不加填料振沖強夯聯合法在粉細砂地基加固工程中的應用

吳啟明

中船第九設計研究院工程有限公司 上海 200063

1 不加填料振沖強夯聯合法加固機理

不加填料振沖法（振動水沖法）是利用振沖設備的強烈振動和帶壓力水流沖貫入土層深度，振沖使松散砂逐漸密實，高壓流水帶走砂性土中部分懸浮物，以提高軟基整體強度的加固技術。對于無填料加固地基，通常認為僅適用于處理黏粒含量小于10%的中粗砂等粗顆粒砂土。對于粉細砂地基，規范中明確規定不宜適用或不能采用。但在陸域地基處理工程的應用經驗基礎上，通過局部試驗，驗證了不加填料振沖亦適用于粉細砂地基處理[1-3]。

粉細砂類土振沖加密，簡而言之就是利用振動荷載作用使松砂顆粒重新排列，砂體積縮小，松散砂逐漸變成密實砂的一個過程，使粉細砂地基強度承載力得以提高，但是振沖后在重復水平振動和側向擠壓作用下會存在流態區、過渡區和擠密區。流態區和過渡區擠密效果并不理想，通過不加填料振沖，經過21 d后進行地基標貫檢測發現表層4～5 m深度范圍仍然存有液化現象，可能存有淺層流態區現象，不能完全消除土層液化。

采用低能量強夯可對淺層流態區進行處理，通過確定合適的夯擊能使土體進一步壓縮、土體孔隙水壓力及時消散，從而排出孔隙水，有效解決地基不均勻沉降問題。低能量強夯的作用深度為4～6 m，通過確定合適夯擊能及水壓力消散時間，進行強夯碾壓二次地基處理后，強夯所釋放出的夯擊能使氣體排出，土體壓縮孔隙水壓力上升；液化的土體或通過外力調整土體結構，主要表現在土體強度、抗剪強度降低；土體滲透性能減弱，無法形成暢通的排水通道，使得土體固結壓密，整個土體強度提高，最終達到設計承載力要求，更有效地保證了地基處理效果。

2 施工實例及工藝

2.1 施工實例

華北某煤炭碼頭陸域堆場區地基處理總面積近百萬平方米，設計為專業化煤堆場，設計大面積使用均載150 kPa。堆料機、取料機作業，設備軌道基礎對地基承載力和變形要求較高，采用天然地基時要求地基承載力特征值達到200 kPa以上，地基承載力和不穩定沉降要求極高，單純采用某一種地基處理方法顯然是達不到要求的。綜合各方面的比較，最終選擇了不加填料振沖強夯聯合法進行加固。

本工程大部分區域上部土層以新近吹填松散粉細砂為主，部分淺層夾淤泥質土夾層，標貫擊數小于10擊的粉細砂層普遍存在。該松散薄弱層層底標高在－15.0～－2.0 m，存在嚴重液化問題。吹填土基本為粉細砂，一般標貫3～15擊，嚴重液化，局部存在薄層粉質黏土夾層。松散層底標高變化劇烈，在－15.0～－1.0 m，必須進行地基處理加固，主要采用不加填料振沖聯合低能量強夯施工，處理后經檢測，滿足設計要求。

2.2 施工工藝

施工準備→測量標位→振沖施工→質量檢測→整平場地測量標位→2遍點夯→2遍滿夯→整平碾壓→檢測驗收

不加填料振沖采用75 kW振沖器三點等邊三角形脅迫共振的振沖方式對場地進行處理；強夯采用1 500 kN夯擊能點夯2遍，推平待孔壓消散后，進行2遍500 kN滿夯，并結合場地后續工程需要的標高碾壓整平。

3 施工中遇見的問題及應對措施

1）振沖設備貫入土體速度較一般施工速率有明顯的放緩。原因可能是面層土體在回填過程中經車輛設備反復碾壓后形成相對密實層或者是進入相對密實層，使得設備貫入土體的阻力變大。在施工過程中可適當加大安裝在振沖設備最末端的振沖水壓，并在相對密實土層附近稍做停留，通過設備自重和水壓力逐漸貫入下沉。

