無填料振沖法在砂基加固處理中的應用

胡耀宗，許保華

（廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230）

無填料振沖法利用振沖器提升過程中砂基本身的坍落自由填滿振孔，不外加填料，將砂基振密[1]，具有施工簡便、工期短和造價低等優點[2]。本文結合安哥拉某堆場地基處理工程，介紹了無填料振沖法在回填砂密實加固處理中的應用，介紹相應的質量控制方法與應用體會。

1 振沖法的加固機理

無填料振沖法無粗顆粒填料，處理后地基內沒有豎向排水通道，加固效果有振密和預振。

1.1 振密作用

在振沖器的作用下，地基土特別是松散砂土的顆粒會重新排列，體積縮小，表現為振沖過程中地面下陷。經過振沖處理的密實度Dr值都可以達到0.7以上，一般為0.75左右。砂土振沖密實后孔隙減小，提高砂土的強度和砂基承載力。

1.2 預振作用

振沖施工過程中會造成地基土強烈震動，從而對液化砂土產生預振作用，提高砂基抗液化能力[3]。多次試驗表明，相對密度54%（受過預振）的砂樣抗液化能力相當于相對密度為80%（未受過預振）的砂樣。

2 振沖施工

2.1 施工參數

振沖施工的相應參數主要包括：振沖點分布方式與間距、振沖器功率與密實電流、成孔速度、提升間距和留振時間等。相應參數的確定基本上是借鑒成功的工程經驗，并且根據正式施工前的現場試驗確定的。

2.2 施工流程

1） 施工準備

清理、平整施工場地，檢查現場水、電供應，并根據確定好的分布形式與孔距布置振沖點。

2） 振沖施工

振沖施工主要步驟為：振沖器就位→成孔→振沖器下放至設計標高→緩慢提升并振密→移機至下一點位，施工整體流程如圖1。

成孔時，振沖器下放造孔速度不應過慢，保持2～3 m/min為宜，直至設計標高。如遇到難以穿透的砂層或振沖器被砂層抱死時，振沖器瞬時電流會持續升高，此時應減緩振沖器下放速度、加大射水水壓，待電流減小后再繼續下放。

到達設計標高后，振沖器應在孔底保持振沖一段時間（2 min左右），使孔內振沖器周圍和上部的砂層逐漸塌陷直至振密（達到密實電流）。接著，緩慢提升振沖器一段距離（約30～50 cm），保持這一高度將砂土振密實，留振一段時間后再次提升。如此，“提升-振密-提升”由下而上逐段振密，直至樁頂設計標高。

需要注意的是，如自由坍落的砂不足以填滿振孔，應在提升過程中適當向孔內補充砂料。

3 質量控制與振沖效果檢測

3.1 質量控制

振沖施工質量控制主要是對水、電的控制，以及對振密施工過程的把握[4]，其中，以水、分段振密和密實電流三個因素的控制最為關鍵。

1）水

由于飽和能降低砂土的抗剪強度，因此水量大小是影響振沖效果的因素之一。合適的水量是保證砂土充分飽和的條件，使其受到振動后能夠液化。有助于振沖器的造孔效率，提高振沖效率。一般出口水壓 500～700 kPa，水量 300～500 L/min，可保證振沖器的正常成孔速度與振密效果。

2） 分段振密

分段振密的效果主要取決于每段提升距離與留振時間兩個方面。首先，振密過程應嚴格控制提升速度，而且每段提升距離不應過大，應控制在30～50 cm，以免造成局部虛振、漏振。其次，在振沖加固過程中，留振時間的延長，可以使砂土完全液化并增大影響范圍。實際施工中，為了保證加固效果，通常均延長留振時間。

3） 密實電流

密實電流是振沖密實穩定后反映在儀器上的電流值，一般情況下，每次留振一段時間后工作電流會達到穩定的密實電流值，然后可進行下一步操作。當振沖器下放、提升速度過快或在基礎中遇到較堅實的夾層時，可能會出現瞬時電流虛高，故現場應密切注意電流值變化，避免將瞬時虛高的電流值當作密實電流，過早移動振沖器[5]。

另外，很多其他因素對保證振沖施工的質量也很重要。如振沖前要定位準確，振沖過程中不漏孔、不漏振等，均是振沖施工質控工作的重點。

3.2 振沖效果檢測

振沖加固效果檢測主要采用現場試驗為主，也可根據實際情況輔以室內試驗，室外試驗主要包括標準貫入度試驗（SPT）、動力觸探試驗（DPT），室內試驗主要包括密實度試驗和內摩擦角檢測。

4 工程實例

安哥拉某碼頭堆場面積約為13.5萬m2，其中6.5萬m2區域采用吹砂形式回填，回填厚度最大處達13 m，回填砂為天然海砂，中細砂，級配較好。經檢測，堆場吹填后標準貫入擊數N為10擊左右，屬于松散狀態。本文以其中M區振沖施工為例，本區回填砂厚度平均為7.5 m。

