂层实际深度处理。

1.4 振冲密实处理的设计要求

设计要求在振冲密实砂施工完成后两个星期进行现场CPT静力触探（连续测）、标准贯入试验（沿深度方向每2.0 m进行1次）检验回填砂振冲加固处理效果，要求回填砂锥尖阻力≥6 MPa、平均标贯击数≥20击（浅层3 m≥18击），最低标贯击数不小于15击（且不超过5%），以达到后方堆场承载力要求。检验点数：标贯检验按300个振冲点选择1个孔；静力触探按5个标贯试验选择1个孔。

2 振冲设备选择

根据回填砂性质及振冲密实设计要求，结合以往类似工程经验，选用了ZCQ-100大功率振冲器及相匹配的水泵，水压为400～600 kPa，水量为200～400 L/min，扬程可达108 m。采用50 t履带吊起吊振冲设备进行施工，振冲管长22 m，200 kW发电机进行发电施工。振冲器技术性能参数见表1所示。

表1 ZCQ-100型振动器技术参数表Table 1 Technical parameters of ZCQ-100 vibrator

3 试验段施工

按规范规定，正式施工前必须进行试验。通过试验，选择合理的振点布局、点距、振密电流、留振时间等各种施工技术参数；同时检验施工机具的性能及适应性。振冲试验区选择2.5 m、3 m、3.5 m三种间距，如图1所示，面积约4 590 m2，按等边三角形布置振点。

图1 振冲试验区域布置图Fig.1 Layout of the vibro test area

3.1 振冲点布置

振冲点按等边三角形布置，并在每个点的位置上做上标记。

3.2 振冲工艺流程

①清理、平整布置场地→②施工机具就位，振冲器对准桩位→③振冲成孔，造孔速率为8～10 m/min→④振冲器到达设计深度后，留振30 s→⑤利用振冲器的强力振冲和喷水，使孔内振冲器周围和上部砂土逐渐塌陷，并被振密→⑥上提振冲器（每次上提高度为0.5 m），并保持留振30 s→⑦按上述5、6步骤反复由下至上逐段振密至设计标高→⑧二次成孔至设计深度→⑨二次振冲至地面，完成。

3.3 振密控制电流

注意观察振冲电流变化，每提一次振冲器，一般密实电流应超过空载电流25 A以上，表示该深度砂已振密，本工程振密电流100～120 A左右。

3.4 振冲后砂基检测

3.4.1 检测点

本工程根据检测要求及现场实际情况检测点如图2所示。标贯检测点ZK1～ZK7共7个点；静力触探检测点JT1～JT7共7个点。

图2 振冲试验区域检测点位置图Fig.2 Location plan of thetest pointsof vibro test area

3.4.2 试验检测

1） 标贯检测数据见表2。

表2 试验区标贯检测数据表Table 2 Standard penetration test data of the test area

2）静力触探检测数据见表3。

表3 试验区静力触探检测数据表Table 3 Cone penetration test data of thetest area

3.5 试验段结论

陆上振冲砂2.5 m间距的钻孔平均标贯为22.8击，平均静力触探为8.85 MPa；3 m间距的钻孔平均标贯为23.2击，平均静力触探8.58 MPa；3.5 m间距的钻孔平均标贯为24.3击，平均静力触探7.71 MPa，均满足设计要求。

通过对比分析，2.5 m施工间距重复密实区域过多，振冲速度较慢，存在个别孔无法振冲至设计深度；3 m施工间距各项参数基本与设计要求吻合；3.5 m施工间距留振时间较长才能达到密实电流，振冲密实质量较难控制。

因此，本工程振冲砂密实均选取3 m孔距为施工间距；振冲器空载电流为70～80 A，密实电流为100 A以上；留振时间在20 s后电流基本无变化，留振时间控制在20～30 s。

4 正式施工存在问题及说明

试验段完成后，得出技术参数的基本结论，以指导正式施工。但试验段施工是短暂施工过程，在正式施工中还遇到以下问题。

4.1 密实电流及留振时间

密实电流可以反映砂基加固的密实程度，在试验确定电流值后须严格按照密实电流值控制，在施工中要避免将瞬时电流误作密实电流而过早提升振冲器；另外留振时间要控制到位，本工程控制在20～30 s，时间过短，则砂层未密实。密实电流及留振时间两者是密切关联的，在留振时间内关注密实电流变化，电流变化基本稳定则密实效果较好。

