双头加气振冲挤密法在砂质粉土地基处理中的应用

贾 怡

(浙江省德清县水利局，浙江 德清 313201)

1 引言

振冲法适用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土及湿陷性土等地基的加固处理和各类可液化土的加密和抗液化处理。振冲法施工主要分为有填料振冲和无填料振冲挤密两种。双头加气振冲挤密的工作原理是两个振冲器在高压水流下振冲成孔，依靠振冲器水平振动及共振效应，使砂土充分液化，地层颗粒重组固结，较大颗粒成分下沉、地层中的微粒成分、泥质成分通过气流上浮被携带到表层，降低和排出地层中的泥质成分，依靠振冲器的高频偏心振动使地基内的砂土颗粒重新排列固结，达到有效加密地基土效果。

2 工程简况

宁波杭州湾新区慈溪十二塘围涂工程位于杭州湾新区的北侧，四灶浦十二塘水闸布置在四灶浦江与新建的十二塘海堤交汇处。水闸的规模为5孔×7m，总净宽35m，底槛高程－0.87m，地基为新近促淤的砂质粉土地基。勘察深度范围内土层按物理力学成因可分为4个工程地质层及若干亚层。各地基土层(亚层)的岩性特征及主要物理力学性质见表1。

表1 四灶浦十二塘水闸地基土物理力学指标设计参数汇总

根据设计图纸要求，水闸基础土体进行振冲挤密处理，振冲挤密处理底高程－16.00m，振冲处理后的地基土标准贯入试验击数不应小于18击，地基承载力标准值不小于180kPa，处理范围见图1。

图1 水闸地基振冲桩位布置

3 现场工艺试验

为给振冲法地基处理方案提供设计依据，选取工程地质条件有代表性的区域(位置见图1)进行振冲法试验性施工及质量检验，确定了合理的施工工艺。根据相邻类似工程经验，本工程初定施工工艺参数如下:

a.振冲间距1.5m，振密点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，反复进行)。

b.采用75kW振冲器两台，振冲器并联同时施工两个相邻孔。

c.造孔水压 0.1～0.2MPa，加密水压 0.1～0.4MPa，留振时间≥40s/m，加密电流40～50A，辅助气压0.3～ 0.8MPa。

采用上述施工参数施工完毕18天后进行质量检验，检验点位于振冲点围成的单元形心处。质量检验包括标准贯入试验和复合地基载荷试验。

通过标准贯入锤击数振冲前后的变化来判别地基加密效果，同时实测标贯击数应满足设计要求。试验部位标准贯入检测结果见表2。

表2 振冲前后标准贯入检测结果

复合地基载荷试验过程中，各级沉降稳定、连续、无突变。承载力满足设计要求，复合地基载荷试验结果见表3。

表3 复合地基载荷试验结果汇总

试验及检测报告说明:初定施工工艺参数满足设计要求，工程按初定的参数施工。

4 施工工艺及质量控制

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图2 振冲挤密施工工艺流程

4.2 场地平整及降水

平整基坑地坪，布置井点降水和场内表面降水，满足设备施工作业的需要。

4.3 设备就位

根据振密点间距在吊架两端各吊挂一个相同型号的振冲器，吊机起吊振冲器对准孔位，开启水泵，待振冲器下端喷水后启动振冲器，开启空压机。

4.4 造孔与清孔

待设备运行正常后，记录空载电流值，吊机徐徐下放振冲器贯入土中，贯入速度一般为1.0～2.0m/min，造孔过程中，水压可用0.1～0.4MPa，供水量小于50L/min，辅助气压0.3～0.8MPa，直至设计深度，并始终保持振冲器呈悬垂状态，每贯入1m，记录一次电流、水压和气压参数值。造孔终孔后，根据地层条件上下提升振冲器1～2遍，使孔内畅通。

4.5 挤密加固

加密自孔底开始，加密电流45～60A，自下而上逐段(段长30～50cm)进行，上提速率为0.5～1m/min，最后对孔口2～5m范围重新挤密一遍。振冲挤密主要靠留振时间控制挤密效果，每个加密段(50cm)留振时间不少于30s，由自动警铃系统对留振时间进行控制。施工完成后对表层土部分薄弱部位采用振动碾压的方法进行重新加固。

4.6 施工质量控制重点及常见问题解决

a.加密电流和留振时间。应采用自动控制系统控制，并及时检查其准确性。

b.振冲深度。振冲器的导管应有明显的深度标志，通过检查深度标志检查振冲深度。

c.桩位标识明显、牢固，在施工中应注意复核，保证其准确度，避免漏振。

d.当造孔时振冲器出现上下颠动或电流大于电机额定电流，经反复冲击不能达到设计深度时，应停止造孔，并及时研究其他解决方法。

e.在振冲挤密施工过程中，局部区域地层含泥较多，泥层较厚，振冲挤密难度较大。在施工过程中，对夹泥层和含泥较多部位振冲挤密适时加大水量，并将辅助气压适当调高，以排出更多的泥质成分;或采取延长留振时间等措施提高振冲挤密效果。

5 质量检测

振冲施工结束21天后，进行质量检验。桩间土承载力检验应采用标准贯入和复合地基载荷试验等方法。振冲处理后的地基土标准贯入试验击数不应小于18击。检验点选择有代表性或地基土质较差的地段，并位于振冲点围成的单元形心处。本工程共计基础振冲挤密约10000m2，完成振冲桩5726根。根据规范设计要求，检验数量为振冲桩数量的1%，分别在闸室、上下游连接段基础随机抽取检测点63个，进行标准贯入试验。标准贯入试验击数最小18击，最大39击，试验结果均满足设计要求。地基载荷试验闸室基础、上下游翼墙各试验1组，试验结果均满足设计要求。

6 挤密效果评价

振冲挤密施工完成后，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。振冲挤密施工后，地基砂质粉土物理力学性能明显转好，土质更均匀。土体湿密度从振冲前的1.73g/cm3提高到1.91g/cm3。

本工程地基振冲挤密施工完成至今已历时9个月，水闸的上部结构已基本完成，根据施工期变形观测，截至2013年7月，最大沉降出现在闸室部位，最大沉降值76mm，最小沉降值出现在上游护坦部位(无上部荷载)，沉降8mm，上下游翼墙沉降分别为52mm、45mm。观测数据满足设计要求(设计预留沉降为200mm)。

7 结语

双头加气振冲施工法已广泛应用于钱塘江下游围涂出海闸砂质粉土基础的处理，本工程借鉴类似工程的经验，简化了振冲试验，一次性确定了主要施工参数。双头加气振冲施工法在本工程中成功应用的经验表明:

a.地基土体在两台振冲器的同时作用下，激振力因相互叠加而增大，挤密效率高、效果好、质量可靠、适用的范围更广。

b.一机多吊可以提高工效，减少占用大型吊装机械的费用，通过加气可防止在复杂地层中发生卡、抱振冲器和贯入困难等问题，提高了工效。

c.充分利用原土振冲复合地基既可加快施工进度，又可降低工程造价，技术、经济优势明显。

d.本工程质量检测数据表明，施工效果良好，基础土体经9个月加载，沉降监测数据小于设计允许沉降，达到设计预期目的。■