振沖法在加固海中大面積吹填砂地基中的應用

曾 煒，王東志，李 冕,2，廖文龍，肖 翀，袁 航,2

（1.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430014；2.長大橋梁建設施工技術交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430014）

引 言

深中通道東起機荷高速，跨越珠江口，西至中山馬鞍島，全場24.03 km，跨海段長22.39 km，是集“橋、島、隧、地下互通”為一體的系統(tǒng)集群工程。其中伶仃洋大橋東錨碇基礎采用八字形地連墻基礎，地連墻直徑2 65 m，厚1.5 m，采用鎖口鋼管（板）樁圍堰，合攏后回填砂形成干施工環(huán)境的筑島施工工藝，圍堰直徑150 m，圍堰位置處河床高程-5.15 m，底部為厚淤泥層，清淤2 m，回填砂頂高程 3.5 m，回填高度 10.65 m，吹填面積約17 663 m2，筑島示意見圖1。

圖1 伶仃洋大橋東錨碇筑島立面示意

回填砂多為中砂，固結度、密實度及承載力均較低，為保證后續(xù)施工的安全推進，減小回填砂沉降的影響，還需在回填完畢后對地基進行加固處理。無填料振沖法是在振沖中不加填料，利用振沖器的水平高頻振動以及水流的沖切作用，產生超孔隙水壓力，降低砂土的抗剪強度，使其液化后進行顆粒的重新排列，減小孔隙比，從而達到加固和密實的效果。

本文結合伶仃洋大橋東錨碇筑島圍堰這一工程實例，對無填料振沖法處理大面積寬闊海域吹填砂地基進行現場試驗研究，包括靜力觸探試驗、標準貫入度試驗和平板載荷試驗，得到的結論驗證了其施工可行性，并為今后類似地基的處理提供依據。

2 振沖方案

2.1 回填砂參數

首先對回填砂進行顆粒級配試驗，按照《建筑用砂》規(guī)范要求，分別采用篩孔直徑 4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm的方孔篩進行篩分，具體過篩率如表1所示，細度模數的計算公式如下：

表1 顆粒級配

其中 Ai為篩余百分比，計算得到細度模數2.7，在3.0～2.3之間，為中砂。

2.2 施工準備

1）總體布置

振沖點成等邊三角形布置，輻射范圍2～3 m，間距2.5 m，全斷面施工，錨碇圍堰內共計2 100個點，靜力觸探孔和標貫試驗孔各6個，且在靠中山側布置了振沖試打區(qū)域，布置型式如圖2。

圖2 現場試驗總體布置

2）振沖試打

為檢驗無填料振沖法加固吹填砂地基的效果，在大面積施工時應該對圍堰內小片區(qū)域進行振沖試打，并對振沖點間距分別為2.5 m、3 m時的振沖效果進行對比，確定圍堰內振沖點的最終間距。所選振沖器型號為BJV-75kW-426，額定功率75 kW，密實電流90 A，轉速1 450 r/min，振幅16 mm，振動形式為雙點脅迫式振動。

振沖效果的評定標準采用取地面以下2 m的標準貫入度>15擊即為合格，標貫數據見表2。

由表2可知，2.5 m間距比3 m間距的振沖效果要好1.1倍，且30 cm進尺所需擊數均大于規(guī)范要求的 15擊（中密），因此將振沖點間距選擇為2.5 m是可行的。

表2 振沖試打區(qū)標貫結果 /擊

2.3 施工流程

場地平整后將振沖器對準加固點。打開水源和電源，檢查水壓、水量、電壓、密實電流和振沖器的空載電流是否滿足典型施工確定的振沖參數。

啟動吊機，為避免造成孔中塌砂將振沖器抱住，下沉速度宜快，下沉速度控制在1～2 m/min，并觀察振沖器電流變化，電流最大值不得超過振沖器的額定電流148 A，當超過額定電流值時，必須減慢振沖器下沉的速度直至停止下沉。

