无填料振冲密实法在科威特LNGI 工程中的应用

梁思明，郑俊

（中交广州航道局有限公司，广州210220）

1 引言

振冲密实法是德国人在1937 年发明的一种地基加固方法[1]，最初应用于含泥量较少的中粗砂地基，无须加填料，因此，也称无填料振冲密实法，是一种快速有效的地基加固处理方法。随着振冲密实法在各类工程中的应用推广和技术改进，逐步演变出可以用于加固粉细砂地基的加填料振冲密实法以及加固黏性土的振冲置换法，适用范围越来越广[2]。

进入21 世纪后，城市化的发展进程加速，人类开始向海洋要地要空间，全球涌现大量大规模的填海造地工程，吹填砂土的厚度越来越厚，且对地基加固要求越来越严格。由于振冲密实法具有工艺简单、处理深度大、效果显著、造价低等多种优点，成为厚度较大、地基承载力要求高的吹填砂土地基常见的加固处理方法，尤其是含泥量较少的中粗砂地基，无填料振冲密实法是比较经济合理的选择。本文结合无填料振冲密实法在科威特LNGI 项目的应用实际，介绍无填料振冲密实法在吹填砂地基加固工程中的加固效果检测方法、施工设备、施工参数和施工过程质量控制要点。

2 工程概况

科威特LNGI 项目位于科威特城南约90km 的Al Zour区域，项目的总投资规模大约30 亿美元。项目的吹填面积520 000m2，吹填工程量11 350 000m3，吹填标高+5.5m，吹填平均厚度约20m，最大厚度达到26m，吹填土质含泥量不超过15%，地基处理后水面以上要求95%压实度，水面以下90%压实度，且应满足最小荷载200kPa（3m×3m 基础）和10年工后沉降不大于25mm。

项目吹填采用大中型绞吸船、耙吸船进行施工，砂源主要是中粗砂，局部为含泥量较多的粉细砂，施工过程中通过吹填工艺控制，吹填砂含泥量基本控制在15%以内，取砂区钻孔取样颗粒筛分曲线如图1 所示。实际因吹填尾水聚集沉淀仍存在局部区域吹填砂掺夹有厚度小于30cm 的软弱透镜体。考虑本项目吹填砂含泥量控制效果好、吹填砂厚度大、压实度要求高、工期紧张等特点，地基处理采用无填料振冲密实法。

图1 取砂区钻孔取样筛分曲线图

3 地基加固效果检验方法

压实度是指的土被压实后的干密度与最大干密度之比。可以通过传统的灌砂法等检测，但灌砂法等试验方法仅适用浅层地基并且需要分层逐层检测，对于水位线以下被水淹没部分检测较为困难。科威特LNGI 项目填土厚度大、面积广、工程量多、工期紧张，采用一次性吹填至标高然后进行振冲密实的工艺进行砂土加固施工，加固后的压实度无法采用灌砂法等方法进行逐层检测，必须寻求可行的替代方法[3]。常用的有SPT-压实度验收曲线法、CPT-压实度验收曲线法2 种，即通过经验方法换算SPT 的标贯击数或CPT 的锥端贯入阻力值与压实度的关系，建立标准验收曲线作为加固验收标准。由于SPT 试验费时长、成本高且大规模钻孔会破坏加固区的加固效果，因此，科威特LNGI 项目采用更为经济合理的CPT-压实度验收曲线的方法检测压实度情况，同步采用荷载实验检测承载力指标。

先现场取样、室内试验计算相对密实度和压实度的关系，式（1）～式（3）为相对密实度和孔隙比的计算公式[2]。

式中，e 为空隙比；emax为最大孔隙比；emin为最小孔隙比；Gs为土体比重；ρω为水的密度；ρdmax为最大干密度；ρdmin为最小干密度。

通过进行多组压实试验并用灌砂法检测压实度，同时配合击实试验得到Gs、最大干密度ρdmax和最小干密度ρdmin等参数，再结合式（1）～式（3）可以核算得知，要达到项目砂土加固后水位线上压实度不小于95%和水位线下压实度不小于90%的目标，需要水位线上相对密实度达不小于80%和水位线下相对密实度不小于60%。