2）安裝在振沖器上貫入電流表電流瞬間過大，可能會使設備出現損傷故障。其原因可能是振沖器貫入速度過快，激振力過大，振沖器周圍土石坍塌，被土體包裹，使得激振力在短時間內無法及時通過土體消散出去。在施工過程中應當及時減慢振沖器貫入速度或降低激振力，通過降速提高振沖器停留時間，即可解決此類問題。

3）施工時振沖器造孔可能會被土體環抱，既無法向下振沖也無法向上提錘（俗稱抱錘）。原因可能是施工過程中發電機等供電設備及施工機械突然出現故障且長時間無法恢復，或土層由松散層突然進入密實層，導致振沖器下沉速度過快。應在施工時加強對設備的檢修保養頻率，以保證設備功能得以正常有效使用。在發生此種現象后，需要及時拿出2把高壓水槍，利用高壓水槍同時從錘四周由土體表層緩慢插至土中的錘頭處（有時還會用到強力設備輔助），此過程操作時應快速有效，抱錘時間越久處理難度就會越大，當錘頂周圍有高壓水溢出時，及時開啟振沖器緩慢上提即可。

4）振沖密實后應進行標貫擊數檢測，如發現檢測擊數在一些土層部位達不到設計標貫擊數，一般是因為振沖留振時間不夠，或是該部位地質狀況相對較差，在設計的留振時間內達不到密實要求。在振沖時應嚴格控制施工參數，通過自動記錄工具確保留振時間足夠并在土體薄弱位置增加留振時間。經過一次振沖施工后密實度有較大提高，二次振沖難度會顯著增加，而且在二次施工中振沖器周圍容易發生返水現象，造成孔洞，形成地基軟弱點。若標貫擊數遠達不到設計要求，必須進行返工或補振，需要注意降低貫入水量和水壓，避免返水現象，還應當及時向振沖器周圍回填砂土，減少因返工造孔而產生新的地基薄弱點。

5）粉細砂中含有淤泥質土夾層，振沖施工完畢后挖設降水溝滲排水效果不佳。原因可能是土體中的孔隙通道被淤泥質土堵塞，無法形成正常的滲排水通道，孔隙水壓力在自然壓力之下無法正常排出，如果在振沖完畢14 d后孔隙水仍未見良好的排出效果，此時就會直接影響低能量強夯施工的進行，故可以通過人工或機械插井點降水管，配合真空壓力泵進行淺層人為抽降水，在連續2 d觀測降水水位在地表2 m以下時，即可進行后續強夯處理。

4 結語

本次施工是我公司不加填料振沖加小能量強夯碾壓地基處理在含有淤泥質土夾層粉細砂地基中的首次嘗試。經檢測，經處理后的地基，最終的承載力達到了設計和使用要求，使用2年后堆場未出現局部不穩定沉降的情況，使用效果良好。工程中總結了如下經驗。

1）振沖器、夯錘大小及夯擊能的選擇合適與否關系到不加填料振沖強夯聯合法施工的成敗。

2）松散的粉細砂土采用不加填料振沖進行試驗段施工后，經試驗判定方可確定最終工藝參數，經振沖密實后地基承載力均有明顯提高，成果顯著。采用三點脅迫振沖既可以加快工程進度，提高振沖質量，也可降低工程成本。

3）振沖施工后為確保后續強夯施工順利進行，對振沖完區域應及時挖降水溝，降水溝應低于強夯夯坑坑底標高。

4）由于部分地質粉細密實砂中通常含有黏粒，隨著振沖，黏粒會翻漿至表面，在強夯進行前通常先清除表層黏土，保證強夯施工順利進行。

5）在強夯過程中需隨時觀察孔隙水滲出情況，如連續強夯施工造成土體塌陷，夯錘深陷夯坑，應及時停止強夯，待孔隙水完全消散后（一般為2 d），方可繼續強夯施工。