當振沖器下沉到設計加固深度時，將射水量減至最小，并在這一深度上留振12～18 s，速度提升振沖器。電流趨于穩(wěn)定，直至超過規(guī)定密實電流。

隨后以 1.5 m/min速度提升振沖器。每提升0.5 m就留振12～18 s，并觀察振沖器電流變化。

關機、關水和移機定位，在另一個加固點上施工。具體施工流程見圖3。

圖3 總體施工流程

3 振沖效果檢測

為檢驗無填料振沖法加固寬闊海域大面積吹填砂地基的效果，在振沖結束前后進行標準貫入度試驗（SPT）、靜力觸探試驗（CPT）、平板載荷試驗。

3.1 標準貫入試驗

對不加填料的振沖擠密處理的砂土地基，檢驗可以采用標準貫入法，取振沖點中心處進行試驗。振沖前后沿深度方向標貫值見圖4，平均標準貫入度檢測值見表3。

圖4 標準貫入度-深度曲線

表3 振沖前后平均標準貫入度

在錨碇圍堰內共計進行了6組標準貫入試驗，由表3數據可知，無填料振沖對吹填砂地基的加固處理效果還是比較明顯，振沖后最小平均標貫擊數為19擊，振沖前后平均提高倍數為2.1倍。

3.2 平板載荷試驗

圖5 p-s曲線

平板載荷試驗參考《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007-2001）附錄C中的相關規(guī)定，根據相關資料試驗加載至450 kPa，分15級加載，每級加載 30 kPa，每次加載后的沉降觀測頻率為 1 h內10 min一次，1 h后30 min一次，根據現場的實際數據繪制p-s曲線如圖5所示。

由圖5可知，當加載至240 kPa時，觀測的沉降值為 11.5 mm，此時的 s/b=0.0144，介于0.01～0.015之間，滿足平板載荷試驗的要求，因此振沖后的吹填砂最大地基承載約為fa=240 kPa。

3.3 靜力觸探試驗

為監(jiān)測振沖后吹填砂的抗液化性能和承載力提高情況，如圖2布置所示，共進行了5組靜力觸探試驗（CPT）。靜力觸探車為南光地質WYCL-25，靜力觸探儀為Geomil GME-500。

1）錐尖阻力

繪制CPT3-2振沖前后的錐尖阻力試驗值對比曲線如圖6所示，各孔位的錐尖阻力值如表4所示。

圖6 振沖前后錐尖阻力對比曲線

表4 各孔位振沖前后錐尖阻力值 /MPa

由圖6和表4可知，振沖過后上部8 m左右的吹填砂層的錐尖阻力值有了明顯的提高，各孔位標準值的平均值由2.56 MPa提高至3.88 MPa，地基承載力也得到了相應的提高。

2）側摩阻力

繪制CPT3-2振沖前后的側摩阻力試驗值對比曲線如圖7所示。

圖7 振沖前后側摩阻力對比曲線

可以看出側摩阻力在振沖過后，隨著吹填砂密實度的增加也有了一定程度的提高，最大側摩阻力值達到了65.9 kPa。

3.4 試驗對比

結合《建筑地基檢測技術規(guī)范》（JGJ 340-2015）中的相關介紹，取振沖后的標準貫入度N=21擊，對于回填砂基礎換算地基承載力為259 kPa。

對于靜力觸探值的換算公式為 fak=40ps+70，ps=1.1qc，根據現場靜力觸探的試驗數據得到振沖前錐尖阻力標準值qc=2.6 MPa，得到fak=184 kPa。振沖后錐尖阻力標準值 qc=3.9 MPa，地基承載力fak=242 kPa，提高1.32倍。

表5 承載力計算對比

由表5可知，靜力觸探試驗（242 kPa）、平板載荷試驗（259 kPa）、標準貫入試驗（240 kPa）的換算地基承載力差距較小。

4 結 論

結合深中通道伶仃洋大橋東錨碇筑島施工，對寬闊海域大面積吹填砂地基采用無填料振沖法進行加固，并進行了現場試驗，得出了以下結論：

1）進行大面積無填料振沖施工加固吹填砂地基之前，進行振沖試打試驗，對比了振沖間距2.5 m和3 m時的加固效果，提升效果為1.1倍。

2）進行了標準貫入度試驗、靜力觸探試驗、平板載荷試驗，對比了振沖前后的吹填砂地基承載力提高約1.32倍，得出來采用無填料振沖法加固大面積吹填砂地基能得到很好的加固效果。

3）詳細介紹了在筑島圍堰內對大面積吹填砂地基進行加固的施工方法和施工流程，其中的施工參數和施工思路為以后類似地質的工程提供了參考。