不加填料振冲强夯联合法在粉细砂地基加固工程中的应用

吴启明

中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200063

1 不加填料振冲强夯联合法加固机理

不加填料振冲法（振动水冲法）是利用振冲设备的强烈振动和带压力水流冲贯入土层深度，振冲使松散砂逐渐密实，高压流水带走砂性土中部分悬浮物，以提高软基整体强度的加固技术。对于无填料加固地基，通常认为仅适用于处理黏粒含量小于10%的中粗砂等粗颗粒砂土。对于粉细砂地基，规范中明确规定不宜适用或不能采用。但在陆域地基处理工程的应用经验基础上，通过局部试验，验证了不加填料振冲亦适用于粉细砂地基处理[1-3]。

粉细砂类土振冲加密，简而言之就是利用振动荷载作用使松砂颗粒重新排列，砂体积缩小，松散砂逐渐变成密实砂的一个过程，使粉细砂地基强度承载力得以提高，但是振冲后在重复水平振动和侧向挤压作用下会存在流态区、过渡区和挤密区。流态区和过渡区挤密效果并不理想，通过不加填料振冲，经过21 d后进行地基标贯检测发现表层4～5 m深度范围仍然存有液化现象，可能存有浅层流态区现象，不能完全消除土层液化。

采用低能量强夯可对浅层流态区进行处理，通过确定合适的夯击能使土体进一步压缩、土体孔隙水压力及时消散，从而排出孔隙水，有效解决地基不均匀沉降问题。低能量强夯的作用深度为4～6 m，通过确定合适夯击能及水压力消散时间，进行强夯碾压二次地基处理后，强夯所释放出的夯击能使气体排出，土体压缩孔隙水压力上升；液化的土体或通过外力调整土体结构，主要表现在土体强度、抗剪强度降低；土体渗透性能减弱，无法形成畅通的排水通道，使得土体固结压密，整个土体强度提高，最终达到设计承载力要求，更有效地保证了地基处理效果。

2 施工实例及工艺

2.1 施工实例

华北某煤炭码头陆域堆场区地基处理总面积近百万平方米，设计为专业化煤堆场，设计大面积使用均载150 kPa。堆料机、取料机作业，设备轨道基础对地基承载力和变形要求较高，采用天然地基时要求地基承载力特征值达到200 kPa以上，地基承载力和不稳定沉降要求极高，单纯采用某一种地基处理方法显然是达不到要求的。综合各方面的比较，最终选择了不加填料振冲强夯联合法进行加固。

本工程大部分区域上部土层以新近吹填松散粉细砂为主，部分浅层夹淤泥质土夹层，标贯击数小于10击的粉细砂层普遍存在。该松散薄弱层层底标高在－15.0～－2.0 m，存在严重液化问题。吹填土基本为粉细砂，一般标贯3～15击，严重液化，局部存在薄层粉质黏土夹层。松散层底标高变化剧烈，在－15.0～－1.0 m，必须进行地基处理加固，主要采用不加填料振冲联合低能量强夯施工，处理后经检测，满足设计要求。

2.2 施工工艺

施工准备→测量标位→振冲施工→质量检测→整平场地测量标位→2遍点夯→2遍满夯→整平碾压→检测验收

不加填料振冲采用75 kW振冲器三点等边三角形胁迫共振的振冲方式对场地进行处理；强夯采用1 500 kN夯击能点夯2遍，推平待孔压消散后，进行2遍500 kN满夯，并结合场地后续工程需要的标高碾压整平。

3 施工中遇见的问题及应对措施

1）振冲设备贯入土体速度较一般施工速率有明显的放缓。原因可能是面层土体在回填过程中经车辆设备反复碾压后形成相对密实层或者是进入相对密实层，使得设备贯入土体的阻力变大。在施工过程中可适当加大安装在振冲设备最末端的振冲水压，并在相对密实土层附近稍做停留，通过设备自重和水压力逐渐贯入下沉。

2）安装在振冲器上贯入电流表电流瞬间过大，可能会使设备出现损伤故障。其原因可能是振冲器贯入速度过快，激振力过大，振冲器周围土石坍塌，被土体包裹，使得激振力在短时间内无法及时通过土体消散出去。在施工过程中应当及时减慢振冲器贯入速度或降低激振力，通过降速提高振冲器停留时间，即可解决此类问题。

3）施工时振冲器造孔可能会被土体环抱，既无法向下振冲也无法向上提锤（俗称抱锤）。原因可能是施工过程中发电机等供电设备及施工机械突然出现故障且长时间无法恢复，或土层由松散层突然进入密实层，导致振冲器下沉速度过快。应在施工时加强对设备的检修保养频率，以保证设备功能得以正常有效使用。在发生此种现象后，需要及时拿出2把高压水枪，利用高压水枪同时从锤四周由土体表层缓慢插至土中的锤头处（有时还会用到强力设备辅助），此过程操作时应快速有效，抱锤时间越久处理难度就会越大，当锤顶周围有高压水溢出时，及时开启振冲器缓慢上提即可。

4）振冲密实后应进行标贯击数检测，如发现检测击数在一些土层部位达不到设计标贯击数，一般是因为振冲留振时间不够，或是该部位地质状况相对较差，在设计的留振时间内达不到密实要求。在振冲时应严格控制施工参数，通过自动记录工具确保留振时间足够并在土体薄弱位置增加留振时间。经过一次振冲施工后密实度有较大提高，二次振冲难度会显著增加，而且在二次施工中振冲器周围容易发生返水现象，造成孔洞，形成地基软弱点。若标贯击数远达不到设计要求，必须进行返工或补振，需要注意降低贯入水量和水压，避免返水现象，还应当及时向振冲器周围回填砂土，减少因返工造孔而产生新的地基薄弱点。

5）粉细砂中含有淤泥质土夹层，振冲施工完毕后挖设降水沟渗排水效果不佳。原因可能是土体中的孔隙通道被淤泥质土堵塞，无法形成正常的渗排水通道，孔隙水压力在自然压力之下无法正常排出，如果在振冲完毕14 d后孔隙水仍未见良好的排出效果，此时就会直接影响低能量强夯施工的进行，故可以通过人工或机械插井点降水管，配合真空压力泵进行浅层人为抽降水，在连续2 d观测降水水位在地表2 m以下时，即可进行后续强夯处理。

4 结语

本次施工是我公司不加填料振冲加小能量强夯碾压地基处理在含有淤泥质土夹层粉细砂地基中的首次尝试。经检测，经处理后的地基，最终的承载力达到了设计和使用要求，使用2年后堆场未出现局部不稳定沉降的情况，使用效果良好。工程中总结了如下经验。

1）振冲器、夯锤大小及夯击能的选择合适与否关系到不加填料振冲强夯联合法施工的成败。

2）松散的粉细砂土采用不加填料振冲进行试验段施工后，经试验判定方可确定最终工艺参数，经振冲密实后地基承载力均有明显提高，成果显著。采用三点胁迫振冲既可以加快工程进度，提高振冲质量，也可降低工程成本。

3）振冲施工后为确保后续强夯施工顺利进行，对振冲完区域应及时挖降水沟，降水沟应低于强夯夯坑坑底标高。

4）由于部分地质粉细密实砂中通常含有黏粒，随着振冲，黏粒会翻浆至表面，在强夯进行前通常先清除表层黏土，保证强夯施工顺利进行。

5）在强夯过程中需随时观察孔隙水渗出情况，如连续强夯施工造成土体塌陷，夯锤深陷夯坑，应及时停止强夯，待孔隙水完全消散后（一般为2 d），方可继续强夯施工。