唐山某大型工程无填料振冲试验与分析

张志伟，王文鹏

(北京振冲工程股份有限公司，北京 100102)

1 引言

从20世纪70年代国内研究第一台30 kW振冲设备用以处理大坝砂土地基液化开始，振冲法在地基处理工程中已得到广泛应用。随着我国基础设施建设的发展，无填料振冲挤密技术也得到了较为广泛的应用，特别是在海南省大隆水库、上海洋山港、河北曹妃甸等大型工程中的成功使用，积累了大量的实践经验。

《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012规定：不加填料振冲挤密法适用于处理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基，在初步设计阶段宜进行现场工艺试验，确定不加填料振密的可行性。本项目为新近吹填地区的无填料地基处理，地质条件复杂，吹填的质量不均，项目采取无填料+强夯的处理方式进行试验，试验结果满足了设计要求，为正式的工程设计提供依据和施工经验，确定了适用的主导设备、技术参数等指标。

2 工程地质条件

唐山某煤码头项目拟建5000万吨，共建成10万吨级泊位2个、7万吨级泊位2个、5万吨级泊位1个以及相应配套设施。码头全长1428 m，设计装船能力5000万吨。

场区勘探最大深度范围内所揭露的地层，新近人工填土(Q4ml)、第四系全新统海相沉积层(Q4m)、第四系上更新统冲、洪积层(Q3al+pl)、第四系上更新统冲积层(Q3al)、第四系上更新统海相沉积层(Q3m)。根据地质成因、年代、原位测试及室内试验成果，将钻孔所揭露的地基土分为12大层。

①1素填土

主要由碎石组成，分布在场地北侧和西侧的道路上，层厚0.30～0.50 m，该层在勘察期间由卡车堆填形成，并经卡车碾压，力学性质较好，但层厚较薄，不可作为天然地基持力层。

①冲填土

主要由松散的粉砂组成，标准贯入试验锤击数实测值N为3～11击，平均4.9击，静力触探试验测得锥头阻力为1.00～5.63 MPa，平均3.07 MPa，层厚为8.30～16.00 m，平均12.85 m，天然孔隙比0.697，干密度为1.56 g/cm3，均有分布。该层为近期吹填形成，欠固结，为严重液化土层，力学性质极差。

②1淤泥质粉质黏土

流塑，标准贯入试验锤击数实测值N为1～2击，平均1.2击，静力触探试验测得锥头阻力为0.10～0.99 MPa，平均0.53 MPa，层厚为0.30～3.00 m，平均1.30 m，该层层顶为海底原泥面，主要分布在辅建区和堆场区南部。建议地基土承载力特征值为30 kPa。

②2粉砂

松散～稍密，标准贯入试验锤击数实测值N为5～15击，平均10.7击，静力触探试验测得锥头阻力为2.03～10.82 MPa，平均5.27 MPa，层厚为0.50～4.30 m，平均1.92 m，主要分布在场地南部，力学性质一般。建议地基土承载力特征值为120 kPa。

②3层淤泥质粉质黏土

标准贯入试验锤击数实测值N为1～6击，平均3.5击，静力触探试验测得锥头阻力为0.14～1.30 MPa，平均0.72 MPa，层厚为0.50～4.40 m，平均2.04 m，该层除ZK32～ZK39、ZK57、ZK143、ZK144钻孔缺失外，均有分布。建议地基土承载力特征值为70 kPa。

③层粉砂

稍密～密实，标准贯入试验锤击数实测值N为13～46击，平均31.2击，静力触探试验测得锥头阻力为5.03～15.00 MPa，平均10.68 MPa，层厚为0.60～12.70m，平均5.54 m，本层在场地内均有分布，力学性质较好，可作为桩端持力层，在层厚较薄处需对软弱下卧层进行验算。建议地基土承载力特征值为180 kPa。

④粉质黏土

可塑，标准贯入试验锤击数实测值N为3～8击，平均5.3击，静力触探试0.12～2.00 MPa，平均1.13 MPa，层厚为1.00～6.00 m，平均3.17 m，该层在场地除ZK162～164钻孔缺失外，均有分布，正常固结，属中等灵敏土，力学性质较差，作为软弱下卧层时应对其进行验算。建议地基土承载力特征值为100 kPa。

