无填料振冲法在砂基加固处理中的应用

胡耀宗，许保华

（广州南华工程管理有限公司，广东 广州 510230）

无填料振冲法利用振冲器提升过程中砂基本身的坍落自由填满振孔，不外加填料，将砂基振密[1]，具有施工简便、工期短和造价低等优点[2]。本文结合安哥拉某堆场地基处理工程，介绍了无填料振冲法在回填砂密实加固处理中的应用，介绍相应的质量控制方法与应用体会。

1 振冲法的加固机理

无填料振冲法无粗颗粒填料，处理后地基内没有竖向排水通道，加固效果有振密和预振。

1.1 振密作用

在振冲器的作用下，地基土特别是松散砂土的颗粒会重新排列，体积缩小，表现为振冲过程中地面下陷。经过振冲处理的密实度Dr值都可以达到0.7以上，一般为0.75左右。砂土振冲密实后孔隙减小，提高砂土的强度和砂基承载力。

1.2 预振作用

振冲施工过程中会造成地基土强烈震动，从而对液化砂土产生预振作用，提高砂基抗液化能力[3]。多次试验表明，相对密度54%（受过预振）的砂样抗液化能力相当于相对密度为80%（未受过预振）的砂样。

2 振冲施工

2.1 施工参数

振冲施工的相应参数主要包括：振冲点分布方式与间距、振冲器功率与密实电流、成孔速度、提升间距和留振时间等。相应参数的确定基本上是借鉴成功的工程经验，并且根据正式施工前的现场试验确定的。

2.2 施工流程

1） 施工准备

清理、平整施工场地，检查现场水、电供应，并根据确定好的分布形式与孔距布置振冲点。

2） 振冲施工

振冲施工主要步骤为：振冲器就位→成孔→振冲器下放至设计标高→缓慢提升并振密→移机至下一点位，施工整体流程如图1。

成孔时，振冲器下放造孔速度不应过慢，保持2～3 m/min为宜，直至设计标高。如遇到难以穿透的砂层或振冲器被砂层抱死时，振冲器瞬时电流会持续升高，此时应减缓振冲器下放速度、加大射水水压，待电流减小后再继续下放。

到达设计标高后，振冲器应在孔底保持振冲一段时间（2 min左右），使孔内振冲器周围和上部的砂层逐渐塌陷直至振密（达到密实电流）。接着，缓慢提升振冲器一段距离（约30～50 cm），保持这一高度将砂土振密实，留振一段时间后再次提升。如此，“提升-振密-提升”由下而上逐段振密，直至桩顶设计标高。

需要注意的是，如自由坍落的砂不足以填满振孔，应在提升过程中适当向孔内补充砂料。

3 质量控制与振冲效果检测

3.1 质量控制

振冲施工质量控制主要是对水、电的控制，以及对振密施工过程的把握[4]，其中，以水、分段振密和密实电流三个因素的控制最为关键。

1）水

由于饱和能降低砂土的抗剪强度，因此水量大小是影响振冲效果的因素之一。合适的水量是保证砂土充分饱和的条件，使其受到振动后能够液化。有助于振冲器的造孔效率，提高振冲效率。一般出口水压 500～700 kPa，水量 300～500 L/min，可保证振冲器的正常成孔速度与振密效果。

2） 分段振密

分段振密的效果主要取决于每段提升距离与留振时间两个方面。首先，振密过程应严格控制提升速度，而且每段提升距离不应过大，应控制在30～50 cm，以免造成局部虚振、漏振。其次，在振冲加固过程中，留振时间的延长，可以使砂土完全液化并增大影响范围。实际施工中，为了保证加固效果，通常均延长留振时间。

3） 密实电流

密实电流是振冲密实稳定后反映在仪器上的电流值，一般情况下，每次留振一段时间后工作电流会达到稳定的密实电流值，然后可进行下一步操作。当振冲器下放、提升速度过快或在基础中遇到较坚实的夹层时，可能会出现瞬时电流虚高，故现场应密切注意电流值变化，避免将瞬时虚高的电流值当作密实电流，过早移动振冲器[5]。

另外，很多其他因素对保证振冲施工的质量也很重要。如振冲前要定位准确，振冲过程中不漏孔、不漏振等，均是振冲施工质控工作的重点。

3.2 振冲效果检测

振冲加固效果检测主要采用现场试验为主，也可根据实际情况辅以室内试验，室外试验主要包括标准贯入度试验（SPT）、动力触探试验（DPT），室内试验主要包括密实度试验和内摩擦角检测。

4 工程实例

安哥拉某码头堆场面积约为13.5万m2，其中6.5万m2区域采用吹砂形式回填，回填厚度最大处达13 m，回填砂为天然海砂，中细砂，级配较好。经检测，堆场吹填后标准贯入击数N为10击左右，属于松散状态。本文以其中M区振冲施工为例，本区回填砂厚度平均为7.5 m。

