無填料振沖法在機場吹填砂地基處理中的應用探討

摘要：以廈門新機場吹填砂淺層地基工程二次處理為背景，為準確掌握無填料振沖法在吹填砂淺層地基處理中的適用性和工作機理，以及與之相關的技術參數，通過試驗性研究、分析和總結，為后續設計、施工提供真實可靠的理論數據依據，在以后類似工程應用上也具有較好的實用價值和指導意義。試驗主要采用不同功率的振沖器、不同樁間距的排列組合進行工藝施工，在工前工后進行相關參數檢測，最后分析地基承載力、液化消除等情況。

關鍵詞：填海造陸; 吹填砂; 地基處理; 無填料振沖法; 砂的液化; 砂的透水性; 不粘結性材料; 工藝試驗研究

中國分類號：TU472B

［定稿日期］2023-02-07

［作者簡介］葉青（1972—），男，本科，工程師，從事民航工程建設管理工作。

0 引言

廈門新機場場區范圍90%以上均為沿海灘涂圍堰納泥和吹填海砂形成陸域地基，海砂主要為中、粗砂。由于灘涂、岸坡和后續造陸地基的復雜性，其巖土的物理力學及固相形態較為復雜，穩定性差。為保障后續建設項目基礎設施的結構穩定性、安全性，確保質量穩定可靠，故在機場項目總體建設之初進行了本次應用試驗與研究。本文則以此次實際應用為基礎，客觀、科學、真實可靠地掌握相關技術參數，為后續工程設計、指導施工和控制質量為目的，具有較好的實用性和指導性。

1 無填料振沖法加固地基原理

振沖器在注水工作時，利用砂土屬透水性良好的不黏結性材料，原有砂土地基結構形態遭到破壞，進而發生液化現象，并在上部自重負荷和機械振動雙重作用下 ，砂土顆粒發生重新排列組合，使砂土顆粒間孔隙比減少，相對密度增加，液化逐漸消除，承載力提高。具體分析如下 。

在動荷載作用下砂土抗剪強度為：

當振沖器在加固砂土時，△μ不斷增長，使△μ趨近σ，此時導致砂土抗剪強度為零。砂土結構遭到破壞，出現砂土液化現象。砂土液化以后，在上部自身負荷和機械振動雙重作用下，砂土顆粒重新排列，使砂土顆粒間孔隙比減少，相對密度增加，承載力提高。

2 工程概況

廈門新機場位于翔安區大嶝島，飛行區設計等級為4F類，總體規劃建設4條跑道。場區地基主要以沿海灘涂圍堰納泥和吹填海砂形成陸域，其中振沖試驗段單位工程為其中一項淺層地基處理工藝，選取了飛行區內土面區予以實施，施工面積約5 400 m2，為先期建設的二次地基處理試驗項目。

3 設計概況

本試驗段工況采用無填料水振沖施工工藝，處理高度暫按7.0 m，設計分為6個試驗小區，每個小區900 m2。

振沖處理現場試驗根據振沖樁體間距、振沖布點方式和振沖器型號分為6個試驗區（圖1），振沖區試驗設計參數見表1。其中，單機共振為起吊設備上安裝1個振沖器進行施工；雙機共振為起吊設備上安裝2個相同型號的振沖器進行施工。

振沖施工完成后，再采用1 000 kN·m能級一遍滿夯補強，夯點搭接d/4錘徑，單點擊數不少于3擊。

4 重點、難點分析及應對措施

（1）中、粗海砂含泥量較小，滲水性好，屬不黏結性材料，相鄰振沖試驗小區同步施工會產生土體間滲水情況，且振沖器振沖時也會產生振動，均會對檢測結果造成一定誤差影響。

應對措施：在正式施工前，提前對場區進行規劃，按圖1所示，擬采用1、4區→2、5區→3、6區的施工順序安排施工，且前一分區應確定基本加固穩定且液化消除后，再進入下一分區施工。

