振动水冲碎石桩在大型油罐软土地基中的应用

陈杨 卢强 重庆工程职业技术学院

振动水冲碎石桩在大型油罐软土地基中的应用

陈杨 卢强 重庆工程职业技术学院

振动水冲碎石桩的技术的优点是施工方式简单，工期短，在各种软地基上皆能使用，而且需要的材料也都是比较低廉的砂子、卵石和矿渣等，成本较低。振动水冲碎石桩工艺的整个流程可以分为五个步骤：检测振冲碎石桩的放桩位置；安装好振冲器；利用振冲器的垂直和左右振动为软土地基造孔；利用振冲器的水冲力进行清孔；在土层有孔的地方及时地填入砂石骨料，并在振冲器的水平作用下将填充的石料和周围的土层振密，最后形成碎石桩。振冲碎石桩加固的软黏、砂土地基，承载力可提高3倍。

振动水冲碎石桩；储油罐；软土地基；承载力；施工

1 技术特点

进行振动水冲石桩时首先使用振冲器水冲成孔，然后再向这些间隙中填入砂石骨料，借助振冲器的上下和左右的振动来加固砂石骨料，最后形成碎石桩，其主要目的就是增加软土地基的承载能力。振动水冲碎石桩的技术的优点是施工方式简单，工期短，在各种软地基上皆能使用，而且需要的材料也都是比较低廉的砂子、卵石和矿渣等，成本较低。

2 大型储油罐桩基工程概况

某罐区工程选用100 000 m3储油罐8个，为T—2原油罐。储油罐高17.5 m，基础半径44.5 m，占地约6 200 m2，基础设计采用振冲碎石桩与原地基土组成承载力特征值为230 kPa的复合地基。要求其振动器功率为130 kW，水压为0.3～0.8 MPa，加密电流大于90 A，留振时间都大于8 s，加密段长度不低于0.3 m，并不超过0.5 m。

3 振动水冲碎石桩施工工艺

3.1 工艺原理

振冲器在土层的左右振动和高压水强力的冲击使得土层出现的间隙及时的填充好碎石材料，与此同时，随着水平振动碎石材料将会受到强烈的挤压，并和周围的土体形成一根比较坚固的桩柱体。该桩柱体和之前的软土地基合成复合地基，这样地基上部产生的各种压力就能够由这个比较密实的桩体与桩周土承担起来。也就是说，该工艺的目的就是要提高大型储油罐软土地基的稳定性，避免土层由于砂土液化出现沉降以及湿陷性黄土的湿陷等。

振冲碎石桩常常被应用于承载能力比较弱的砂性土，非饱和性黏土，以及一些生活、生产产生的垃圾为主的杂填土，土层不密实的素填土。该应用得到很多建筑单位的青睐主要原因就是其施工工艺简便，投资少见效快。相比其他的软基加固工艺来说，振冲碎石桩的桩径可以达到1.3 m，而且承载力和抗液化力也是效果最好的。

3.2 工艺步骤

振动水冲碎石桩工艺的整个流程可以分为五个步骤：检测振冲碎石桩的放桩位置；安装好振冲器；利用振冲器的垂直和左右振动为软土地基造孔；利用振冲器的水冲力进行清孔；在土层有孔的地方及时地填入砂石骨料，并在振冲器的水平作用下将填充的石料和周围的土层振密，最后形成碎石桩。

3.3 施工准备

（1）材料要求。振动水冲碎石桩使用的填充石料比较廉价，但是不能随意采用，最好是硬度及耐腐蚀都比较好的碎石、卵石以及砾砂等，一般来说，粗骨料粒的直径在20～50 mm之间比较好，最大不能超过80 mm。粗骨颗粒含泥量最好是小于5%，杂质比较多的颗粒或者是长期暴露在外界被风化了的石子不能用作填充石料。

（2）主要机具设备。振冲机具设备包括振冲器、起重机和水泵。振动水冲碎石桩施工过程中需要用到的设备有操纵振冲器起吊的起重机、汽车吊或自行塔架等；水泵及供水管道；控制电流、电压、供水管道和加料设施的设备。振动水冲碎石桩施工前不仅需要有上面提到的这些设备，还需要事先进行振冲试验，因为软土地基中的成孔深度、速度和填料措施都需要按照土层的具体情况来定，且施工的电流、填料量和留振时间都需事先制定好标准。水泵及供水管道要求水压力为400～600 kPa，流量20～30 m3/h，每台振冲器备用1台水泵。控制设备包括控制电流操作台、150 A电流表、500 V电压表、供水管道和加料设备等。

