振冲法在加固海中大面积吹填砂地基中的应用

曾 炜，王东志，李 冕,2，廖文龙，肖 翀，袁 航,2

（1.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430014；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430014）

引 言

深中通道东起机荷高速，跨越珠江口，西至中山马鞍岛，全场24.03 km，跨海段长22.39 km，是集“桥、岛、隧、地下互通”为一体的系统集群工程。其中伶仃洋大桥东锚碇基础采用八字形地连墙基础，地连墙直径2 65 m，厚1.5 m，采用锁口钢管（板）桩围堰，合拢后回填砂形成干施工环境的筑岛施工工艺，围堰直径150 m，围堰位置处河床高程-5.15 m，底部为厚淤泥层，清淤2 m，回填砂顶高程 3.5 m，回填高度 10.65 m，吹填面积约17 663 m2，筑岛示意见图1。

图1 伶仃洋大桥东锚碇筑岛立面示意

回填砂多为中砂，固结度、密实度及承载力均较低，为保证后续施工的安全推进，减小回填砂沉降的影响，还需在回填完毕后对地基进行加固处理。无填料振冲法是在振冲中不加填料，利用振冲器的水平高频振动以及水流的冲切作用，产生超孔隙水压力，降低砂土的抗剪强度，使其液化后进行颗粒的重新排列，减小孔隙比，从而达到加固和密实的效果。

本文结合伶仃洋大桥东锚碇筑岛围堰这一工程实例，对无填料振冲法处理大面积宽阔海域吹填砂地基进行现场试验研究，包括静力触探试验、标准贯入度试验和平板载荷试验，得到的结论验证了其施工可行性，并为今后类似地基的处理提供依据。

2 振冲方案

2.1 回填砂参数

首先对回填砂进行颗粒级配试验，按照《建筑用砂》规范要求，分别采用筛孔直径 4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm的方孔筛进行筛分，具体过筛率如表1所示，细度模数的计算公式如下：

表1 颗粒级配

其中 Ai为筛余百分比，计算得到细度模数2.7，在3.0～2.3之间，为中砂。

2.2 施工准备

1）总体布置

振冲点成等边三角形布置，辐射范围2～3 m，间距2.5 m，全断面施工，锚碇围堰内共计2 100个点，静力触探孔和标贯试验孔各6个，且在靠中山侧布置了振冲试打区域，布置型式如图2。

图2 现场试验总体布置

2）振冲试打

为检验无填料振冲法加固吹填砂地基的效果，在大面积施工时应该对围堰内小片区域进行振冲试打，并对振冲点间距分别为2.5 m、3 m时的振冲效果进行对比，确定围堰内振冲点的最终间距。所选振冲器型号为BJV-75kW-426，额定功率75 kW，密实电流90 A，转速1 450 r/min，振幅16 mm，振动形式为双点胁迫式振动。

振冲效果的评定标准采用取地面以下2 m的标准贯入度>15击即为合格，标贯数据见表2。

由表2可知，2.5 m间距比3 m间距的振冲效果要好1.1倍，且30 cm进尺所需击数均大于规范要求的 15击（中密），因此将振冲点间距选择为2.5 m是可行的。

表2 振冲试打区标贯结果 /击

2.3 施工流程

场地平整后将振冲器对准加固点。打开水源和电源，检查水压、水量、电压、密实电流和振冲器的空载电流是否满足典型施工确定的振冲参数。

启动吊机，为避免造成孔中塌砂将振冲器抱住，下沉速度宜快，下沉速度控制在1～2 m/min，并观察振冲器电流变化，电流最大值不得超过振冲器的额定电流148 A，当超过额定电流值时，必须减慢振冲器下沉的速度直至停止下沉。