4.2 振冲贯入困难

在振冲过程中经常遇到振冲10～15 m左右即出现停滞不前的现象，电流骤升，贯入困难。经多次观察，发现振冲器在表层干燥、湿度不饱和的砂层中作业，水向下冲射时，水向孔壁四周渗透较快，在一定深度就已耗尽，没有水力的冲切，单纯依靠振冲器的激振力作用形成只振无冲的状态，因而难以下沉。对此可从两方面加以改进，一是乘潮作业，改变工作时间，充分利用每天两个高潮时间，每班乘潮作业有效时间5～6 h，这样砂层可以充分被海水浸没饱和；二是在振冲器外侧增加冲水管，一般对称增加两根，增加射水强度。经改善效果明显而且振点口径增大，口径周围裂纹增多，砂粒明显向振点孔内塌落，填充挤密，每一振点的作业时间相对缩短，效率增加。

4.3 上拔控制

本工程设计是不需填料的，受高压水的冲击和振冲器的振动形成塌孔自动填料，但该部分填料有限，因而在到达设计标高进入上拔过程中要降低水压，使孔洞能够充分密实，一次上拔只是初次密实，有些地方没有形成塌孔，二次上拔一般可不到设计标高就开始上拔，可比设计标高高1～2 m，但两次上拔都需要在离地表3 m深度附近进行2 min左右的反复抽插，使其周围充分坍塌。

5 施工体会

1） 采用大功率振冲器。在含泥量低的中砂或中粗砂层中，有条件应尽量选用大功率振冲器，不仅激振力大，振冲效率高，挤密质量可靠，而且作用半径大，可增大点距，减少振冲点数，既可以加快工程进度，也可进一步降低工程成本。

2） 水量和水压非常重要。本工程利用高潮时间振冲作业，并且增加射水管，完全浸水饱和的中粗砂层颗粒比重减小，稍经振动即可液化，砂土中的粗、中、细颗粒在水中易于流动移位，重新排列组合，孔隙减少。在自行坍塌的基础上辅以射水，并安排人工用铁铲翻动充填，可以取得贯入、振密、耗电少、工效快、密实均匀可靠的效果。

3）密实电流及留振时间控制。密切关注密实电流变化，严格控制留振时间。

4） 必要时加填料。利用不加填料的振冲法进行中粗砂的振冲密实，具有施工简便、密实效果好、能量利用合理、生产效率高等特点，能有效提高地基承载力，减少沉降量，增加地基稳定性和提高抗液化能力。但是当个别砂层含有淤泥或者淤泥夹层较多时，将出现不论留振时间多长，密实电流也上不去的问题，因此该法受回填砂质量的影响较大，在必要时还是需要增加填料。

5）本工程振冲后平均沉降达60 cm以上，在施工过程中由于施工方法的多样性和砂质的不均匀性使得砂的密实性不均匀，产生振冲前后地表沉降量不均匀是不可避免的。

6 结语

在重力式码头后方基础处理中，采用大开挖清淤后回填砂，再进行振冲密实。本文通过对厦门港嵩屿港区二期岸壁工程B标段项目的后方陆域振冲密实砂施工实践总结，介绍了从振冲试验施工开始至正式施工的工艺方法以及在施工过程中遇到的问题及解决方法与体会，可为同类项目设计与施工提供参考。

[1] JGJ19—2012，建筑地基处理技术规范[S].JGJ19—2012，Technical codefor ground treatmentof buildings[S].

[2] JTS147-1—2010，港口工程地基规范[S].JTS147-1—2010，Codefor soil foundation of port engineering[S].

[3]张军.振冲挤密砂桩施工技术在大西洋沿海地区沙滩地基处理中的应用[J].科技情报开发与经济，2009，19（34）：160-162.ZHANG Jun.The application of construction technology of vibroflotation sand compaction pilein thebeach foundation treatment on atlantic coastal areas[J].SCI-TECH Information Development＆Economy，2009，19（34）：160-162.

[4] 周日仔，周伟.回填砂振冲密实加固处理[J].华南港工，2005（1）：29-32.ZHOU Ri-zai，ZHOU Wei.Consolidation treatment with backfill vibro-compaction method[J].South China Harbour Engineering，2005（1）：29-32.