振冲密实法在高层建筑中的应用

蒋万平 曾湘敏

（辽宁省第七地质大队，辽宁 丹东118003)

1 概述

丹东聚龙公园B区，是由2栋30层、2栋27层、3栋21层的建筑物组成；均设一层地下室，开挖深度-7.3m。拟采用锤击沉管灌注桩基础。

该场地自上而下为杂填土、可塑粉质黏土、软塑淤泥质土、砾砂、圆砾、变粒岩所组成，-7.3m以上土层均属于挖出深度范围。

砾砂层是欲采用的持力层。此层的承载力标准值fak虽然达到300kPa，但由于此层是饱和状态且与鸭绿江水呈互补关系，同时又受水位差高达3-4m的潮汐水的影响，所以在明排（由于造价与工期原因，不采用井点降水）降至开挖面下0.5m距离的过程中将会带出很多的砂颗粒，致使砾砂层受到严重扰动，会出现降低fak值现象，因此不经处理不宜作为地基持力层。

圆砾层的fak为500kPa，是良好的地基持力层。此层埋深达-7.5～-11.4m，是场区内主要含水层之一，且地下水具有微承压性，场区紧临鸭绿江，地下水补给很充分。由于圆砾层的埋深过大和地下水的作用，所以当开挖深度大于-7.5m时，极易产生流沙、涌土现象，导致基坑塌方，造成很大的经济负担并拖延工期，给施工带来极大的难度。

2 地基处理方案分析、对比及选择

2.1 锤击沉管灌注桩方案分析

此法是丹东地区最常用的安全可靠的方法。根据建筑物的荷载和持力层强度结合当地设备情况，确定如下设计参数：持力层为圆砾；桩径Φ426；桩间距1.3m；单桩竖向承载力设计值R=970kN；总桩数2600根。

混凝土量及造价：0.713m3/根×2600桩×800元/m3=1483040.00元。

2.2 振冲挤密碎石桩复合地基方案分析

该场地需要加密的地基土是饱和砂层。对砂类土采用连续加填料振冲密实法，将使砂土大幅度地提高其承载能力。若采用75kN振冲器，其挤密范围更大，单孔控制面积也较大，加填料的料径越粗挤密效果越好。因此确认，若对该砾砂层进行加填料振冲密实，其承载力标准值完全能达到400kPa以上。

振冲密实法复合地基设计参数确定如下。

桩体进入圆砾层1倍桩径；桩长6.0m，有效桩长5.0m；桩间砾砂承载力特征值fsk=400kPa；桩径0.8m；置换率m=（fspk-fsk）/（fpk-fsk）=0.14；桩间距S=d/(1.051/2)=2.0m；填料为粒径50-150mm的卵石；正三角形布桩；总桩数1500根；总延长米7500m。

造价估算：7500m×120元/m=900000.00元。

2.3 地基处理方案对比及选择

从造价上对比：振冲密实法比锤击沉管桩节省造价39%，即节省58万元。

从环境保护和工期上对比：振冲密实法既无严重噪声，也无烟雾污染，由于采用潜水电动机，所以雨天也能照常施工，设备和施工工艺相对简单；而锤击沉管桩既有严重刺耳的噪声，也有严重烟雾污染，且在雨天不能施工。经以上对比，采用振冲密实法比锤击沉管桩更为优越。

3 振冲密实法施工过程及质量控制

3.1 施工前进行制桩试验确定施工技术参数。造孔电流50-100A；造孔水压0.3-0.4MPa；加密段长度不大于0.4MPa；留振时间11s；填料量0.65m3/m。

3.2 施工过程。由汽车吊起吊振冲器，对准桩位下降至离孔口300mm以内，启动清水泵供水，待水压、水量达到要求时，启动振冲器进行造孔。当达到造孔电流和加密深度后清孔2次，此时振冲器提离孔底300-500mm，由装载机向孔内分段填入卵石料，依靠振冲器的水平振动力，不仅将孔内的卵石料振密，还不断地将填料挤入孔壁土中，在桩径扩大的同时对桩间砂土进行振密。当电流达到规定值时，控制系统则及时发出信号，这时桩和桩间砂土仍继续加密，当达到留振时间，时间继电器又自动发出信号，标志该段次的填料加密过程完成。如此反复进行直至孔口成桩。

