振沖密實(shí)法在高層建筑中的應(yīng)用

蔣萬(wàn)平 曾湘敏

（遼寧省第七地質(zhì)大隊(duì)，遼寧 丹東118003)

1 概述

丹東聚龍公園B區(qū)，是由2棟30層、2棟27層、3棟21層的建筑物組成；均設(shè)一層地下室，開(kāi)挖深度-7.3m。擬采用錘擊沉管灌注樁基礎(chǔ)。

該場(chǎng)地自上而下為雜填土、可塑粉質(zhì)黏土、軟塑淤泥質(zhì)土、礫砂、圓礫、變粒巖所組成，-7.3m以上土層均屬于挖出深度范圍。

礫砂層是欲采用的持力層。此層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fak雖然達(dá)到300kPa，但由于此層是飽和狀態(tài)且與鴨綠江水呈互補(bǔ)關(guān)系，同時(shí)又受水位差高達(dá)3-4m的潮汐水的影響，所以在明排（由于造價(jià)與工期原因，不采用井點(diǎn)降水）降至開(kāi)挖面下0.5m距離的過(guò)程中將會(huì)帶出很多的砂顆粒，致使礫砂層受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)降低fak值現(xiàn)象，因此不經(jīng)處理不宜作為地基持力層。

圓礫層的fak為500kPa，是良好的地基持力層。此層埋深達(dá)-7.5～-11.4m，是場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要含水層之一，且地下水具有微承壓性，場(chǎng)區(qū)緊臨鴨綠江，地下水補(bǔ)給很充分。由于圓礫層的埋深過(guò)大和地下水的作用，所以當(dāng)開(kāi)挖深度大于-7.5m時(shí)，極易產(chǎn)生流沙、涌土現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑塌方，造成很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)并拖延工期，給施工帶來(lái)極大的難度。

2 地基處理方案分析、對(duì)比及選擇

2.1 錘擊沉管灌注樁方案分析

此法是丹東地區(qū)最常用的安全可靠的方法。根據(jù)建筑物的荷載和持力層強(qiáng)度結(jié)合當(dāng)?shù)卦O(shè)備情況，確定如下設(shè)計(jì)參數(shù)：持力層為圓礫；樁徑Φ426；樁間距1.3m；單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R=970kN；總樁數(shù)2600根。

混凝土量及造價(jià)：0.713m3/根×2600樁×800元/m3=1483040.00元。

2.2 振沖擠密碎石樁復(fù)合地基方案分析

該場(chǎng)地需要加密的地基土是飽和砂層。對(duì)砂類土采用連續(xù)加填料振沖密實(shí)法，將使砂土大幅度地提高其承載能力。若采用75kN振沖器，其擠密范圍更大，單孔控制面積也較大，加填料的料徑越粗?jǐn)D密效果越好。因此確認(rèn)，若對(duì)該礫砂層進(jìn)行加填料振沖密實(shí)，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值完全能達(dá)到400kPa以上。

振沖密實(shí)法復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)確定如下。

樁體進(jìn)入圓礫層1倍樁徑；樁長(zhǎng)6.0m，有效樁長(zhǎng)5.0m；樁間礫砂承載力特征值fsk=400kPa；樁徑0.8m；置換率m=（fspk-fsk）/（fpk-fsk）=0.14；樁間距S=d/(1.051/2)=2.0m；填料為粒徑50-150mm的卵石；正三角形布樁；總樁數(shù)1500根；總延長(zhǎng)米7500m。

造價(jià)估算：7500m×120元/m=900000.00元。

2.3 地基處理方案對(duì)比及選擇

從造價(jià)上對(duì)比：振沖密實(shí)法比錘擊沉管樁節(jié)省造價(jià)39%，即節(jié)省58萬(wàn)元。

從環(huán)境保護(hù)和工期上對(duì)比：振沖密實(shí)法既無(wú)嚴(yán)重噪聲，也無(wú)煙霧污染，由于采用潛水電動(dòng)機(jī)，所以雨天也能照常施工，設(shè)備和施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；而錘擊沉管樁既有嚴(yán)重刺耳的噪聲，也有嚴(yán)重?zé)熿F污染，且在雨天不能施工。經(jīng)以上對(duì)比，采用振沖密實(shí)法比錘擊沉管樁更為優(yōu)越。

3 振沖密實(shí)法施工過(guò)程及質(zhì)量控制

3.1 施工前進(jìn)行制樁試驗(yàn)確定施工技術(shù)參數(shù)。造孔電流50-100A；造孔水壓0.3-0.4MPa；加密段長(zhǎng)度不大于0.4MPa；留振時(shí)間11s；填料量0.65m3/m。

3.2 施工過(guò)程。由汽車吊起吊振沖器，對(duì)準(zhǔn)樁位下降至離孔口300mm以內(nèi)，啟動(dòng)清水泵供水，待水壓、水量達(dá)到要求時(shí)，啟動(dòng)振沖器進(jìn)行造孔。當(dāng)達(dá)到造孔電流和加密深度后清孔2次，此時(shí)振沖器提離孔底300-500mm，由裝載機(jī)向孔內(nèi)分段填入卵石料，依靠振沖器的水平振動(dòng)力，不僅將孔內(nèi)的卵石料振密，還不斷地將填料擠入孔壁土中，在樁徑擴(kuò)大的同時(shí)對(duì)樁間砂土進(jìn)行振密。當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，控制系統(tǒng)則及時(shí)發(fā)出信號(hào)，這時(shí)樁和樁間砂土仍繼續(xù)加密，當(dāng)達(dá)到留振時(shí)間，時(shí)間繼電器又自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，標(biāo)志該段次的填料加密過(guò)程完成。如此反復(fù)進(jìn)行直至孔口成樁。