（2）試驗區域內前期吹填海砂造地處理情況不詳，是否存在地下水影響，預設的振沖器功率不確定是否能滿足工藝處理要求。

應對措施：正式施工前，應根據設計對試驗區進行勘察、檢測和測量，提取相關參數，為后續施工工藝的適用性和可行性進行研判指導，參數通常包括高程、地基承載力、地下水位、振沖水壓和消散速率、振沖影響范圍、沉降深度等。

5 施工方法步驟

（1）振沖處理前，交地單位先進行堆載預壓的卸載，卸載高程暫按7.1 m（設計交地標高6.8 m+預留振沖沉降量0.8 m-預留山皮石墊層厚度，具體卸載高程應根據最新地勢設計標高進行調整），交地時高程出入較大時，及時匯報監理、建設單位會同設計單位協商解決。

（2）施工前，應采用標準貫入試驗對場地砂類土層緊密程度進行驗證性檢測，以選擇合適功率的振沖器；再根據設計進行測量放點（正方形布點），確定振沖點位間距和振沖深度。點位可以采用顏色醒目的布條或竹簽布設，且不易被雨水破壞。

（3）根據地下水位及徑流方向、砂類土含水率情況、土層緊密程度等，確定采用干振法還是濕振法，以及起振位置，確保富余孔隙水能有效排出和排走。當產生的泥水不易滲流時，應設置導流槽（溝）及沉淀池，尺寸應能滿足泥水排放和存儲。

（4）將施工范圍進行臨時警示圍護，清理場地，接通電源、水源和試機。

（5）試樁：正式施工前，均應按設計要求進行試樁，以確定機械設備和配套設備的工作狀況正常，振沖器的選型正確，水壓合適（工作水壓一般為0.1～0.2 MPa）。

（6）現場作業人員通常由電源控制箱操作手和起重機操作手兩人組成，電源控制箱操作手對起重機操作手同時起到指揮員的作用，配置對講機進行實時聯系。

（7）下沉：調整起重機吊臂，將振沖器對準振沖點位，振沖器端部離地面約10 cm，再依次在控制箱上啟動水泵電源和振沖器電源，當水源自振沖器端部噴出時，起重機操作手應迅速將振沖器振動下沉插入土層，直至土層底部，留振20～30 s，完成造孔，造孔工作水壓一般約為0.3～0.8 MPa，下沉速率通常為1～4 m/min（視土層緊密程度而定）。當在中粗砂層下沉困難時，應將振沖器適當拔起，并加大水壓加速振密砂層的液化，表觀以泥水冒出又不大量外溢為宜，再進行反插下沉。

（8）提升振密：加密段長度一般為振動器振動部件長度，約50 cm，每提升一個加密段長度，留振8～15 s；每加密振沖約2 m時，應進行一次反插下沉。提升速率一般為1～1.5 m/min，振密電流一般為80～150 A。

（9）拔出移機：當提升振密離砂層頂面約50 cm時，應留振20～30 s，然后依次關掉水泵和振沖器電源，移機至下一點振沖點位。

6 施工過程質量控制措施

（1）熟悉設計圖紙和說明、會審答疑；施工規范；施工組織設計及專項方案。組織管理人員及作業人員進行技術交底，明確施工工藝流程和施工方法。

（2）現場施工管理人員嚴格按設計及施工規范要求實施質量監督與巡檢，如：振沖點位與間距（允許誤差）；振密深度；留振時間；振密電流；水壓；振沖器下沉與提升速率；反插情況；標準貫入值；壓實度或相對密度等指標。

