无填料振冲法在海塘地基处理中的应用

余锦地，鲍红艳，朱亚磊

(1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002；2.杭州市闲林水库管理处，浙江 杭州 311122)

振冲法加固粉砂土地基具有工艺简单、经济实用和效果显著等优点，得到广泛的应用[1].振冲法加固粉砂土地基主要有2种方法，即无填料加固和填料加固.填料加固法一般在处理中粗砂地基中应用，利用碎石、矿渣等填料形成桩体，填料量大，工程质量不易控制和检验，难以解决场地的不均匀沉降问题.无填料加固法是在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土体振密，以达到消除地基液化、减小建筑物地基不均匀沉降、提高地基承载力的目的[2-3].工程实践表明，只要采用正确的施工工艺和参数，该法加固粉砂土地基效果明显，能满足工程的质量和进度控制要求[4].

1 工程概况

工程位于浙江省杭州市钱塘江区域G20峰会所在地，原始地面高程5.00 m左右，区内出露的地层主要为冲海积、冲洪积的粉土、粉质粘土、粉细砂以及海积、湖沼积的淤泥质粘土、淤泥、粉质粘土.新建海塘段位于钱塘江滩涂面上，根据地质资料成果，海塘地基为Ⅱ1粘质、砂质粉土，其下依次由Ⅱ2砂质粉土、Ⅱ3粉土夹粉砂、Ⅲ1粉砂夹粉土、Ⅲ2粉细砂、Ⅴ淤泥质粘土等组成，表层土体标准贯入击数在3～8击，为松散土体.工程区地质条件(见表1).

表1 工程区地层条件

海塘工程等别为Ⅰ等，设计防洪(潮)标准为100年一遇.新建海塘采用当地粉砂土填筑，迎水侧为钢筋混凝土护坡，堤顶高程10.10 m，防浪墙顶高程11.20 m，堤顶宽8.0 m.本工程设计要求地基承载力为fak≥150 kPa，地基平均处理深度9.5 m.另根据附近闸站工程地基经振冲后沉降0.7～1.2 m的实践经验判断，若要加快施工进度，海塘需进行基础处理.

2 海塘基础复核

根据《堤防工程设计规范》(GB50286—2013)第7.3.4条，土堤沉降量可根据地基地质、堤身土质及填筑密度等因素分析确定，宜取堤高的3%～5%，本工程新建海塘滩涂面高程约2.50 m，设计堤顶高程10.10 m，堤高约7.60 m，允许沉降量为22.8～38 cm，根据地基沉降复核成果，海塘单点最大沉降量较大，达75.4 cm，不能满足规范要求.另根据地勘标准贯入数据判断，海塘地基表层为松散土体.地基表层土体颗粒级配成果(见表2).

表2 海塘地基表层颗分成果汇总表

本工程护坡、防浪墙及堤顶路面需待堤身沉降基本稳定后方可实施，考虑到新建海塘需在2016年4月份前就要达到防洪抗潮能力，施工周期较短，海塘地基表层土体松散，若新建海塘堤身沉降未趋于稳定，会导致刚性结构与堤身之间沉降不均匀，影响护坡、防浪墙及堤顶路面等的整体外观质量及结构稳定，故需对新建海塘进行基础处理.

3 地基处理方案

地基加固处理的原则是“安全、适用、经济、合理”，本工程采用无填料振冲法对基础范围内进行加密，是在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土体振密，就地加密、施工缩短工期、施工机械操作方便简单、工程造价成本低等优点[5-6].

3.1 无填料振冲挤密法

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2012)第7.2.2条、第7.2.5条，不加填料振冲挤密孔距可采用1.5～3 m，施工质量的检验对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法.结合本段海塘实际地质条件和附近钱江枢纽的工程经验，采用75 kW振冲器布桩间距2.0 m，梅花型布置，采用围打法施工.振冲处理前先进行地基覆重至高程4.00 m，现状地面高程2.50 m左右，振冲处理至Ⅱ3层粉土夹粉砂底部，取-7.00 m，平均处理深度9.5 m.该方案的优点是工艺简单、经济实用和效果显著；缺点是需辅以高压水冲造孔，有泥浆生成[7].