然后采用Baldi等人提出的关系公式[3]构建相对密实度和CPT 锥端贯入阻力的关系，构建出基于CPT 曲线的压实度验收关系曲线（见表1 和图2）。

表1 试验结果汇总表

式中，Dr为相对密实度；qc为锥端阻力；σνo为垂直有效应力；C0、C1、C2为常数，超固结状态下取C0=157、C1=0.55、C2=2.41。垂直有效应力计算采用式（5）结合取样室内试验数据计算。

式中，γ 为砂土重度；γsat为砂土饱和重度；γro为水重度；H1为CPT 贯入砂土水位线以上的厚度；H2为CPT 贯入砂土水位线以下的厚度。

4 振冲密实施工

4.1 施工设备

现场振冲设备选择180kW 的S-700 型振冲器（见图3），规格参数如图4 所示。附带施工设备包括发电机、履带吊、水泵、电缆以及自动电器化控制系统等。检验采用荷兰Gouda 履带式CPT 检测车（见图5）检测CPT，并进行ZLT 荷载试验复核加固效果（见图6）。

图3 S-700 型振冲器

图4 S-700 型振冲器的规格参数

图5 荷兰Gouda 履带式CPT 检测车

图6 ZLT 荷载试验

4.2 试验确定施工参数

试验区选取面积约650m2，共分为3 个区块，每个区块对应振冲点间距为3.5m、3.75m、4.0m，按照等边三角形进行布点（见图7），每个分区振冲点分别18 点，共54 个振冲试验点，履带吊双杆施工。施工参数为：真空水压0.83MPa，供水量约1.83m3/min，首尾两端（前7m、后7m）密实电流400～500A，中间段密实电流200～250A，孔底留振时间4～6min，上提留振时间40～60s，上提间隔1m，上提速度4.8～7.2m/min，下沉速度6.0～7.7m/min。

图7 试验振冲点布设及CPT 检测位置

振冲前和振冲后，在振冲点单元形心及网格1/3（见图7）边距位置进行CPT 检测。CPT 检测合格后，立即安排进行ZLT荷载试验，检验地基承载力达到工后10 年200kPa 承载力条件下沉降约为13mm，远小于25mm，符合项目验收标准。经比较，选用3.75m 间距为更为经济合理，确定为项目施工振冲间距。图8 和图9 为间距3.75m 试验区振冲前CPT 和振后形心CPT1 及网格1/3 位置CPT2 锥端阻力曲线对比和震后平均锥端阻力与验收曲线比对，符合验收要求。

4.3 质量控制要点

质量控制要点包括以下几方面：

1）回填料含泥量控制。一方面要做好吹填砂源区质量把控，采取挖砂前进行加密勘察、绞吸船绞试挖绞刀头取样、耙吸试挖舱内取样等措施，避开不合格料超标区域进行开挖取砂，确保吹填砂泥量不超标。另一方面，要在吹填管头、吹填区尾水沉淀区进行取样检测含泥量，每工作班取样1～2 次，对发现含泥量聚集严重的区域安排进行清淤，并且及时将管口取样吹填含泥量情况反馈给施工船舶以便及时调整开挖取砂位置，尽可能减少会影响加固质量和地基承载力的软弱透镜夹层，要求不能连续出现厚度超过30cm 的含泥量聚集层。

图8 CPT 试验曲线

图9 震后试验平均锥端阻力曲线

2）振冲过程控制。重点监控冲留振时间、密实电流、上提间隔等施工参数，主要通过施工自动化控制系统检查，所有施工过程参数都应在自动控制系统中自动存档且不可人工修改，每个工作班安排技术人员盯紧作业过程，并应当天调出施工记录数据进行复查，发现有不合格的应安排进行返工复振。

对于不符合验收标准的位置应及时安排返工，并重新安排检测直至合格。

5 结论

1）无填料振冲密实法加固大厚度吹填砂土地基具有工艺简单、处理深度大、加固效果好、工期短、造价低等优势，采用S-700 型振冲器加固科威特LGNI 项目吹填砂地基振冲设置为边三角形3.75m 间距，可以实现加固后水位线上Dr≥80%和水位线下Dr≥60%即压实度95%和90%指标要求。

2）采用Baldi 公式等换算静力触探CPT 锥端阻力和相对密实度关系，并结合砂样室内试验数据求取CPT 和压实度关系的验收曲线，可以间接检测压实度指标。

3）无填料振冲密实法应用在吹填砂地基加固工程中，需要结合回填砂含泥量粒控制、振冲密实电流和留振时间等参数控制及工后检测控制等过程管控措施，才能实现高标准地基加固目标。