深中通道东人工岛振冲试验技术

李云超 ,刘坤 ,侯禹辰 ,祝阿龙 ,熊昊翔，王树良，谈颋,4＊

（1.中铁隧道集团三处有限公司，广东 深圳 518000；2.深中通道管理中心，广东 中山 528400；3.中山大学土木工程学院，广东珠海 519082；4.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519082）

1 工程概况

1.1 工程概述

深中通道东人工岛位于深圳侧岸滩，宝安机场南侧、紧邻机场福永码头，东侧与机荷高速枢纽衔接，西接沉管隧道，南北向与沿江高速机场衔接。东人工岛振冲总面积为32 万 m2，分为A 区、B 区两个区域，根据回填砂层的厚度，又将A 区划分为6 个小区，分别为P1～P6 区，如图1 所示。A 区面积为247055.1 m2；B 区振冲面积为72965.0 m2，振冲头距离淤泥面不小于1 米。试验区域选择在P4 区域进行施工，经现场标贯试验摸探得出该区域原泥面顶平均标高为3.4～5.5 m，振冲加固底标高为2.4～4.5 m，振冲加固顶标高约为+4.5 m，加固深度为7.1～8.9 m。本次施工完成振冲面积225.0 m2，振冲点数12 个，振冲中粗砂方量约1800.0 m³。振冲断面图如图2 所示。

图1 振冲平面分区布置图

图2 振冲断面图

1.2 工艺试验要求

在指定振冲区域按照指定深度和指定电流、电压、水压、留振时间进行振冲施工，且该区域回填砂经过振冲密实处理后，其标贯击数要求表层2 m 不小于8 击，表层2 m 以下不小于18 击。

1.3 试验目的

振冲施工前进行现场艺性试验，目的主要是调试机械设备，确定并优化施工工艺，验证施工技术参数的处理效果。通过振冲后标贯检测结果，确定孔距、振密电流孔距、振密电流值、振冲水压力、留振时间、提升速度以及振冲后砂层的物理学指标等参数。为后续大面积的施工提供安全质量保障。

2 振冲施工方法

振冲法是一种常见的砂土地基处理方法，通过加水振动的方式能有效提高砂土地基的承载力和稳定性，能有效减少地基的不均匀沉降[1-3]。为指导东人工岛各区域回填砂振冲密实施工，本次试验选定区域为东人工岛一区回填砂P4 区内15m×15m 范围并分4 组完成，3m×3m、3.5m×3.5m各2 组。振冲试验前，已对该区域进行标准贯入试验检测。

2.1 振冲施工流程

振冲施工流程图如图3 所示。

图3 振冲施工流程图

2.2 施工准备

（1）振冲前标贯检测。工艺试验开始前，对工艺实验区进行了标贯检测，根据标贯检测结果来拟定振冲试验的底高程。

（2）测量放样及高程控制。清理整平施工场地，用GPS 放测孔位，施工时采用二点共振，点位梅花形布置。振冲间距分别为3 m、3.5 m 两种规格等边三角形布置，点位采用三角旗作为标记，施工前在吊管外侧壁划好刻度作为标尺，该标尺从吊管底部的振冲器底端为高度起算点，沿吊管的高度方向每20cm 划一刻度，相邻刻度之间涂红白相间油漆。振冲施工前测量扫测出地面标高，根据吊管上的标尺在地面标高的读数可以推断振冲器所达到的高程。

2.3 施工步骤

（1）双振冲器对准加固点。打开水源和电源，检查水压、水量、电压并确定振冲器的空载电流。

（2）启动吊机，为防止塌孔，使振冲器以1～2 m/min 的速度快速沉入砂层。观察振冲器电流变化，电流最大值不得超过电机的额定电流。当超过额定电流值时，必须减慢振冲器下沉速度或停止下沉。贯入时水压控制在750 kPa 左右。

（3）当振冲器下沉到设计加固深度时，在这一深度上留振60 s，留振密实稳定电流值为1.5～2.0 A0（A0为空振电流）。

（4）振冲上拔。匀速缓慢上提振冲器，把水压调至约300～400 kPa。为保证密实电流效果，每上提1.5 m，随后下振50 cm 或上提过程按照1 m/min 的速度上提，确保达到密实电流后留振时间不少于60 秒即可持续上提，如此交替上提、留振，并记录每次提升高度、留振时间和密实电流直至孔口处。

（5）过程填料。在振冲过程中如砂料坍塌范围过大，应立即组织回填砂料，以达到振冲密实效果。

（6）移孔。振冲结束，关闭水泵及振冲器，移至下一振冲孔位。

2.4 施工参数

考虑到间距和留振时间可能会对结果产生影响[4]，本工程设计不同间距、不同每米留振时间的四组工艺试验，每组振冲点成正三角形布置，施工参数如表1 所示。

表1 振冲施工参数表

2.5 工艺试验情况

按照各试验组设定的施工参数进行振冲施工，并如实记录水压、下沉速度、孔深、提升速度、留振时间及各阶段电流，各施工参数现场记录详见表2。

3 标贯监测结果

工艺试验结束后，为了检验该场地的地基土标准贯入基数大小，设置了编号为ZC-1、ZC-2、ZC-3、ZC-4的四个试验孔工记20 个试验点。检测点底层情况为：地表以下9 m 左右为中粗砂，9 到13 m 左右为淤泥层，13 到15 m 左右为粘土层。振冲前后标贯检测结果对比如图4 所示。

图4 振冲前后标贯击数对比曲线图

由图4 可知，振冲密实后整体的密实效果有显著提升，满足表层2 m 范围内标贯击数不小于8 击，2 m 范围以下不小于18 击的要求。整体振冲密实效果良好地基加固效果保证率较好。

4 施工技术难题及与改进措施

施工过程中难免会遇到一些难题，本章就深中通道东人工岛振冲试验遇到的几个重点问题进行了总结，并给出了后续改进措施以供类似工程参考。具体问题及改进措施如下：

（1）因前期堆载预压地基处理效果较好，振冲器插入困难。

改进措施：孔口处增设辅助水管向孔内供水，使孔内砂土充分液化密实，加强振密效果。同时拟定合理的振冲顺序，减小设备反复走动对表层回填砂的扰动。

（2）振冲过程中因线路长且多，振冲器在振冲下钻的过程中因受到振动力的作用会产生旋转，导致水管及电线容易缠绕在振冲杆上，影响施工。

改进措施：振冲过程中指定专人控制下沉及上拔的速度，并由人工配合梳理线路；在振冲器顶部加焊一个三角架，电线水管从中穿过以防止缠绕。

（3）振冲过程中水泵、控制台、振冲器相距较远导致控制台下达的指令无法及时传达。

改进措施：施工区、控制室以及水泵区指派专人值守并配备对讲机，保持对话畅通，出现问题及时沟通处理。

5 结论

由振冲前后的标准贯入试验结果可得到以下结论：

（1）待加固土体土性及前期软基加固效果较为离散，在振冲之前接近但未满足标贯击数要求；振冲密实后整体密实效果有显著提升，地基加固效果保证率好。

（2）根据标贯试验结果可知，振冲点间距为3.5 m 和3 m 均可满足密实的要求，而每米留振时间对结果影响不大，后续考虑选取第一组试验参数作为后续施工参数，即振冲点间距3.5 m，正三角形布置，提升速度1 m/min，造孔水压0.70～0.75 MPa，振密水压0.3～0.4 MPa，每米留振时间60 s，密实电流大于83 A，孔底留振1 分钟。