無填料振沖密實法在科威特LNGI 工程中的應用

梁思明，鄭俊

（中交廣州航道局有限公司，廣州210220）

1 引言

振沖密實法是德國人在1937 年發明的一種地基加固方法[1]，最初應用于含泥量較少的中粗砂地基，無須加填料，因此，也稱無填料振沖密實法，是一種快速有效的地基加固處理方法。隨著振沖密實法在各類工程中的應用推廣和技術改進，逐步演變出可以用于加固粉細砂地基的加填料振沖密實法以及加固黏性土的振沖置換法，適用范圍越來越廣[2]。

進入21 世紀后，城市化的發展進程加速，人類開始向海洋要地要空間，全球涌現大量大規模的填海造地工程，吹填砂土的厚度越來越厚，且對地基加固要求越來越嚴格。由于振沖密實法具有工藝簡單、處理深度大、效果顯著、造價低等多種優點，成為厚度較大、地基承載力要求高的吹填砂土地基常見的加固處理方法，尤其是含泥量較少的中粗砂地基，無填料振沖密實法是比較經濟合理的選擇。本文結合無填料振沖密實法在科威特LNGI 項目的應用實際，介紹無填料振沖密實法在吹填砂地基加固工程中的加固效果檢測方法、施工設備、施工參數和施工過程質量控制要點。

2 工程概況

科威特LNGI 項目位于科威特城南約90km 的Al Zour區域，項目的總投資規模大約30 億美元。項目的吹填面積520 000m2，吹填工程量11 350 000m3，吹填標高+5.5m，吹填平均厚度約20m，最大厚度達到26m，吹填土質含泥量不超過15%，地基處理后水面以上要求95%壓實度，水面以下90%壓實度，且應滿足最小荷載200kPa（3m×3m 基礎）和10年工后沉降不大于25mm。

項目吹填采用大中型絞吸船、耙吸船進行施工，砂源主要是中粗砂，局部為含泥量較多的粉細砂，施工過程中通過吹填工藝控制，吹填砂含泥量基本控制在15%以內，取砂區鉆孔取樣顆粒篩分曲線如圖1 所示。實際因吹填尾水聚集沉淀仍存在局部區域吹填砂摻夾有厚度小于30cm 的軟弱透鏡體。考慮本項目吹填砂含泥量控制效果好、吹填砂厚度大、壓實度要求高、工期緊張等特點，地基處理采用無填料振沖密實法。

圖1 取砂區鉆孔取樣篩分曲線圖

3 地基加固效果檢驗方法

壓實度是指的土被壓實后的干密度與最大干密度之比。可以通過傳統的灌砂法等檢測，但灌砂法等試驗方法僅適用淺層地基并且需要分層逐層檢測，對于水位線以下被水淹沒部分檢測較為困難。科威特LNGI 項目填土厚度大、面積廣、工程量多、工期緊張，采用一次性吹填至標高然后進行振沖密實的工藝進行砂土加固施工，加固后的壓實度無法采用灌砂法等方法進行逐層檢測，必須尋求可行的替代方法[3]。常用的有SPT-壓實度驗收曲線法、CPT-壓實度驗收曲線法2 種，即通過經驗方法換算SPT 的標貫擊數或CPT 的錐端貫入阻力值與壓實度的關系，建立標準驗收曲線作為加固驗收標準。由于SPT 試驗費時長、成本高且大規模鉆孔會破壞加固區的加固效果，因此，科威特LNGI 項目采用更為經濟合理的CPT-壓實度驗收曲線的方法檢測壓實度情況，同步采用荷載實驗檢測承載力指標。

先現場取樣、室內試驗計算相對密實度和壓實度的關系，式（1）～式（3）為相對密實度和孔隙比的計算公式[2]。

式中，e 為空隙比；emax為最大孔隙比；emin為最小孔隙比；Gs為土體比重；ρω為水的密度；ρdmax為最大干密度；ρdmin為最小干密度。

通過進行多組壓實試驗并用灌砂法檢測壓實度，同時配合擊實試驗得到Gs、最大干密度ρdmax和最小干密度ρdmin等參數，再結合式（1）～式（3）可以核算得知，要達到項目砂土加固后水位線上壓實度不小于95%和水位線下壓實度不小于90%的目標，需要水位線上相對密實度達不小于80%和水位線下相對密實度不小于60%。

然后采用Baldi等人提出的關系公式[3]構建相對密實度和CPT 錐端貫入阻力的關系，構建出基于CPT 曲線的壓實度驗收關系曲線（見表1 和圖2）。

表1 試驗結果匯總表

式中，Dr為相對密實度；qc為錐端阻力；σνo為垂直有效應力；C0、C1、C2為常數，超固結狀態下取C0=157、C1=0.55、C2=2.41。垂直有效應力計算采用式（5）結合取樣室內試驗數據計算。