3.4 振冲试验

施工前应先进行振冲试验，以确定成孔合适的水压、水量、成孔速度及填料方法；达到土体密实时的密实电流、填料量和留振时间（称为施工工艺的三要素）。一般控制标准是：密实电流不小于50 A；填料量为每米桩长不小于0.6 m3，留振时间30～60 s。

3.5 振冲施工

振动水冲碎石桩施工之前应先按储油罐软土地基图定位，振冲器安装时要仔细地对准孔点，安装入土的速度为1～2 m/min，并注意在进入土层时每0.5～1.0 m就要在这段高度的土层中按照规定的速度进行扩孔，孔里面的泥浆都被清理出来的时候才能够进行下一土层高度的沉入。这样一来，成孔的高度就维持在0.8～1.2 m，当入土进行到设计土层深度时需要留振并减少射水压力，这样才能随着土层的深入完成清孔工作。当然，这个时候也可以采用振冲器速度为1～2 m/min沉至设计深度以上30～50 cm，再按照3～5 m/min的均速提出孔口，并按照相同的步骤一步一步地沉至孔底。这样反复进行1～2次就能实现扩孔的效果。

3.6 成孔后孔内加料

完成孔的清理和扩展之后就需要实时地将砂石骨料填充进去，然后利用振冲器的垂直和水平运功将碎石桩加固，一直持续到密实电流值达到规定值才停止。按照这样的步骤多次地提出振冲器，加入高度为0.5～0.8 m的砂石骨料，再往砂性土中沉入振冲器振密。当然成孔过程中也可以边振边加料。在振密的时候最好是进行小水量喷水，因为用少量的补给水来调整孔内泥浆密度才能让下沉更加便利，也有助于土层的振捣密实。

振密时宜小水量补给喷水，以降低孔内泥浆密度，有利于填料下沉，便于振捣密实。

4 振动水冲碎石桩质量检测

振冲地基的质量检验中，填料粒径、密实电流和地基承载力都将作为主要的项目进行抽样检查和监控，除此之外填料含泥量、振冲器喷水中心与孔径中心偏差、成孔中心与设计中心偏差和孔的深度都要仔细的按照质量验收标准进行检查和测量。振冲地基的质量检验标准见表1。

表1 振冲地基的质量检验标准

成品保护与“灰土挤密桩施工工艺标准”的成品保护相同。安全措施同“灰土挤密桩施工工艺标准”、“砂桩、砂井施工工艺标准”中的安全措施。

5 施工注意事项

施工的过程中不仅要认真执行“灰土挤密桩施工工艺标准”、“砂桩、砂井施工工艺标准”中的规定的安全措施，还需要在振冲桩的各个阶段还特别注意：施工完成之后，振冲最上1 m左右时由于土覆压力小，需要利用振动碾压机来辅助才能确保桩的密实度；振动施工结束后，除砂土地基外，应不定期的进行质量检验；振冲法用于处理黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基，也可以使用振冲挤密砂桩法。借助振动和压力水使砂层液化并压实砂颗粒来提高砂层的承载力和抗液化能力；振冲法只能用于地下水位低、土质比较紧致和较少含有杂物的土层。如果在霜冻天气的时候进行施工，需要在施工之前把表层冻土破碎后造孔，而且施工后还要及时的清理供水管和振冲器内的水，避免由于霜冻结冰及体积膨胀而损坏供水管和振冲器。

6 结语

振冲法加固软土地基具有速度快、工期短、工艺简单、操作简便、成本低、应用广泛等特点。振冲碎石桩加固的软黏、砂土地基，承载力可提高3倍。与其他桩基础相比其投资少、见效快，而且工期减半；而大功率振冲器则显现出有效提高复合地基承载力的良好效果。避免施工过程中出现漏振、加密段过长及加密电流偏小等质量问题，是大功率振冲器加固超深地基成功的关键。

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.050