振冲密实施工工艺在吹填珊瑚礁砂中的应用

覃 晓 吴湛坤 彭华洲

（南京市发改委政府投资项目评审中心，江苏 南京 210000）

0 引言

远海岛屿开发伴随大量的岛礁吹填作业，吹填料多为珊瑚礁砂及原海床沉积礁砂组成，吹填后地表层为吹填松散层；岛礁在形成过程中，地质起伏不定，导致吹填层厚度相差较大；同时吹填层密实度较小，吹填后基础性能指标往往不能满足设计要求，需对吹填层进行加固处理后方能进行地面施工建设。目前常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、水泥粉煤灰碎石桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等[1-3]。根据现场地质条件、施工成本、不破坏原有礁盘等综合条件，鉴于地基振冲密实处理具有所用设备少、加固速度快、振动影响范围小的特点，选用振冲（两点共振）密实法对吹填后基础进行处理。本文结合岛礁地基处理工程实例，论述振冲密实施工技术的应用实践，经试验检验，处理效果较为理想。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

案例项目为吹填后岛礁上某场区地基，面积5090.5m2（70m×72.75m方格），振冲孔位呈正三角形布置，孔距3.5m。依据设计要求：处理后的地基承载力特征值≥250kPa，压缩模量≥30MPa；压实度≥90%；标贯击数≥20击，动探击数（-N63.5）≥12 击，检测范围不小于地基处理深度。

1.2 地质条件

施工区域原状地层按照岩土层成因、成份、物理力学特征，由上至下可分为4层：

（1）珊瑚粉砂，有轻微的黏性，层厚在1.5～4.1m，地基承载力特征值fak=180kPa；

（2）珊瑚粗砂砾，此层分布较为普遍，层厚在1.9～11.5m之间，标贯击数平均值N=22.5击，地基承载力特征值fak=160kPa；

（3）珊瑚砂混珊瑚碎块，局部为珊瑚碎块混珊瑚砂，此层分布较为普遍，层厚在2.9～8.9m之间，标贯击数平均值N=33.8击，地基承载力特征值fak=220kPa；

（4）珊瑚砂砾岩，该层稳定，地基承载力特征值fak=350kPa。

场区地基吹填料以耙吸产生的珊瑚礁砂为主，绞吸的珊瑚礁砂为辅。其中，绞吸产生的珊瑚礁砂颗粒粒径相对较大，最大粒径约30cm，10～30cm的大粒径珊瑚礁石含量约10%；耙吸产生的珊瑚礁砂颗粒粒径相对较小，最大粒径一般＜10cm，粒径2cm 以下的珊瑚礁砂含量一般＜50%。此外，在吹填过程中，靠近管口区域粗颗粒（粒径＞2mm）集中，远离管口区域细料集中。同时，远离管口区域自然沉淀后出现沉积层表层“泥皮”，局部厚超过50cm，通过室内试验分析，该层“泥皮”为粉土，其下为粉砂和细砂，场地平整后，形成大面积的粉土和粉细砂夹层，工程性能很差，处理难度大。施工区域表面设计标高5.25～4.15m。依据剖面图，需密实处理的珊瑚礁砂基础平均厚约6.0m。

2 地基处理方案及施工流程

2.1 地基处理方案

根据试验段数据，采用桩间距3.5m（见图1所示），珊瑚礁砂经振冲密实处理后，基础可达到设计要求。故拟在该区域采用振冲密实技术进行基础施工[4]，振冲点平面布置为等边三角形，间距3.5m。计划投入2套设备，平均每套设备每天处理能力约300m2，施工时间为10d。

图1 振冲孔位示意图（间距3.5m）

2.2 施工工艺流程

地基处理工艺采用振冲密实法，振冲器采用ZCQ-180型，55∕80T履带吊配合施工，由350kW发电机供电，采取两点共振挤密法施工。地基振冲处理施工工艺流程如图2所示。