式中，γ 為砂土重度；γsat為砂土飽和重度；γro為水重度；H1為CPT 貫入砂土水位線以上的厚度；H2為CPT 貫入砂土水位線以下的厚度。

4 振沖密實施工

4.1 施工設備

現場振沖設備選擇180kW 的S-700 型振沖器（見圖3），規格參數如圖4 所示。附帶施工設備包括發電機、履帶吊、水泵、電纜以及自動電器化控制系統等。檢驗采用荷蘭Gouda 履帶式CPT 檢測車（見圖5）檢測CPT，并進行ZLT 荷載試驗復核加固效果（見圖6）。

圖3 S-700 型振沖器

圖4 S-700 型振沖器的規格參數

圖5 荷蘭Gouda 履帶式CPT 檢測車

圖6 ZLT 荷載試驗

4.2 試驗確定施工參數

試驗區選取面積約650m2，共分為3 個區塊，每個區塊對應振沖點間距為3.5m、3.75m、4.0m，按照等邊三角形進行布點（見圖7），每個分區振沖點分別18 點，共54 個振沖試驗點，履帶吊雙桿施工。施工參數為：真空水壓0.83MPa，供水量約1.83m3/min，首尾兩端（前7m、后7m）密實電流400～500A，中間段密實電流200～250A，孔底留振時間4～6min，上提留振時間40～60s，上提間隔1m，上提速度4.8～7.2m/min，下沉速度6.0～7.7m/min。

圖7 試驗振沖點布設及CPT 檢測位置

振沖前和振沖后，在振沖點單元形心及網格1/3（見圖7）邊距位置進行CPT 檢測。CPT 檢測合格后，立即安排進行ZLT荷載試驗，檢驗地基承載力達到工后10 年200kPa 承載力條件下沉降約為13mm，遠小于25mm，符合項目驗收標準。經比較，選用3.75m 間距為更為經濟合理，確定為項目施工振沖間距。圖8 和圖9 為間距3.75m 試驗區振沖前CPT 和振后形心CPT1 及網格1/3 位置CPT2 錐端阻力曲線對比和震后平均錐端阻力與驗收曲線比對，符合驗收要求。

4.3 質量控制要點

質量控制要點包括以下幾方面：

1）回填料含泥量控制。一方面要做好吹填砂源區質量把控，采取挖砂前進行加密勘察、絞吸船絞試挖絞刀頭取樣、耙吸試挖艙內取樣等措施，避開不合格料超標區域進行開挖取砂，確保吹填砂泥量不超標。另一方面，要在吹填管頭、吹填區尾水沉淀區進行取樣檢測含泥量，每工作班取樣1～2 次，對發現含泥量聚集嚴重的區域安排進行清淤，并且及時將管口取樣吹填含泥量情況反饋給施工船舶以便及時調整開挖取砂位置，盡可能減少會影響加固質量和地基承載力的軟弱透鏡夾層，要求不能連續出現厚度超過30cm 的含泥量聚集層。

圖8 CPT 試驗曲線

圖9 震后試驗平均錐端阻力曲線

2）振沖過程控制。重點監控沖留振時間、密實電流、上提間隔等施工參數，主要通過施工自動化控制系統檢查，所有施工過程參數都應在自動控制系統中自動存檔且不可人工修改，每個工作班安排技術人員盯緊作業過程，并應當天調出施工記錄數據進行復查，發現有不合格的應安排進行返工復振。

對于不符合驗收標準的位置應及時安排返工，并重新安排檢測直至合格。

5 結論

1）無填料振沖密實法加固大厚度吹填砂土地基具有工藝簡單、處理深度大、加固效果好、工期短、造價低等優勢，采用S-700 型振沖器加固科威特LGNI 項目吹填砂地基振沖設置為邊三角形3.75m 間距，可以實現加固后水位線上Dr≥80%和水位線下Dr≥60%即壓實度95%和90%指標要求。

2）采用Baldi 公式等換算靜力觸探CPT 錐端阻力和相對密實度關系，并結合砂樣室內試驗數據求取CPT 和壓實度關系的驗收曲線，可以間接檢測壓實度指標。

3）無填料振沖密實法應用在吹填砂地基加固工程中，需要結合回填砂含泥量粒控制、振沖密實電流和留振時間等參數控制及工后檢測控制等過程管控措施，才能實現高標準地基加固目標。