振動水沖碎石樁在大型油罐軟土地基中的應用

陳楊 盧強 重慶工程職業技術學院

振動水沖碎石樁在大型油罐軟土地基中的應用

陳楊 盧強 重慶工程職業技術學院

振動水沖碎石樁的技術的優點是施工方式簡單，工期短，在各種軟地基上皆能使用，而且需要的材料也都是比較低廉的砂子、卵石和礦渣等，成本較低。振動水沖碎石樁工藝的整個流程可以分為五個步驟：檢測振沖碎石樁的放樁位置；安裝好振沖器；利用振沖器的垂直和左右振動為軟土地基造孔；利用振沖器的水沖力進行清孔；在土層有孔的地方及時地填入砂石骨料，并在振沖器的水平作用下將填充的石料和周圍的土層振密，最后形成碎石樁。振沖碎石樁加固的軟黏、砂土地基，承載力可提高3倍。

振動水沖碎石樁；儲油罐；軟土地基；承載力；施工

1 技術特點

進行振動水沖石樁時首先使用振沖器水沖成孔，然后再向這些間隙中填入砂石骨料，借助振沖器的上下和左右的振動來加固砂石骨料，最后形成碎石樁，其主要目的就是增加軟土地基的承載能力。振動水沖碎石樁的技術的優點是施工方式簡單，工期短，在各種軟地基上皆能使用，而且需要的材料也都是比較低廉的砂子、卵石和礦渣等，成本較低。

2 大型儲油罐樁基工程概況

某罐區工程選用100 000 m3儲油罐8個，為T—2原油罐。儲油罐高17.5 m，基礎半徑44.5 m，占地約6 200 m2，基礎設計采用振沖碎石樁與原地基土組成承載力特征值為230 kPa的復合地基。要求其振動器功率為130 kW，水壓為0.3～0.8 MPa，加密電流大于90 A，留振時間都大于8 s，加密段長度不低于0.3 m，并不超過0.5 m。

3 振動水沖碎石樁施工工藝

3.1 工藝原理

振沖器在土層的左右振動和高壓水強力的沖擊使得土層出現的間隙及時的填充好碎石材料，與此同時，隨著水平振動碎石材料將會受到強烈的擠壓，并和周圍的土體形成一根比較堅固的樁柱體。該樁柱體和之前的軟土地基合成復合地基，這樣地基上部產生的各種壓力就能夠由這個比較密實的樁體與樁周土承擔起來。也就是說，該工藝的目的就是要提高大型儲油罐軟土地基的穩定性，避免土層由于砂土液化出現沉降以及濕陷性黃土的濕陷等。

振沖碎石樁常常被應用于承載能力比較弱的砂性土，非飽和性黏土，以及一些生活、生產產生的垃圾為主的雜填土，土層不密實的素填土。該應用得到很多建筑單位的青睞主要原因就是其施工工藝簡便，投資少見效快。相比其他的軟基加固工藝來說，振沖碎石樁的樁徑可以達到1.3 m，而且承載力和抗液化力也是效果最好的。

3.2 工藝步驟

振動水沖碎石樁工藝的整個流程可以分為五個步驟：檢測振沖碎石樁的放樁位置；安裝好振沖器；利用振沖器的垂直和左右振動為軟土地基造孔；利用振沖器的水沖力進行清孔；在土層有孔的地方及時地填入砂石骨料，并在振沖器的水平作用下將填充的石料和周圍的土層振密，最后形成碎石樁。

3.3 施工準備

（1）材料要求。振動水沖碎石樁使用的填充石料比較廉價，但是不能隨意采用，最好是硬度及耐腐蝕都比較好的碎石、卵石以及礫砂等，一般來說，粗骨料粒的直徑在20～50 mm之間比較好，最大不能超過80 mm。粗骨顆粒含泥量最好是小于5%，雜質比較多的顆粒或者是長期暴露在外界被風化了的石子不能用作填充石料。

（2）主要機具設備。振沖機具設備包括振沖器、起重機和水泵。振動水沖碎石樁施工過程中需要用到的設備有操縱振沖器起吊的起重機、汽車吊或自行塔架等；水泵及供水管道；控制電流、電壓、供水管道和加料設施的設備。振動水沖碎石樁施工前不僅需要有上面提到的這些設備，還需要事先進行振沖試驗，因為軟土地基中的成孔深度、速度和填料措施都需要按照土層的具體情況來定，且施工的電流、填料量和留振時間都需事先制定好標準。水泵及供水管道要求水壓力為400～600 kPa，流量20～30 m3/h，每臺振沖器備用1臺水泵。控制設備包括控制電流操作臺、150 A電流表、500 V電壓表、供水管道和加料設備等。