图2 振冲施工工艺流程图

3 施工设备配置

根据现场场地条件及施工进度要求合理安排振冲施工所需机械设备，按生产高峰期所需，主要施工设备配置计划如表1所示。

表1 施工设备配置

4 施工步骤及技术要求

振冲密实法的施工步骤为：

（1）清理平整施工场地，根据施工区的划分进行编号并测放施工边线；

（2）按每1000m2一点进行振冲前重型圆锥动力触探试验，掌握施工区域土层分布情况，必要时加密触探点位；

（3）按照20m×20m网格测量振冲前场地高程；

（4）用钢尺测放振冲孔位，孔距3.5m，呈正三角形布置；

（5）根据勘察资料和设计要求，并结合工前动探情况，确定合理的处理深度；

（6）根据现场情况，若吹填砂比较干，施工之前需进行灌水，灌水后立即进行振冲作业；

（7）机械设备就位后，首先将振冲器对准桩点，接通水源和电源，复核水压、水量、电压以及空载电流是否正常；且水压不小于0.35MPa[5-6]；

（8）启动吊机下放振冲器，使振冲器在水平振动的同时利用其振动、高压水的冲击力量，慢速下沉至处理深度并留振；

（9）振冲器提升及提升过程中留振；留振时间：孔底不小于120s，距孔口1m处不小于60s，中间均匀提升，一般每提升0.5m不小于20s，密实电流不小于130A；

（10）在振冲过程中挖掘机同步回填就地砂石料：当进入粉土和粉细砂夹层时，若就地回填的砂石料粒径较小，密实电流不能满足要求时，应组织运输车辆到管口区、粗粒料较多的区域转运粗骨料回填，同时采取增加留振时间、将振冲器上提振冲后再下降复振（反插）等多种措施，直到密实电流达到设计要求后依次上提成桩；

（11）一组振冲结束，关机、关水，移至下一组桩位施工；场地施工完毕后，对场地进行平整，采用20m×20m方格网测量场地标高并记录，作为振冲工后沉降依据；

（12）每施工区振冲施工一周后，在振冲前触探的同一位置进行重型圆锥动力触探试验，通过施工前后动探结果的对比，检验振冲处理效果。

5 施工难点及质量控制措施

5.1 施工难点

该工程场地地质条件较差，振冲密实法施工存在一定的技术难点，主要有以下几点：

（1）场区吹填以耙吸船为主，吹填料中的粗骨料相对较少，振冲处理的难度大；

（2）因吹填节点工期要求，无法采用边吹填边平整的填筑方式，在汇水区聚集了大量的细集料，形成大片的粉土和粉细砂夹层，需要转运大量的粗骨料掺拌，增加了施工难度，降低了工效；

（3）在场地土层分布极不均匀的情况下，为保证施工质量，需要投入大量的试验人员，进行施工前、后的重型圆锥动力触探试验、沉降观测、土工试验、载荷试验等试验研究，增加了工程成本；

（4）因振冲施工和场地平整、内外侧围堰、场区临时道路施工交叉进行，连片施工区域少，设备调遣频繁，有效作业时间减少，降低了振冲设备的利用率；

（5）在高温、高湿、高盐和高辐射的“四高”环境中，施工机械和电气设备的故障率增高，降低了设备的使用率，极大地增加了设备维修成本。

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5.2 质量控制措施

该工程建成后作为民用及军用场地使用，因此质量要求较高，主要的质量控制措施包括以下几个方面：

（1）珊瑚礁砂振冲密实过程中，为确保施工质量，施工中的通电电压、密实电流以及每个桩点的留振时间都要符合要求；

（2）施工顺序沿平行直线逐点进行；每个机组在其作业范围内的施工顺序为：从外围一侧的边线开始，向中间推进；不得出现漏振、漏点的情况；

（3）注意起重机的定位控制，保证振冲桩点及其间距的准确性；

（4）振杆上每50cm一格标明刻度，便于控制每次的上拔、下沉距离，进行留振施工；

（5）振冲孔不得留有孔洞；

（7）要求对每个孔进行编号，每张记录单的各项参数要齐全、清楚；

（8）施工中，当局部地质条件变化较大，难以按计划施工的，或者根据方案处理后基础性能无法满足设计要求时，应及时报监理、设计等参建各方，共同研究处理[7-8]。

6 试验检验

根据技术交底，每2000m2地基处理需做一次承载力试验，每1000m2地基处理需做一次压实度检测、一次标贯试验。在完成基础振冲处理之后7d，在该基础处理区域，监理、第三方检测人员在场情况下进行承载力、压实度、标准贯入试验，试验点由现场监理工程师指定。进行地基振冲密实施工处理后，经试验检验，地基承载力、压实度检测、标准贯入试验均满足设计要求，证明振冲密实施工工艺在技术上切实可行。

7 结束语

在海岛施工实际案例中，对地基进行了振冲密实施工处理，经试验检验，承载力、压实度、标准贯入3个试验检测数据均满足设计要求，验证了振冲密实施工工艺处理珊瑚礁砂地基在技术上可行。实践证明，在远海岛礁施工中应用振冲密实施工工艺，在确保工程质量、节约成本、减少材料运输等多方面均取得了较好成效。该技术有较大的推广前景，值得在远海岛礁施工中推广、借鉴。