振冲密实法在榆林机场场道地基处理中的应用

王伟 赵勇 马宝社

1 工程概况

榆林迁建机场位于榆林市西北方向的场汗街，处于毛乌素沙漠的南缘，距榆林市区直线距离约15 km。机场跑道区域为近代风积沙以沙丘和沙丘链构成大片沙漠，地层松散，且分部不均匀，原天然地基承载力约110 kPa，不能满足设计承载力要求，必须进行地基处理。

2 工程地质及地震效应

1)场地地貌单元属于毛乌素沙漠边缘半移动半固定沙丘。场区内分布的地层从上到下依次为:

③中更新统(Q2):为浅黄，灰黄色砂质黄土与粉土质砂互层，夹4层～5层棕红色古土粒，含少量零星钙质结核，坚硬致密，厚17 m～21 m。

④下更新统(Q1):该层土在场区内不发育，很少揭露。

2)地震效应。场区地质构造简单，新构造运动微弱，场区无活动断裂带。地震设防烈度小于6度，可不考虑砂土振动液化。

3 砂桩设计参数

地基处理工程范围包括跑道道槽区、跑道外放区、联络区、停机坪道槽区和外放区，面积约29万m2。振冲挤密砂桩共13.7万根，约90万延长米，桩长 5.5 m～11 m不等，桩径 600 mm，桩间距1 300 mm(平行跑道方向)，桩排(列)距1 100 mm(垂直跑道方向)，呈等腰三角形分布(见图1)。要求成桩后复合地基承载力大于160 kPa，振沉量不小于 30 cm。

4 振冲砂桩施工

4.1 施工准备

1)根据榆林地区地基加固的经验以及松散粉细砂、水位低的地况，采用ZCQ-45振冲器。

2)由于原厂的设备只有进水一个通道，无法满足工艺要求，因此在进场前对振冲器进行小改造，在两侧对称焊接一根长度大于6.0 m，直径50 mm钢管，以满足水量大的工艺要求。在振冲器以及吊索上标记出每500 mm印记，便于观测。

3)本工程振冲桩拟分成2区同时进行，2区分别编为Ⅰ区、Ⅱ区，对于每区成桩由一边向另一边推进，桩位施工顺序见图2。

进场交桩后，按照桩位布置图，计算出各种不同桩长工作面的四至界线，确定出桩位的布设轴线及主要的转角点。利用经纬仪配合50 m钢尺按照极坐标法施放每一根桩的桩位。

4.2 施工情况

4.2.1 振冲定位

用吊车吊起振冲器，检查各连接通道，对准桩位振冲定位，误差控制在50 mm以内，采用钢尺量测双向定位。定位时注意振冲器的悬锤情况，开启供水泵，电源，检查水压，电压和振冲器的空载电流是否正常。电压控制值(380±20)V，水压控制值0.4 MPa～0.6 MPa。

4.2.2 成孔

振冲器对准桩位中心设备运行正常后，下放振冲器，启动吊机以大水量，快速下放振冲器，并观察振冲器电流变化，电流最大值不得超过电机的额定电流。当超过额定电流值时，必须减慢振冲器下沉速度，甚至停止下沉或者提升一段距离，电流符合后再下沉。当振冲器下沉到设计加固深度后，减小水量，使振冲器下沉至设计深度下200 mm(振冲器头部)，留振至密实电流后留振时间30 s。成孔过程水压控制在 0.4 MPa～0.6 MPa，水量20 m3/h～30 m3/h，下沉速度控制在3 m/min～5 m/min。

在造孔过程中必须保持振冲器呈垂直状态，以保证垂直成孔。当在下沉中出现卡钻现象，应加大水压与水量，并保持振冲状态，上下稍做反复即可消除卡钻现象，再继续下沉。

4.2.3 振冲密实

振冲密实电流为55 A～65 A，以2 m/min速度提升振冲器，水压控制在0.2 MPa～0.4 MPa，水量10 m3/h～20 m3/h，每提升振冲器500 mm，留振30 s～60 s。注意观察振冲电机电流变化，这一过程中设专人主控，记录每次提升高度，留振时间，密实电流值和成桩速度。记录人员严格监控各深度的电流值以及留振时间，确保达到振密电流要求。

在造孔挤密中易出现电流超过要求很大，即瞬时电流值达90 A以上，这时应将振冲器停下来或上提一点，待电流值正常后再施工，出现这一现象也可能是塌孔或遇到较硬土层或孤石之类，但瞬时电流并不能真正反映振密电流，在留振时间内电流值能稳定在某一数据，这样才能反映挤密效果，稳定电流以密实电流为准。

4.2.4 检查验收

振冲密实后关机、关水移位至另一个桩位上，道槽区地基处理桩体标高关系剖面示意图见图3。

振冲砂桩施工完14 d后，对虚桩头进行一次挖除，采用机械配合人工挖除，剩余10 cm采用人工清理，整理地面，测量含水量，达到要求后开始碾压。采用纵向、横向交错的方式碾压，碾压8遍以上，检测压实度，达到规定压实度 0.98标准。

5 检测结论

1)振冲砂桩施工完成后，跑道道槽区、跑道外放区平均下沉35 cm，最大下沉41.2 cm。总沉降方量为:290 741 m2×0.35 m=101 759.35 m3。

2)砂桩复合地基静置14 d后，地基面分别做了静力触探和环刀取样，均能满足设计要求。从经济指标看，比大开挖后在分层碾压节约成本约30%，同时节约了时间。

3)复合地基承载力。在天然地基上和砂桩地基上各做两个荷载试验，荷载板尺寸1.9 m×1.9 m，荷载—沉降关系曲线如图4所示，如果用相对沉降法取s/b=0.02则挤密桩地基对应的p0.02=160 kPa～280kPa，而天然地基对应的p0.02=60 kPa～100 kPa，前者是后者的3倍左右。

6 结语

振冲密实施工法能使风积细砂土的相对密度增加，空隙比减小，干密度和内摩擦角增大，土的物理性能得以改善，地基承载力大幅提高，同时振冲密实施工法的应用从原来的中粗砂土质扩展到风积细砂土，丰富了振冲法的应用范围，值得在类似的地基处理中推广。

[1] 刘洪斌.振动挤密碎石桩施工及监控要点[J].山西建筑，2008，34(7):152-153.