按照设计要求，采用振冲法进行回填砂地基处理，处理后回填砂地基承载力达到300 kPa。

1） 振冲参数

根据已有工程振冲施工的成功经验，本工程选用75 kW振冲器（ZCQ-75型），并选择2 m、2.5 m、3 m三种孔距进行典型施工[6]。

根据试验结果，本工程决定采用2 m振点间距，正三角形布置，密实电流为75 A。振冲过程中，每次提升距离30～50 cm，留振时间10～20 s。

2） 振冲施工

施工过程中，质控工作主要围绕振冲各分步进行，具体的措施有：

振点定位：将振冲区分为若干小区，设置控制坐标点，每个小区按孔距定出点位，用醒目的标志标示。

振深控制：对各小区不同的振深，在振冲杆上描出控制线，以便操作中检查，确保振冲深度。

提升距离：在振冲杆上按50 cm一格做上标记，每次提升高度控制在一格以内。

密实电流、留振时间：参照控制台的电流表，当电流值稳定达到75 A左右后，留振10～20 s即可再次提升。

及时补料：每次振冲杆提升时，安排专人在周围观察，如发现砂基坍落不足则及时补料，以防产生孔洞。

3） 检验效果

振冲完成后，本区采用动力触探试验（DPT）、标准贯入试验（SPT）对振冲施工的效果进行检测。

动力触探试验：在回填砂层1～6 m范围内最小击数为10击，平均击数为22击，回填砂层地基承载力标准值为320 kPa。

标准贯入试验：除表层较松散外，最小标准贯入击数为32击，平均标准贯入击数为44击，回填砂层地基承载力标准值为300 kPa。

经过综合检测，M区内回填砂层地基承载力特征值为300 kPa，满足设计要求。

5 结语

港口工程较其他类型工程特殊之处，其中之一就是潮汐对工程施工的影响。在本工程施工中，高潮位时大部分砂层处于水位以下，振冲器贯入砂层较易，施工效率也较高，而遇到低潮时情况则相反。因此，同类工程可充分利用这一特点，尽可能利用高潮位的优势，事半功倍。

振冲过程中，有时会碰到电流长时间无法达到密实电流值的情况，往往该孔位存在淤泥夹层或黏土层，这种情况下应考虑采用碎石桩法加固该振孔，向孔内添加碎石填料，将其振密。

砂基振冲最普遍的问题是砂层表层难以振密，主要表现在砂面层以下1 m左右，由于上覆荷载较小，振冲后密实程度较下方要差。一般情况下，可以考虑在设计点位之间增加孔位进行补振，同时大量浇水，表面密实度会有一定改善。另外，也可以考虑采用表层振动碾压改善表层密实情况，或在砂层表面设置碎石层以增加其承载力。

在较常见的软基处理方式（如：排水固结法，强夯法和复合地基法等）中，虽然无填料振冲法适用范围具有一定的局限性，但用其加固砂基具有施工简便、加固效果好、施工效率高和投入产出率高等特点，宜推广使用。

根据无填料振冲的特点，归纳振冲口诀：

砂基础，增承载，密实振冲为首选；场整平，孔布匀，移机到位对准点；足水压，稳供电，振冲先至孔下限；后提升，速度减，分段留振是关键；密实电，作检验，确保砂层振得严；补充料，莫忘添，如此循环至地面；换方位，下一点，按部就班全搞掂。

[1] 叶观宝，苌红涛，徐超，等.无填料振冲法加固吹填粉细砂现场试验研究[J].勘察科学技术，2009（4）：3-6.YE Guan-bao，CHANGHong-tao，XUChao，et al.Local test study of vibroflotation on hydraulic backfilled silty and fine sand without additional backfill materials[J].Site Investigation Science and Technology，2009（4）：3-6.

[2]曹承滨.振冲法在大厚度回填砂基处理的应用[J].港工技术，2007（6）：47-48.CAOCheng-bin.Application of punchingmethod in unconventionally thick backfilled sand foundation[J].Port Engineering Technology，2007（6）：47-48.

[3]王惠中.振冲法加固码头风化砂回填地基 [J].中国港湾建设，2005（2）：47-49.WANGHui-zhong.Strengtheningof weathered sand fill foundation with vibroflotation method[J].China Harbour Engineering，2005（2）：47-49.

[4]周日仔，周伟.回填砂振冲密实加固处理[J].华南港工，2005（1）：29-32.ZHOU Ri-zai，ZHOU Wei.Consolidation treatment with backfill vibro-compaction method[J].South China Harbour Engineering，2005（1）：29-32.

[5] 冯强，孔丽艳.水下深层振冲法在港口工程中的应用[J].水运工程，2000（7）：54-58.FENG Qiang，KONG Li-yan.Application of underwater vibrocompaction method in port engineering[J].Port＆Waterway Engineering，2000（7）：54-58.

[6] 吴胤斌.地基原位测试试验报告[R].广州：广州港湾工程质量检测有限公司，2010.WU Yin-bin.Report on foundation in-situ test[R].Guangzhou：Guangzhou Harbor Engineering Quality Examination Co.，Ltd.，2010.