振冲密实法处理吹填砂地基的现场试验研究

吴民晖 刘海旺

（1、民航机场规划设计研究总院有限公司，北京 100011 2、福建兆翔机场建设有限公司，福建 厦门 361000 3、机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地，北京 100011）

振冲法是20 世纪30 年代由德国的谢·施托伊曼（S·STUERMAN）首先提出的。我国于1976 年开始研究振冲法，由于该法具有工艺简单、施工便捷、工期短、经济实用和效果显著等优点，在全国各地得到了广泛的应用[1-2]。我国相关学者和专家对振冲技术进行大量的研究。例如：何开胜[3]等通过对长江下游新吹填松散粉细砂振冲密实试验，分析总结适用于吹填粉细砂的振冲密实设计参数、施工工艺和质量控制方法。周健[4-6]等针对无填料振冲法加固饱和疏松粉细砂地基的有效性和工艺参数，总结振冲密实粉细砂施工工艺发展及存在的问题。苏荣臻[7]以上海某工程研究了不同功率振冲器、两种施工工艺、振冲参数等对于粉细砂地基振冲经验。叶观宝[8]等通过现场孔隙水压力监测试验得出振冲液化时间与留振时间的关系，留振时间与深度和土性有关。

目前通常将振冲法分为振冲置换和振冲密实两个类型。振冲置换为加入石块、碎石等散体材料形成桩体以置换一部分地基土，从而提高地基承载力；振冲密实法为依靠振冲器的强力振动使地基土液化，孔隙减少，从而提高地基承载力。一般来说振冲置换适用于粉细砂或黏性土等细颗粒的地基，振冲密实适用于粗砂或者中砂地基。考虑振冲加固效果与颗粒组成密切相关，关于振冲密实施工参数和适用性也要通过现场试验确定。因此，本研究通过在某吹填海砂场地开展不同分区（不同桩体间距、方式和振冲器型号）的振冲密实加固试验，现场大面积施工后检测，加固效果满足设计要求。

1 工程概况

试验区地基概况：

试验区位于东南沿海某陆域形成吹填场地，毗邻东海，场地抗震设防烈度为7 度，场地基本地震动加速度反应谱特征周期值Tg 为0.45s，基本地震动峰值加速度值为0.15g，所属设计地震分组为第三组。

陆域形成吹填料为灰黄～灰白色中粗砂，中细～中粗粒砂状结构，成分以石英为主，含量一般为85%～90%，含泥量一般＜10%，其他为云母及贝壳。吹填海砂厚度11m～12m，根据室内试验，主要物理力学性质如表1 所示。

表1 海砂主要物理力学性质汇总表

2 振冲现场试验方案

振冲现场试验根据桩体间距、布点方式和振冲器型号分为6 个试验区，振冲试验区设计参数如表2。振冲处理完成后应进行场地平整、然后进行满夯（强夯能级为1000kN kN·m）补强处理。

表2 振冲试验区设计参数

3 振冲加固效果

不同振冲试验区施工过程中进行高程测量，采用标准贯入试验、重型动力触探试验、波速试验和平板载荷试验进行现场检测，成果如下：

3.1 振冲处理沉降量

由于振冲施工速度较快，且施工过程中振冲点周围土体呈半流态，实施沉降过程监测难度较大，通常情况下采用施工前后对照的方式进行土体沉降观测。振冲施工过程中沉降量测量结果如表3 所示。

表3 振冲处理试验区沉降汇总表

3.2 标准贯入试验结果

分别在振冲前后对不同试验区进行了标准贯入试验检测，典型试验区标准贯入击数曲线见图1（鉴于篇幅限制，以振冲3 区为例表示）。

图1 振冲处理前后标贯试验对比（桩体间距为2.5m、双击共振）

振冲处理前后的标贯试验结果表明: 不同振冲试验区表现出相似的变化规律，振冲后吹填砂全深度标贯击数当量值大幅度提高。振冲1 区～振冲6 区，振冲处理前全深度标贯击数当量值介于17.44 击～19.75 击，分别为18 击、19.75 击、17.44 击、18.61 击、17.5 击和18.94击；振冲处理前全深度标贯击数当量值介于26.61 击～38.36 击，分别为30.22 击、27.78 击、38.36 击、26.61 击、30.06 击和32.94 击；振冲处理前后全深度标贯击数当量值增加幅度介于40%～119 %，分别为67%、40%、119%、42%、71%和73 %。根据振冲处理前后标准贯入试验检测，振冲3 区（即桩体间距为2.5m、双击共振），可以达到最好的处理效果。

