振沖密實法在嵩嶼二期工程地基處理中的應用

朱子文

（中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350003）

1 工程概況

1.1 振沖密實工程項目及部位

該工程為廈門港嵩嶼港區二期岸壁工程B標段工程項目，為10萬噸級集裝箱碼頭，其碼頭主體結構為2 653 t重力式沉箱結構，碼頭后方采用將淤泥清除干凈后全部回填中粗砂置換的方式，因此，后方地基回填砂需作振沖密實處理，以達到地基處理要求。

1.2 回填砂性質

碼頭后方回填砂是由皮帶運砂船乘高潮拋填，并于低潮時使用推土機、裝載機等機械推平、堆高至設計標高而形成的。回填砂為中粗砂，含泥量＜3%，φ≥30°。

1.3 振沖密實處理范圍及規模

振沖密實處理范圍為長約600 m，寬約340 m，總面積約204 000 m2，設計有效振沖深度約20 m，即由-12.6 m至+7.4 m。但考慮振沖處理密實后砂面沉降，且為保證砂基表層密實效果，根據以往類似砂基密實處理經驗，將回填砂面標高提高了0.6 m，故實際振沖深度達20.6 m。振沖深度小于20 m的按砂層實際深度處理。

1.4 振沖密實處理的設計要求

設計要求在振沖密實砂施工完成后兩個星期進行現場CPT靜力觸探（連續測）、標準貫入試驗（沿深度方向每2.0 m進行1次）檢驗回填砂振沖加固處理效果，要求回填砂錐尖阻力≥6 MPa、平均標貫擊數≥20擊（淺層3 m≥18擊），最低標貫擊數不小于15擊（且不超過5%），以達到后方堆場承載力要求。檢驗點數：標貫檢驗按300個振沖點選擇1個孔；靜力觸探按5個標貫試驗選擇1個孔。

2 振沖設備選擇

根據回填砂性質及振沖密實設計要求，結合以往類似工程經驗，選用了ZCQ-100大功率振沖器及相匹配的水泵，水壓為400～600 kPa，水量為200～400 L/min，揚程可達108 m。采用50 t履帶吊起吊振沖設備進行施工，振沖管長22 m，200 kW發電機進行發電施工。振沖器技術性能參數見表1所示。

表1 ZCQ-100型振動器技術參數表Table 1 Technical parameters of ZCQ-100 vibrator

3 試驗段施工

按規范規定，正式施工前必須進行試驗。通過試驗，選擇合理的振點布局、點距、振密電流、留振時間等各種施工技術參數；同時檢驗施工機具的性能及適應性。振沖試驗區選擇2.5 m、3 m、3.5 m三種間距，如圖1所示，面積約4 590 m2，按等邊三角形布置振點。

圖1 振沖試驗區域布置圖Fig.1 Layout of the vibro test area

3.1 振沖點布置

振沖點按等邊三角形布置，并在每個點的位置上做上標記。

3.2 振沖工藝流程

①清理、平整布置場地→②施工機具就位，振沖器對準樁位→③振沖成孔，造孔速率為8～10 m/min→④振沖器到達設計深度后，留振30 s→⑤利用振沖器的強力振沖和噴水，使孔內振沖器周圍和上部砂土逐漸塌陷，并被振密→⑥上提振沖器（每次上提高度為0.5 m），并保持留振30 s→⑦按上述5、6步驟反復由下至上逐段振密至設計標高→⑧二次成孔至設計深度→⑨二次振沖至地面，完成。

3.3 振密控制電流

注意觀察振沖電流變化，每提一次振沖器，一般密實電流應超過空載電流25 A以上，表示該深度砂已振密，本工程振密電流100～120 A左右。

3.4 振沖后砂基檢測

3.4.1 檢測點

本工程根據檢測要求及現場實際情況檢測點如圖2所示。標貫檢測點ZK1～ZK7共7個點；靜力觸探檢測點JT1～JT7共7個點。

圖2 振沖試驗區域檢測點位置圖Fig.2 Location plan of thetest pointsof vibro test area

3.4.2 試驗檢測

1） 標貫檢測數據見表2。

表2 試驗區標貫檢測數據表Table 2 Standard penetration test data of the test area

2）靜力觸探檢測數據見表3。

表3 試驗區靜力觸探檢測數據表Table 3 Cone penetration test data of thetest area

3.5 試驗段結論

陸上振沖砂2.5 m間距的鉆孔平均標貫為22.8擊，平均靜力觸探為8.85 MPa；3 m間距的鉆孔平均標貫為23.2擊，平均靜力觸探8.58 MPa；3.5 m間距的鉆孔平均標貫為24.3擊，平均靜力觸探7.71 MPa，均滿足設計要求。