（3）全面施工前，應在相鄰位置進行試振沖，以驗證各項控制參數與技術指標，確保機械設備運行正常。

（4）強化責任，落實到人頭，嚴格執行“三檢制”。應用于工程的檢測設備應按要求檢定和校準，且保證在合格使用周期內。

（5）完善和細化專業施工合同，強化執行力度與獎懲制度的落實。

7 試驗檢測與監測

（1）施工前，根據設計要求和試驗檢測（監測）方案進行原材料檢測、原位測試、標準貫入試驗和監測設備儀器的埋設；并進行警示與圍護、保護。

（2）試驗檢測與監測人員應隨著施工進度同步按要求進行檢測和監測，頻率應滿足設計及試驗段數據統計分析要求。做好數據記錄與整理，以及現場影像拍攝記錄。

（3）其中，振沖應記錄不同功率振動器產生的塌坑直徑與深度，平整塌坑并滿夯整平后，應采用該區域原地面抄測相同的方格網測量法測量高程，以確定振沖后沉降高程。

（4）現場施工作業人員應做好相關配合工作，隨時監控作業狀態，避免對試驗檢測與監測點位、設備儀器造成損壞和影響。

（5）施工機械設備工作時，如振動等因素對試驗檢測與監測數據存在影響，應暫時停止施工，待試驗檢測與監測工作完成后，再行恢復施工。

（6）相關儀器設備應由專業人員使用與維護，不相關的人員禁止使用。

8 試驗成果分析與結論

8.1 振沖處理沉降量

根據樁體間距（2、2.5、3 m）和振沖方式（單機共振和雙機共振）不同吹填砂地基振沖處理分為6個試驗小區。振沖施工過程中分別進行了沉降量測量、施工前后的高程檢測、振沖處理前后吹填砂全深度進行標準貫入試驗、重型動力觸探試驗和波速測試點檢測（表2、圖2～圖7）。

8.3 振沖處理前后的標貫試驗結果

（1）樁體間距2 m，雙機共振時對原地基進行處理，吹填砂振沖處理前全深度標貫擊數當量值為18擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到30.22擊，相對于處理前增長67.9%。

（2）樁體間距2 m，單機共振時對原地基進行處理，吹填砂振沖處理前原地基全深度標貫擊數當量值為19.75擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到27.78擊，相對于處理前增長40.6%。

（3）樁體間距2.5 m，雙機共振時對原地基進行處理，吹填砂原地基振沖處理前全深度標貫擊數當量值為14.44擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到32.94擊，相對于處理前增長110.62%。

（4）樁體間距2.5 m，單機共振時對原地基進行處理，吹填砂振沖處理前原地基全深度標貫擊數當量值為18.61擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到26.61擊，相對于處理前增長42.95%。

（5）樁體間距3 m，雙機共振時對原地基進行處理，吹填砂原地基振沖處理前全深度標貫擊數當量值為17.5擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到30.06擊，相對于處理前增長71.77%。

（6）樁體間距3 m，單機共振時對原地基進行處理，吹填砂原地基振沖處理前全深度標貫擊數當量值為18.72擊，振沖后吹填砂全深度標貫擊數當量值有所提高，達到38.36擊，相對于處理前增長104.9%；綜合考慮地基處理沉降量、處理效果，建議樁體間距2.5 m、雙機共振作為后續施工的工藝參數。

9 結束語

通過75 kW振沖器試振沖試驗和現場實際振沖施工過程發現，吹填砂層3～5 m范圍加密電流值會突然增大，甚至超出額定電流值。該情況與標準貫入檢測20擊左右對比，反映該范圍填砂層較其他深度要略密實，也是75 kW振沖器可作業最高限值。而100 kW（實際為130 kW）振沖器則相對較好，能正常振動下沉，最大加密電流約為150 A。

從實際應用情況看，無填料水振沖對砂土地基的適用性較好，但在采用前，應充分對地基地質、水文等情況進行了解和掌握，并進行工藝適用性驗證試驗，以有效掌握工藝在不同條件下的適用性，特別是砂土密實狀態對不同振沖器功率的影響，及時進行修正或調整，滿足不同條件下的使用要求與需求。

參考文獻

［1］ 吹填土地基處理技術規范： GB/T51064-2015［S］.

［2］ 建筑地基處理技術規范： JGJ79-2012［S］.

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［5］ 肖黎明，劉興， 徐陽， 等.無填料振沖法處理新近吹填粉細砂地基的工程應用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（2）.