3.3 重型动力触探结果

分别在振冲前后对不同试验区进行了重型动力触探检测，典型试验区重型动力触探击数曲线见图2（鉴于篇幅限制，以振冲3 区为例表示）。

图2 振冲处理前后重探检测对比（桩体间距为2.5m、双击共振）

振冲处理前后的重型动力触探试验结果表明: 不同振冲试验区表现出相似的变化规律，振冲后吹填砂全深度重型动力触探击数当量值大幅度提高。振冲1 区～振冲6 区，振冲处理前全深度重型动力触探击数当量值介于6.63 击～8.7 击，分别为7.19 击、8.7 击、6.63 击、7.44击、7.91 击和7.47 击；振冲处理前全深度重型动力触探击数当量值介于15.12 击～18.2 击，分别为17.09 击、16.32 击、16.97 击、15.12 击、18.2 击和17.11 击；振冲处理前后全深度重型动力触探击数当量值增加幅度介于88%～143 %，分别为137%、88%、143 %、103%、130%和129 %。根据振冲处理前后重型动力触探试验检测，振冲4 区（即桩体间距为2.5m、单击共振），全深度重型动力触探击数当量达到最大值（18.2），振冲3 区（即桩体间距为2.5m、双击共振），全深度重型动力触探击数当量增加幅度达到最大值（143%）。

3.4 波速结果

除标准贯入试验和重型动力触探外，在振冲处理前后对不同试验区还进行了波速监测，振冲处理前后波速值如表4所示。

表4 吹填地基强夯处理前后波速值对比表

振冲处理前后的波速测试结果表明:不同振冲试验区表现出相似的变化规律，振冲后吹填砂波速平均值大幅度提高。振冲1 区～振冲6 区，振冲处理前波速平均值介于185m/s～207m/s， 分 别 为192 m/s、187m/s、185 m/s、215 m/s、205m/s 和207m/s；振冲处理前波速平均值介于244 m/s ～249 m/s，分别为248 m/s、245 m/s、249 m/s、244m/s、246 m/s 和248 m/s；振冲处理前后波速平均值增加幅度介于13%～35 %，分别为30%、31%、35 %、13%、20%和19%。根据振冲处理前后波速试验检测，振冲3 区（即桩体间距为2.5m、双击共振），振冲处理前波速平均值可达到最大值249 m/s，全深度前波速平均值增加幅度达到最大值35%，加固效果最好。

4 结论

根据以上不同分区振冲试验、沉降量、效果评价（标准贯入试验、重型动力触探试验、波速测试）、场地适用性及施工便利性，振冲处理吹填砂地基综合评价如下（表5）：

表5 吹填海砂地基振冲处理技术对比分析表

4.1 不同振冲试验区（振冲1 区～振冲6 区），平均沉降量介于412mm～531mm，分别为515mm、507mm、531 mm、469mm、412mm 和451mm。其中振冲3 区（桩体间2.5m、双击共振）沉降量为最大值531mm。

4.2 通过标准贯入试验、重型动力触探试验及波速测试检测，当桩体间距为2.5m、双击共振可达到理想的处理效果。

4.3 标准贯入试验、重型动力触探试验和波速测试测试均具有检测速度快，经济性高的特点。但是，振冲处理后，重型动力触探试验不能进行全深度检测（最大检测深度约9m），不能满足吹填砂全深度检测的要求。因此，建议振冲处理地基检测采用标准贯入试验和波速测试验检测方法。