振冲砂施工技术在港口工程中的应用

徐翔 李清鹏

摘 要：振冲法也叫作振动水冲法，这种方法的工作原理是利用振冲器产生的振动作用和挤密效果，对松软的砂土地基作用，使地基加密；或者在软弱的地层里设置可以加固地基的碎石桩，与原来的地基形成新的复合地基的施工处理方式。目前该方法广泛应用于国内港口的建设中，本文以福建平潭娘宫海域码头岸壁工程为具体案例，详细阐述该方法在港口建设中的实际应用。

关键词：振冲密实法 振冲成孔 港口工程

振冲法根据加固机理与加固效果的差异，可以分为振冲置换法和振冲密实法两种方式。振冲置换法是利用振冲器在地基上打孔，然后进行填料，形成由碎石和砂砾组成的桩体，这样与原来的松软地基形成复合地基，从而避免发生沉降的现象，提升地基的承载力；振冲密实法则是借助振冲器产生振动作用以及压力水的冲压使砂层逐渐液化，促使砂粒间更加密实地排列，尽可能缩小砂粒间空隙，使砂层更加密实，具有更强的承载力。本文主要分析第二种方法的具体应用。

1.工程概况

福建平潭娘宫海域码头岸壁工程采用连片式布置，总长238.55m，码头前沿设计底高程-7.3m，码头面高程+10.0m。码头平台基础为10～100kg抛石基床和10～500kg抛填块石，基础持力层为粘土层、粉质粘土层、残积粘土层、含泥碎石、全风化花岗岩层及强风化花岗岩层，抛石基床厚3.8～24.6m，基床顶高程为-7.3m。

2.地质分析及工艺选择

振冲密实技术是在地基中选取一个合适位置，通过深层振动的方式对土壤进行压实。受到振动的作用以及自身饱和度的影响，深层的砂粒将被重新排列并变得更加紧实，其侧向压力也得到了一定程度的提升。该技术在细微材料（粒径63um）含量少于10%且粘土（粒径小于20um）含量小于2%的中粗粒砂中的使用效果最为明显。

通过对施工现场进行全面细致的勘测发现该区域的地基层主要是具有小于10%的细微材料以及少部分的淤泥。这种类型的地质进行振动密实后能够产生良好的效果，满足工程建设的需求，因此该区域的施工就采取振冲密实技术。

3.施工应用实践

3.1地基处理深度及施工平台准备

通过对所需回填料的实际厚度、海底的相关条件、地质深度等因素进行研究，最终确定采用该技术的平均深度在8m左右。按照工程的设计要求需要对地下+4m以下的砂层进行回填土，然后采用振冲密实的技术进行施工作业。结合理论与多年的工作经验可知松散土质在进行振动密实后，厚度通常会缩小5%——10%。使用设备及工艺技术参数如下：振冲设备采用50T履带吊，振冲机械采用ZCQ-132B，功率为132KW，振点为双振点，振点平面布置采用等边三角形，间距为2.5m；造孔电流为50-60A，孔底留振时间为60s，振冲器上提0.5m，留振时间为15-20s。

3.2振冲施工方法选用

振冲成孔阶段根据施工流程可以分为三种：排孔法、跳打法、围幕法。

排孔法是从目标地基的一端开始，按照设置好的点位逐个打孔，这样能够确保每个孔位都进行打孔操作，利于施工顺利进行；但是如果孔位过于密集时，后打的孔位就很难准确控制，从而产生倾斜和位移。

跳打法就是在同一排打孔时应每隔一孔再进行一次打孔，这样对孔的影响较小，确保良好的振冲效果；但是这个方式容易对某些孔位疏漏施工。

围幕法就是打孔时先从外围进行，然后逐渐进行至中心区域，并且打孔时也是隔圈进行，这种方式能够有效降低振冲能量扩散对其他孔位的影响，具有良好的振冲效果，需要的孔数也能减少10%-15%，常用于大范围的施工。需要注意的是，确保全部打孔以及打孔的精确。

考虑到本项目狭长的作业面，所以确定选取排孔法进行施工。

3.3振冲成孔

振冲成孔环节，应确保振冲器垂直作业，避免发生偏差，操作过程中要及时调节设备确保不发生倾斜。施工作业时，确保喷嘴一直有水流出，避免喷嘴被砂土堵塞。设备缓慢下沉直到设计的深度。然后振冲器要在这一深度持续振动30-60s的时间，然后再均匀慢速的提升O.5m。

3.4振冲填料密实

振冲器提升一段距离后，从孔的周围向下填料，在填料下落的同时设备继续振动，这样边填料边振动，直到下部地基紧实。然后再将设备提升0.5m，重复上一阶段的作业，直到全部深度的地基被填实。该阶段的填料应当不间断的向孔内供应，直到施工要求的高度。图1为施工作业图。

由于受到振动的作用，地面标高肯定会出现一定程度的降低，導致地面的不平顺，所以在振冲结束后还要利用铲车处理地面，确保标高一致。

3.5试验检验

按照设计方案的要求，在施工时，应当对每2500m2的地基进行相应的承载能力测试。该测试需要在振冲作业结束7天后进行，由专业人员指定试验位置。承载力试验应满足下列要求：

（1）施加的最大负荷应当为设计压力的2倍，每次增加荷载的数值要按照最大负荷的20%确定。其中设计承载压力为300kn/m2。

（2）试验时要逐渐增加荷载，地基的沉降速率应当小于0.25mm/h。

（3）加载试验区域的最小横向宽度不低于1.0m。

（4）通过验收的标准：当施加荷载是设计值的1.5倍时所发生的沉降不能超过25mm，或者路基产生的反力模量不低于20000kN/m3。

施工区域在采用了振冲密实技术进行作业后，经过严格标准的检验，发现地基的承载能力以及回填土的密度都符合设计的数值，因此也顺利通过了有关部门的验收。

采用该技术进行施工的关键就是要合理控制水量以及振冲时间。合理的水量能够确保地基中的砂土在振动作用下有效液化；足够的振冲时间是保证砂土完全液化后，一旦停止振冲就可以使砂粒重新排列，缩小砂粒间的空隙，从而增强了回填土的密实性。不过在面对不同的土质情况时，施工方法也会有所差异。对于粉细砂，应当对振冲器提升后产生的孔洞进行填料；另外，填料在孔内作为一种传力的介质，当振动时能够将砂层有效的挤压变得更加密实。对中粗砂，一旦振冲器提升后孔壁就很容易发生坍落并填充下部的孔洞，多以这种地质不需要另外添加填料就能够实现地基的密实。如果地基具有较厚的干砂，而且水位较低，就应当对地基进行大量的补水，促进砂土形成饱和状态，有利于施工的进行。

振冲作业完成后，距地面1m的土质往往覆压力不能满足施工要求，密度上也难达标准，所以要对这部分土质挖除，然后在采取特殊的措施进行压紧的处理。

本工程设计要求标贯击数应大于15击，通过对原位测试结果显示，单孔击数最小平均值大于15击，符合设计要求。

4.结语

本文结合福建平潭娘宫海域码头岸壁工程的实际案例，分析了振冲法在港口工程中的应用，该技术也为工程赢得了较好的经济效益和社会口碑，并在施工中进一步完善了施工的工艺。由此可见振冲法不仅适用于港口工程，还能够为其他水下工程提供可以借鉴的经验。

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