振沖密實法在榆林機場場道地基處理中的應用

王偉 趙勇 馬寶社

1 工程概況

榆林遷建機場位于榆林市西北方向的場汗街，處于毛烏素沙漠的南緣，距榆林市區直線距離約15 km。機場跑道區域為近代風積沙以沙丘和沙丘鏈構成大片沙漠，地層松散，且分部不均勻，原天然地基承載力約110 kPa，不能滿足設計承載力要求，必須進行地基處理。

2 工程地質及地震效應

1)場地地貌單元屬于毛烏素沙漠邊緣半移動半固定沙丘。場區內分布的地層從上到下依次為:

③中更新統(Q2):為淺黃，灰黃色砂質黃土與粉土質砂互層，夾4層～5層棕紅色古土粒，含少量零星鈣質結核，堅硬致密，厚17 m～21 m。

④下更新統(Q1):該層土在場區內不發育，很少揭露。

2)地震效應。場區地質構造簡單，新構造運動微弱，場區無活動斷裂帶。地震設防烈度小于6度，可不考慮砂土振動液化。

3 砂樁設計參數

地基處理工程范圍包括跑道道槽區、跑道外放區、聯絡區、停機坪道槽區和外放區，面積約29萬m2。振沖擠密砂樁共13.7萬根，約90萬延長米，樁長 5.5 m～11 m不等，樁徑 600 mm，樁間距1 300 mm(平行跑道方向)，樁排(列)距1 100 mm(垂直跑道方向)，呈等腰三角形分布(見圖1)。要求成樁后復合地基承載力大于160 kPa，振沉量不小于 30 cm。

4 振沖砂樁施工

4.1 施工準備

1)根據榆林地區地基加固的經驗以及松散粉細砂、水位低的地況，采用ZCQ-45振沖器。

2)由于原廠的設備只有進水一個通道，無法滿足工藝要求，因此在進場前對振沖器進行小改造，在兩側對稱焊接一根長度大于6.0 m，直徑50 mm鋼管，以滿足水量大的工藝要求。在振沖器以及吊索上標記出每500 mm印記，便于觀測。

3)本工程振沖樁擬分成2區同時進行，2區分別編為Ⅰ區、Ⅱ區，對于每區成樁由一邊向另一邊推進，樁位施工順序見圖2。

進場交樁后，按照樁位布置圖，計算出各種不同樁長工作面的四至界線，確定出樁位的布設軸線及主要的轉角點。利用經緯儀配合50 m鋼尺按照極坐標法施放每一根樁的樁位。

4.2 施工情況

4.2.1 振沖定位

用吊車吊起振沖器，檢查各連接通道，對準樁位振沖定位，誤差控制在50 mm以內，采用鋼尺量測雙向定位。定位時注意振沖器的懸錘情況，開啟供水泵，電源，檢查水壓，電壓和振沖器的空載電流是否正常。電壓控制值(380±20)V，水壓控制值0.4 MPa～0.6 MPa。

4.2.2 成孔

振沖器對準樁位中心設備運行正常后，下放振沖器，啟動吊機以大水量，快速下放振沖器，并觀察振沖器電流變化，電流最大值不得超過電機的額定電流。當超過額定電流值時，必須減慢振沖器下沉速度，甚至停止下沉或者提升一段距離，電流符合后再下沉。當振沖器下沉到設計加固深度后，減小水量，使振沖器下沉至設計深度下200 mm(振沖器頭部)，留振至密實電流后留振時間30 s。成孔過程水壓控制在 0.4 MPa～0.6 MPa，水量20 m3/h～30 m3/h，下沉速度控制在3 m/min～5 m/min。

在造孔過程中必須保持振沖器呈垂直狀態，以保證垂直成孔。當在下沉中出現卡鉆現象，應加大水壓與水量，并保持振沖狀態，上下稍做反復即可消除卡鉆現象，再繼續下沉。

4.2.3 振沖密實

振沖密實電流為55 A～65 A，以2 m/min速度提升振沖器，水壓控制在0.2 MPa～0.4 MPa，水量10 m3/h～20 m3/h，每提升振沖器500 mm，留振30 s～60 s。注意觀察振沖電機電流變化，這一過程中設專人主控，記錄每次提升高度，留振時間，密實電流值和成樁速度。記錄人員嚴格監控各深度的電流值以及留振時間，確保達到振密電流要求。

在造孔擠密中易出現電流超過要求很大，即瞬時電流值達90 A以上，這時應將振沖器停下來或上提一點，待電流值正常后再施工，出現這一現象也可能是塌孔或遇到較硬土層或孤石之類，但瞬時電流并不能真正反映振密電流，在留振時間內電流值能穩定在某一數據，這樣才能反映擠密效果，穩定電流以密實電流為準。

4.2.4 檢查驗收

振沖密實后關機、關水移位至另一個樁位上，道槽區地基處理樁體標高關系剖面示意圖見圖3。

振沖砂樁施工完14 d后，對虛樁頭進行一次挖除，采用機械配合人工挖除，剩余10 cm采用人工清理，整理地面，測量含水量，達到要求后開始碾壓。采用縱向、橫向交錯的方式碾壓，碾壓8遍以上，檢測壓實度，達到規定壓實度 0.98標準。

5 檢測結論

1)振沖砂樁施工完成后，跑道道槽區、跑道外放區平均下沉35 cm，最大下沉41.2 cm。總沉降方量為:290 741 m2×0.35 m=101 759.35 m3。

2)砂樁復合地基靜置14 d后，地基面分別做了靜力觸探和環刀取樣，均能滿足設計要求。從經濟指標看，比大開挖后在分層碾壓節約成本約30%，同時節約了時間。

3)復合地基承載力。在天然地基上和砂樁地基上各做兩個荷載試驗，荷載板尺寸1.9 m×1.9 m，荷載—沉降關系曲線如圖4所示，如果用相對沉降法取s/b=0.02則擠密樁地基對應的p0.02=160 kPa～280kPa，而天然地基對應的p0.02=60 kPa～100 kPa，前者是后者的3倍左右。

6 結語

振沖密實施工法能使風積細砂土的相對密度增加，空隙比減小，干密度和內摩擦角增大，土的物理性能得以改善，地基承載力大幅提高，同時振沖密實施工法的應用從原來的中粗砂土質擴展到風積細砂土，豐富了振沖法的應用范圍，值得在類似的地基處理中推廣。

[1] 劉洪斌.振動擠密碎石樁施工及監控要點[J].山西建筑，2008，34(7):152-153.