按照設計要求，采用振沖法進行回填砂地基處理，處理后回填砂地基承載力達到300 kPa。

1） 振沖參數

根據已有工程振沖施工的成功經驗，本工程選用75 kW振沖器（ZCQ-75型），并選擇2 m、2.5 m、3 m三種孔距進行典型施工[6]。

根據試驗結果，本工程決定采用2 m振點間距，正三角形布置，密實電流為75 A。振沖過程中，每次提升距離30～50 cm，留振時間10～20 s。

2） 振沖施工

施工過程中，質控工作主要圍繞振沖各分步進行，具體的措施有：

振點定位：將振沖區分為若干小區，設置控制坐標點，每個小區按孔距定出點位，用醒目的標志標示。

振深控制：對各小區不同的振深，在振沖桿上描出控制線，以便操作中檢查，確保振沖深度。

提升距離：在振沖桿上按50 cm一格做上標記，每次提升高度控制在一格以內。

密實電流、留振時間：參照控制臺的電流表，當電流值穩定達到75 A左右后，留振10～20 s即可再次提升。

及時補料：每次振沖桿提升時，安排專人在周圍觀察，如發現砂基坍落不足則及時補料，以防產生孔洞。

3） 檢驗效果

振沖完成后，本區采用動力觸探試驗（DPT）、標準貫入試驗（SPT）對振沖施工的效果進行檢測。

動力觸探試驗：在回填砂層1～6 m范圍內最小擊數為10擊，平均擊數為22擊，回填砂層地基承載力標準值為320 kPa。

標準貫入試驗：除表層較松散外，最小標準貫入擊數為32擊，平均標準貫入擊數為44擊，回填砂層地基承載力標準值為300 kPa。

經過綜合檢測，M區內回填砂層地基承載力特征值為300 kPa，滿足設計要求。

5 結語

港口工程較其他類型工程特殊之處，其中之一就是潮汐對工程施工的影響。在本工程施工中，高潮位時大部分砂層處于水位以下，振沖器貫入砂層較易，施工效率也較高，而遇到低潮時情況則相反。因此，同類工程可充分利用這一特點，盡可能利用高潮位的優勢，事半功倍。

振沖過程中，有時會碰到電流長時間無法達到密實電流值的情況，往往該孔位存在淤泥夾層或黏土層，這種情況下應考慮采用碎石樁法加固該振孔，向孔內添加碎石填料，將其振密。

砂基振沖最普遍的問題是砂層表層難以振密，主要表現在砂面層以下1 m左右，由于上覆荷載較小，振沖后密實程度較下方要差。一般情況下，可以考慮在設計點位之間增加孔位進行補振，同時大量澆水，表面密實度會有一定改善。另外，也可以考慮采用表層振動碾壓改善表層密實情況，或在砂層表面設置碎石層以增加其承載力。

在較常見的軟基處理方式（如：排水固結法，強夯法和復合地基法等）中，雖然無填料振沖法適用范圍具有一定的局限性，但用其加固砂基具有施工簡便、加固效果好、施工效率高和投入產出率高等特點，宜推廣使用。

根據無填料振沖的特點，歸納振沖口訣：

砂基礎，增承載，密實振沖為首選；場整平，孔布勻，移機到位對準點；足水壓，穩供電，振沖先至孔下限；后提升，速度減，分段留振是關鍵；密實電，作檢驗，確保砂層振得嚴；補充料，莫忘添，如此循環至地面；換方位，下一點，按部就班全搞掂。

[1] 葉觀寶，萇紅濤，徐超，等.無填料振沖法加固吹填粉細砂現場試驗研究[J].勘察科學技術，2009（4）：3-6.YE Guan-bao，CHANGHong-tao，XUChao，et al.Local test study of vibroflotation on hydraulic backfilled silty and fine sand without additional backfill materials[J].Site Investigation Science and Technology，2009（4）：3-6.

[2]曹承濱.振沖法在大厚度回填砂基處理的應用[J].港工技術，2007（6）：47-48.CAOCheng-bin.Application of punchingmethod in unconventionally thick backfilled sand foundation[J].Port Engineering Technology，2007（6）：47-48.

[3]王惠中.振沖法加固碼頭風化砂回填地基 [J].中國港灣建設，2005（2）：47-49.WANGHui-zhong.Strengtheningof weathered sand fill foundation with vibroflotation method[J].China Harbour Engineering，2005（2）：47-49.

[4]周日仔，周偉.回填砂振沖密實加固處理[J].華南港工，2005（1）：29-32.ZHOU Ri-zai，ZHOU Wei.Consolidation treatment with backfill vibro-compaction method[J].South China Harbour Engineering，2005（1）：29-32.

[5] 馮強，孔麗艷.水下深層振沖法在港口工程中的應用[J].水運工程，2000（7）：54-58.FENG Qiang，KONG Li-yan.Application of underwater vibrocompaction method in port engineering[J].Port＆Waterway Engineering，2000（7）：54-58.

[6] 吳胤斌.地基原位測試試驗報告[R].廣州：廣州港灣工程質量檢測有限公司，2010.WU Yin-bin.Report on foundation in-situ test[R].Guangzhou：Guangzhou Harbor Engineering Quality Examination Co.，Ltd.，2010.