3.4 振沖試驗

施工前應先進行振沖試驗，以確定成孔合適的水壓、水量、成孔速度及填料方法；達到土體密實時的密實電流、填料量和留振時間（稱為施工工藝的三要素）。一般控制標準是：密實電流不小于50 A；填料量為每米樁長不小于0.6 m3，留振時間30～60 s。

3.5 振沖施工

振動水沖碎石樁施工之前應先按儲油罐軟土地基圖定位，振沖器安裝時要仔細地對準孔點，安裝入土的速度為1～2 m/min，并注意在進入土層時每0.5～1.0 m就要在這段高度的土層中按照規定的速度進行擴孔，孔里面的泥漿都被清理出來的時候才能夠進行下一土層高度的沉入。這樣一來，成孔的高度就維持在0.8～1.2 m，當入土進行到設計土層深度時需要留振并減少射水壓力，這樣才能隨著土層的深入完成清孔工作。當然，這個時候也可以采用振沖器速度為1～2 m/min沉至設計深度以上30～50 cm，再按照3～5 m/min的均速提出孔口，并按照相同的步驟一步一步地沉至孔底。這樣反復進行1～2次就能實現擴孔的效果。

3.6 成孔后孔內加料

完成孔的清理和擴展之后就需要實時地將砂石骨料填充進去，然后利用振沖器的垂直和水平運功將碎石樁加固，一直持續到密實電流值達到規定值才停止。按照這樣的步驟多次地提出振沖器，加入高度為0.5～0.8 m的砂石骨料，再往砂性土中沉入振沖器振密。當然成孔過程中也可以邊振邊加料。在振密的時候最好是進行小水量噴水，因為用少量的補給水來調整孔內泥漿密度才能讓下沉更加便利，也有助于土層的振搗密實。

振密時宜小水量補給噴水，以降低孔內泥漿密度，有利于填料下沉，便于振搗密實。

4 振動水沖碎石樁質量檢測

振沖地基的質量檢驗中，填料粒徑、密實電流和地基承載力都將作為主要的項目進行抽樣檢查和監控，除此之外填料含泥量、振沖器噴水中心與孔徑中心偏差、成孔中心與設計中心偏差和孔的深度都要仔細的按照質量驗收標準進行檢查和測量。振沖地基的質量檢驗標準見表1。

表1 振沖地基的質量檢驗標準

成品保護與“灰土擠密樁施工工藝標準”的成品保護相同。安全措施同“灰土擠密樁施工工藝標準”、“砂樁、砂井施工工藝標準”中的安全措施。

5 施工注意事項

施工的過程中不僅要認真執行“灰土擠密樁施工工藝標準”、“砂樁、砂井施工工藝標準”中的規定的安全措施，還需要在振沖樁的各個階段還特別注意：施工完成之后，振沖最上1 m左右時由于土覆壓力小，需要利用振動碾壓機來輔助才能確保樁的密實度；振動施工結束后，除砂土地基外，應不定期的進行質量檢驗；振沖法用于處理黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基，也可以使用振沖擠密砂樁法。借助振動和壓力水使砂層液化并壓實砂顆粒來提高砂層的承載力和抗液化能力；振沖法只能用于地下水位低、土質比較緊致和較少含有雜物的土層。如果在霜凍天氣的時候進行施工，需要在施工之前把表層凍土破碎后造孔，而且施工后還要及時的清理供水管和振沖器內的水，避免由于霜凍結冰及體積膨脹而損壞供水管和振沖器。

6 結語

振沖法加固軟土地基具有速度快、工期短、工藝簡單、操作簡便、成本低、應用廣泛等特點。振沖碎石樁加固的軟黏、砂土地基，承載力可提高3倍。與其他樁基礎相比其投資少、見效快，而且工期減半；而大功率振沖器則顯現出有效提高復合地基承載力的良好效果。避免施工過程中出現漏振、加密段過長及加密電流偏小等質量問題，是大功率振沖器加固超深地基成功的關鍵。

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.050