3.3 質(zhì)量控制。要保證振沖密實(shí)法的質(zhì)量，必須控制好加密電流、留振時(shí)間和填料量。首先要控制好加料振密過(guò)程中的加密電流，注意不要把振沖器剛接觸填料的一瞬間的電流值作為加密電流。只有讓振沖器在固定深度上振動(dòng)一定時(shí)間（留振時(shí)間）而電流穩(wěn)定在某一數(shù)值，這一穩(wěn)定電流才能代表填料的密實(shí)程度。要求穩(wěn)定電流值超過(guò)規(guī)定的加密電流值，該樁體才算制作完畢。其次，要控制好填料量。施工中加填料不宜過(guò)猛，要勤加料，但每批不宜加得太多。值得注意的是，在制作最深處樁體時(shí)，為達(dá)到規(guī)定加密電流所需的填料遠(yuǎn)比制作其他部分樁體多，這是因?yàn)殚_(kāi)始階段加的料有相當(dāng)一部分在從孔口向孔底下落過(guò)程中被黏留在某些深度的孔壁上，只有少量能落到孔底；另一個(gè)原因是如果控制不當(dāng)，壓力水有可能造成超深，從而使孔底填料量劇增。

4 檢測(cè)與檢驗(yàn)

4.1 根據(jù)圓錐動(dòng)力觸探（N63.5）檢測(cè)結(jié)果判定承載力情況

施工期間采用圓錐動(dòng)力觸探（N63.5）對(duì)樁體及樁間砂土進(jìn)行檢測(cè)，其抽檢結(jié)果樁體和樁間砂土呈密實(shí)狀態(tài)。

樁間礫砂承載力標(biāo)準(zhǔn)值fsk。中小平均擊數(shù)N63.5=16擊/10cm，其對(duì)應(yīng)fsk可達(dá)600kPa，比振密前礫砂承載力（300kPa）提高2倍。

碎石樁體承載力標(biāo)準(zhǔn)值fpk。中小平均擊數(shù)N63.5=43擊/10cm，其對(duì)應(yīng)fsk可達(dá)1000kPa，比設(shè)計(jì)承載力（650kPa）提高1.53倍。

復(fù)合地基承載力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×1000+(1-0.14)×600=656kPa，比設(shè)計(jì)（400kPa）提高1.64倍。

4.2 平板載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果分析計(jì)算

由于加荷體不足的原因，平板載荷試驗(yàn)未能加到極限荷載。

分析散體樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值fpk。從S-Q曲線分析，曲線呈直線變形階段，無(wú)明顯拐點(diǎn)，因此取沉降量S=12mm所對(duì)應(yīng)的荷載值作為fpk。此時(shí)1#、2#、3#樁 體 對(duì) 應(yīng)fpk分 別 為1400kN、1200kN、610kN，極差小于30%，所以取平均值1070kN，樁體截面積為0.5m2，fpk=1070×2=2140kPa。

分析計(jì)算樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fsk。從SQ曲線分析，曲線呈直線變形階段，無(wú)明顯拐點(diǎn)，因此取沉降量S=15mm所對(duì)應(yīng)的荷載值作為fsk。此時(shí)1#、2#、3#樁間土fsk分別為700kN、390kN、700kN，極差大于30%，所以平均值乘折減系數(shù)0.78，即fsk=563×0.78=439kPa。

計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×2140+(1-0.14)×439=677kPa，比設(shè)計(jì)（400kPa）提高1.69倍。

5 結(jié)論

5.1 飽和的樁間砂土，經(jīng)強(qiáng)烈振動(dòng)，其孔隙大為減小，同時(shí)將振動(dòng)產(chǎn)生的超孔隙水壓力的水迅速由碎石樁體排出，孔隙水壓力隨之減小，砂顆粒重新排列密實(shí)，從而減小沉降減小沉降，提高承載能力。

5.2 對(duì)砂類土，采用振沖加填料法比不加填料實(shí)密法，提高承載力福度更大。這是由于在填料振密過(guò)程中，粗骨料和樁間礫砂形成良好級(jí)配所致。

5.3 平板載荷試驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果基本相等。因此，對(duì)振沖法，采用動(dòng)力觸探檢測(cè)是一種可靠、簡(jiǎn)便、快速、低成本的方法，可以取代耗時(shí)，耗資、笨重的平板載荷試驗(yàn)。

5.4 振沖碎石樁復(fù)合地基，也和其他地基處理法一樣，存在適合于它的前提條件。但只要經(jīng)處理后的地基承載力大于上部建筑物的荷載值，不管多高的樓層都可以采用。

[1]何文訥.振沖碎石樁復(fù)合地基[J].北京：人民交通出版社,2001.