3.3 质量控制。要保证振冲密实法的质量，必须控制好加密电流、留振时间和填料量。首先要控制好加料振密过程中的加密电流，注意不要把振冲器刚接触填料的一瞬间的电流值作为加密电流。只有让振冲器在固定深度上振动一定时间（留振时间）而电流稳定在某一数值，这一稳定电流才能代表填料的密实程度。要求稳定电流值超过规定的加密电流值，该桩体才算制作完毕。其次，要控制好填料量。施工中加填料不宜过猛，要勤加料，但每批不宜加得太多。值得注意的是，在制作最深处桩体时，为达到规定加密电流所需的填料远比制作其他部分桩体多，这是因为开始阶段加的料有相当一部分在从孔口向孔底下落过程中被黏留在某些深度的孔壁上，只有少量能落到孔底；另一个原因是如果控制不当，压力水有可能造成超深，从而使孔底填料量剧增。

4 检测与检验

4.1 根据圆锥动力触探（N63.5）检测结果判定承载力情况

施工期间采用圆锥动力触探（N63.5）对桩体及桩间砂土进行检测，其抽检结果桩体和桩间砂土呈密实状态。

桩间砾砂承载力标准值fsk。中小平均击数N63.5=16击/10cm，其对应fsk可达600kPa，比振密前砾砂承载力（300kPa）提高2倍。

碎石桩体承载力标准值fpk。中小平均击数N63.5=43击/10cm，其对应fsk可达1000kPa，比设计承载力（650kPa）提高1.53倍。

复合地基承载力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×1000+(1-0.14)×600=656kPa，比设计（400kPa）提高1.64倍。

4.2 平板载荷试验检验结果分析计算

由于加荷体不足的原因，平板载荷试验未能加到极限荷载。

分析散体桩承载力标准值fpk。从S-Q曲线分析，曲线呈直线变形阶段，无明显拐点，因此取沉降量S=12mm所对应的荷载值作为fpk。此时1#、2#、3#桩 体 对 应fpk分 别 为1400kN、1200kN、610kN，极差小于30%，所以取平均值1070kN，桩体截面积为0.5m2，fpk=1070×2=2140kPa。

分析计算桩间土的承载力标准值fsk。从SQ曲线分析，曲线呈直线变形阶段，无明显拐点，因此取沉降量S=15mm所对应的荷载值作为fsk。此时1#、2#、3#桩间土fsk分别为700kN、390kN、700kN，极差大于30%，所以平均值乘折减系数0.78，即fsk=563×0.78=439kPa。

计算复合地基承载力特征值fspk。fspk=mfpk+（1-m）fsk=0.14×2140+(1-0.14)×439=677kPa，比设计（400kPa）提高1.69倍。

5 结论

5.1 饱和的桩间砂土，经强烈振动，其孔隙大为减小，同时将振动产生的超孔隙水压力的水迅速由碎石桩体排出，孔隙水压力随之减小，砂颗粒重新排列密实，从而减小沉降减小沉降，提高承载能力。

5.2 对砂类土，采用振冲加填料法比不加填料实密法，提高承载力福度更大。这是由于在填料振密过程中，粗骨料和桩间砾砂形成良好级配所致。

5.3 平板载荷试验结果与动力触探检测结果基本相等。因此，对振冲法，采用动力触探检测是一种可靠、简便、快速、低成本的方法，可以取代耗时，耗资、笨重的平板载荷试验。

5.4 振冲碎石桩复合地基，也和其他地基处理法一样，存在适合于它的前提条件。但只要经处理后的地基承载力大于上部建筑物的荷载值，不管多高的楼层都可以采用。

[1]何文讷.振冲碎石桩复合地基[J].北京：人民交通出版社,2001.