通過對比分析，2.5 m施工間距重復密實區域過多，振沖速度較慢，存在個別孔無法振沖至設計深度；3 m施工間距各項參數基本與設計要求吻合；3.5 m施工間距留振時間較長才能達到密實電流，振沖密實質量較難控制。

因此，本工程振沖砂密實均選取3 m孔距為施工間距；振沖器空載電流為70～80 A，密實電流為100 A以上；留振時間在20 s后電流基本無變化，留振時間控制在20～30 s。

4 正式施工存在問題及說明

試驗段完成后，得出技術參數的基本結論，以指導正式施工。但試驗段施工是短暫施工過程，在正式施工中還遇到以下問題。

4.1 密實電流及留振時間

密實電流可以反映砂基加固的密實程度，在試驗確定電流值后須嚴格按照密實電流值控制，在施工中要避免將瞬時電流誤作密實電流而過早提升振沖器；另外留振時間要控制到位，本工程控制在20～30 s，時間過短，則砂層未密實。密實電流及留振時間兩者是密切關聯的，在留振時間內關注密實電流變化，電流變化基本穩定則密實效果較好。

4.2 振沖貫入困難

在振沖過程中經常遇到振沖10～15 m左右即出現停滯不前的現象，電流驟升，貫入困難。經多次觀察，發現振沖器在表層干燥、濕度不飽和的砂層中作業，水向下沖射時，水向孔壁四周滲透較快，在一定深度就已耗盡，沒有水力的沖切，單純依靠振沖器的激振力作用形成只振無沖的狀態，因而難以下沉。對此可從兩方面加以改進，一是乘潮作業，改變工作時間，充分利用每天兩個高潮時間，每班乘潮作業有效時間5～6 h，這樣砂層可以充分被海水浸沒飽和；二是在振沖器外側增加沖水管，一般對稱增加兩根，增加射水強度。經改善效果明顯而且振點口徑增大，口徑周圍裂紋增多，砂粒明顯向振點孔內塌落，填充擠密，每一振點的作業時間相對縮短，效率增加。

4.3 上拔控制

本工程設計是不需填料的，受高壓水的沖擊和振沖器的振動形成塌孔自動填料，但該部分填料有限，因而在到達設計標高進入上拔過程中要降低水壓，使孔洞能夠充分密實，一次上拔只是初次密實，有些地方沒有形成塌孔，二次上拔一般可不到設計標高就開始上拔，可比設計標高高1～2 m，但兩次上拔都需要在離地表3 m深度附近進行2 min左右的反復抽插，使其周圍充分坍塌。

5 施工體會

1） 采用大功率振沖器。在含泥量低的中砂或中粗砂層中，有條件應盡量選用大功率振沖器，不僅激振力大，振沖效率高，擠密質量可靠，而且作用半徑大，可增大點距，減少振沖點數，既可以加快工程進度，也可進一步降低工程成本。

2） 水量和水壓非常重要。本工程利用高潮時間振沖作業，并且增加射水管，完全浸水飽和的中粗砂層顆粒比重減小，稍經振動即可液化，砂土中的粗、中、細顆粒在水中易于流動移位，重新排列組合，孔隙減少。在自行坍塌的基礎上輔以射水，并安排人工用鐵鏟翻動充填，可以取得貫入、振密、耗電少、工效快、密實均勻可靠的效果。

3）密實電流及留振時間控制。密切關注密實電流變化，嚴格控制留振時間。

4） 必要時加填料。利用不加填料的振沖法進行中粗砂的振沖密實，具有施工簡便、密實效果好、能量利用合理、生產效率高等特點，能有效提高地基承載力，減少沉降量，增加地基穩定性和提高抗液化能力。但是當個別砂層含有淤泥或者淤泥夾層較多時，將出現不論留振時間多長，密實電流也上不去的問題，因此該法受回填砂質量的影響較大，在必要時還是需要增加填料。

5）本工程振沖后平均沉降達60 cm以上，在施工過程中由于施工方法的多樣性和砂質的不均勻性使得砂的密實性不均勻，產生振沖前后地表沉降量不均勻是不可避免的。

6 結語

在重力式碼頭后方基礎處理中，采用大開挖清淤后回填砂，再進行振沖密實。本文通過對廈門港嵩嶼港區二期岸壁工程B標段項目的后方陸域振沖密實砂施工實踐總結，介紹了從振沖試驗施工開始至正式施工的工藝方法以及在施工過程中遇到的問題及解決方法與體會，可為同類項目設計與施工提供參考。

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