当振冲器下沉到设计加固深度时，将射水量减至最小，并在这一深度上留振12～18 s，速度提升振冲器。电流趋于稳定，直至超过规定密实电流。

随后以 1.5 m/min速度提升振冲器。每提升0.5 m就留振12～18 s，并观察振冲器电流变化。

关机、关水和移机定位，在另一个加固点上施工。具体施工流程见图3。

图3 总体施工流程

3 振冲效果检测

为检验无填料振冲法加固宽阔海域大面积吹填砂地基的效果，在振冲结束前后进行标准贯入度试验（SPT）、静力触探试验（CPT）、平板载荷试验。

3.1 标准贯入试验

对不加填料的振冲挤密处理的砂土地基，检验可以采用标准贯入法，取振冲点中心处进行试验。振冲前后沿深度方向标贯值见图4，平均标准贯入度检测值见表3。

图4 标准贯入度-深度曲线

表3 振冲前后平均标准贯入度

在锚碇围堰内共计进行了6组标准贯入试验，由表3数据可知，无填料振冲对吹填砂地基的加固处理效果还是比较明显，振冲后最小平均标贯击数为19击，振冲前后平均提高倍数为2.1倍。

3.2 平板载荷试验

图5 p-s曲线

平板载荷试验参考《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2001）附录C中的相关规定，根据相关资料试验加载至450 kPa，分15级加载，每级加载 30 kPa，每次加载后的沉降观测频率为 1 h内10 min一次，1 h后30 min一次，根据现场的实际数据绘制p-s曲线如图5所示。

由图5可知，当加载至240 kPa时，观测的沉降值为 11.5 mm，此时的 s/b=0.0144，介于0.01～0.015之间，满足平板载荷试验的要求，因此振冲后的吹填砂最大地基承载约为fa=240 kPa。

3.3 静力触探试验

为监测振冲后吹填砂的抗液化性能和承载力提高情况，如图2布置所示，共进行了5组静力触探试验（CPT）。静力触探车为南光地质WYCL-25，静力触探仪为Geomil GME-500。

1）锥尖阻力

绘制CPT3-2振冲前后的锥尖阻力试验值对比曲线如图6所示，各孔位的锥尖阻力值如表4所示。

图6 振冲前后锥尖阻力对比曲线

表4 各孔位振冲前后锥尖阻力值 /MPa

由图6和表4可知，振冲过后上部8 m左右的吹填砂层的锥尖阻力值有了明显的提高，各孔位标准值的平均值由2.56 MPa提高至3.88 MPa，地基承载力也得到了相应的提高。

2）侧摩阻力

绘制CPT3-2振冲前后的侧摩阻力试验值对比曲线如图7所示。

图7 振冲前后侧摩阻力对比曲线

可以看出侧摩阻力在振冲过后，随着吹填砂密实度的增加也有了一定程度的提高，最大侧摩阻力值达到了65.9 kPa。

3.4 试验对比

结合《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340-2015）中的相关介绍，取振冲后的标准贯入度N=21击，对于回填砂基础换算地基承载力为259 kPa。

对于静力触探值的换算公式为 fak=40ps+70，ps=1.1qc，根据现场静力触探的试验数据得到振冲前锥尖阻力标准值qc=2.6 MPa，得到fak=184 kPa。振冲后锥尖阻力标准值 qc=3.9 MPa，地基承载力fak=242 kPa，提高1.32倍。

表5 承载力计算对比

由表5可知，静力触探试验（242 kPa）、平板载荷试验（259 kPa）、标准贯入试验（240 kPa）的换算地基承载力差距较小。

4 结 论

结合深中通道伶仃洋大桥东锚碇筑岛施工，对宽阔海域大面积吹填砂地基采用无填料振冲法进行加固，并进行了现场试验，得出了以下结论：

1）进行大面积无填料振冲施工加固吹填砂地基之前，进行振冲试打试验，对比了振冲间距2.5 m和3 m时的加固效果，提升效果为1.1倍。

2）进行了标准贯入度试验、静力触探试验、平板载荷试验，对比了振冲前后的吹填砂地基承载力提高约1.32倍，得出来采用无填料振冲法加固大面积吹填砂地基能得到很好的加固效果。

3）详细介绍了在筑岛围堰内对大面积吹填砂地基进行加固的施工方法和施工流程，其中的施工参数和施工思路为以后类似地质的工程提供了参考。