⑤粉砂

稍密～密实，标准贯入试验锤击数实测值N为12～32击，平均20.4击，静力触探试验测得锥头阻力为2.54～12.98 MPa，平均6.36 MPa，层厚为0.50～2.40 m，平均1.21 m，该层除西侧少数钻孔缺失外，均有分布，力学性质较好。建议地基土承载力特征值为160 kPa。

3 设计要求

地基承载力特征值不低于150 kPa；消除吹填土层液化。

4 设计方案

4.1 试验区面积

试验一区面积约440 m2；试验二区面积约550 m2。

4.2 设计参数

试验采用振冲+强夯的处理方式。

4.2.1 振冲试验

(1)试验一区布点形式采用正三角形布点，点间距2.2 m；振密深度穿过1层冲填土；振冲器功率75 kW，双点共振法施工。

(2)试验二区布点形式采用正三角形布点，点间距2.5 m；振密深度穿过1层冲填土；振冲器功率75 kW，双点共振法施工。

4.2.2 强夯试验

点夯采用2000 kJ能量，单点夯击击数6～8击，分二遍夯。第一遍夯点间距5.0 m×5.0 m，第二遍夯在第一遍夯点中间插点；最后满夯一遍，单点夯击能1000 kJ，采用1/3夯双向搭接，单点夯击击数2～3击。

5 施工参数

造孔速度6～8 m/min；水压0.2 MPa；加密段0.5 m；留振时间孔底60 s，其余30 s。

6 检测分析

为了检测处理效果，根据地基处理试验方案，在振冲处理前后分别在振冲试验一区及振冲处理试验二区布置了标准贯入测试，并对处理后的承载力情况进行了检测。

6.1 试验一区

6.1.1 地基处理前后标准贯入检测

振冲处理前后，地基土的标准贯入测试数据对比如表1所示。

表1 一区标准贯入测试数据对比表

由表1可见，经过振冲处理后地基土的物理力学性质均有了较大的提高，并消除了液化。

6.1.2 载荷试验

采用方形刚性承压板进行平板载荷试验，承压板边长为2.05 m，试验结果见表2。

表2 一区平板载荷试验数据表

由表2可见，处理后承载力特征值为179 kPa，大于设计要求的150 kPa。

6.2 试验二区

6.2.1 地基处理前后标准贯入检测

振冲处理前后，地基土的标准贯入测试数据对比如表3所示。

表3 二区标准贯入测试数据对比表

由表3可见，经过振冲处理后地基土的物理力学性质均有了较大的提高，并消除了液化。

6.2.2 载荷试验

采用方形刚性承压板进行平板载荷试验，承压板边长为2.33 m。试验结果见表4。

表4 二区平板载荷试验数据表

由表4可见，处理后承载力特征值为180 kPa，大于设计要求的150 kPa。

7 结论

(1)本场区内的吹填土层特点是吹填时间短，含水量高，颗粒不均匀，采用无填料加密工法虽然对于挤密和排水有良好的效果，但地表加密效果欠佳。因此，本次试验采用了“无填料挤密+强夯”的联合工法对场区进行地基处理，加密效果明显，加固后吹填土层的原位测试数据均得到显著提高，消除了液化，承载力得到明显提高。

(2)通过现场的试验，局部地层处理后检测效果不太理想，经现场取土测试，含泥量超过规范的要求。因此，在吹填砂地区采用无填料处理，含泥量应作为一个重要的指标，引起设计的重视。

(3)采用双点共振法施工的无填料振冲挤密，施工过程中应控制振冲器下沉速度，以保证桩孔垂直度，同时保证挤密均匀。

(4)造孔水压应根据地质条件，以孔口不过量返砂为原则，且满足施工要求，尤其对于新近吹填的砂层，水压过大，虽有利于成孔的速度，但会将砂层中的细颗粒返出孔口，造成密实效果不佳。

参考文献：

[1] 中国建筑科学研究院. 建筑地基基础设计规范:GB 50007-2011[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2012.[2] 中国建筑科学研究院. 建筑地基处理技术规范: JGJ 79-2012[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2013.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 复合地基技术规范: GB/T 50783-2012[S]. 北京:中国计划出版社,2012.

[4] 龚晓南. 地基处理手册-第2版[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2000.