考虑到本工程附近闸站工程均采用无填料振冲处理加固地基，以达到消除粉砂土地基液化、减小建筑物地基不均匀沉降、提高地基承载力的目的，实践证明该方法加固粉砂土地基效果明显，能满足工程质量和施工进度要求.

3.2 地基处理设计

振冲处理采用无填料振冲挤密法，布桩间距2.0 m，梅花型布置，采用单点围打法施工.振冲处理前先进行地基覆重至高程4.00 m，现状地面高程2.50 m左右，振冲处理至-7.00 m，平均处理深度9.5 m.垂直水流向处理范围为新建海塘迎水侧护坦外边线至背水坡坡脚，顺水流向处理范围600 m.基础振冲处理断面(见图1).

3.3 沉降计算

根据附近七甲船闸基础振冲后地基各土层的e～p曲线，按照《堤防工程设计规范》(GB50286—2013)推荐的分层总和法计算最终沉降量.

最终沉降量的计算公式为：

(1)

式中：S—最终沉降量，m；

n—压缩层范围的土层数；

e1i—第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比；

e2i—第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；

hi—第i土层的厚度，m；基压缩层的计算厚度按计算层面处土的附加应力与自重应力之比≤0.2倍确定；

m—修正系数，软土地基可采用1.3～1.6.

取桩号堤0+200.00断面计算标准塘堤基振冲后最终沉降，计算得标准塘堤顶中心竣工时沉降6.3 cm，工后沉降12.4 cm，标准塘单点最大沉降量为18.7 cm，较堤基振冲前沉降量明显减小，堤顶可通过预留超高以满足工后沉降要求.

4 现场检测评价

海塘地基的挤密效果采用标准贯入试验进行检测，宜在施工15 d后进行，检测试验后进行一次性验收，振冲挤密处理要求土体标准贯入击数≥2击[8].试验段长50 m，宽40 m，质量检测单位根据设计要求对本项目进行了标准贯入试验，共做了60孔桩，其中3孔为未进行振冲处理的原状土.根据标准贯入试验锤击数，经数理统计分析，求得振冲挤密处理前后标准贯入试验(N63.5)统计值(见表3).

统计结果显示，未做过振冲施工的原状土与做过振冲施工的数据对比，可以发现经振冲后的土层标准贯入击数有较大的提高.经振冲挤密处理后，土层标准贯入击数范围值在12～18击，平均值15.58击，满足设计要求进行全段施工.

表3 振冲挤密处理前后标准贯入试验(N63.5)成果表

5 结 论

钱塘江海塘地基采用无填料振冲处理后，土体标准贯入击数≥12击，土体密实度达到稍密～中密状态，其效果显著、施工简单、安全环保经济，是江河滩涂堤坝地基处理较为实用的施工工艺.

[1] 李力军.振冲法在东江水利枢纽基础处理工程中的应用[J].人民长江，2008，39(10)：13-36.

[2] 国家能源局.DL/T5214—2005水电水利工程振冲法地基处理技术规范[S].北京：中国电力出版社，2016.

[3] 叶观宝，苌红涛，徐 超，等.无填料振冲法加固吹填粉细砂现场试验研究[J].勘察科学技术，2009(4)：3-6.

[4] 余锦地，吴文峰，朱亚磊.无填料振冲挤密法在粉砂土地基处理中的应用[J].人民长江，2013，44(9)：44-46.

[5] 戚秀莲，朱 剑.洋山深水港无填料振冲法加固粉细砂地基试验研究及应用[C]//中国土木工程学会.中国土木工程学会港口工程分会论文集，2009：241-250.

[6] 李成河，刘俊玲.振冲碎石桩在砂土地基处理中的应用及加固机理[J].交通科技与经济，2005，29(3)：30-31.

[7] 李志忠.砂土地基加固方法比较及成本分析[J].山西建筑，2011，37(20)：59-60.

[8] 叶观宝，王世威，邢皓枫，等.振冲法处理吹填土浅地基的分析[J].施工技术，2007，36(9)：47-51.