无填料振冲法的现状及最新技术进展探讨

邓水强黄湛威

中交天健（深圳）投资发展有限公司518300

摘要：无填料振冲法是振冲加固方法的一种，因其工艺过程简单，施工效率高、不需要使用水泥和钢筋等材料，目前逐渐成为软质地层常见的加固手段。本文主要对无填料振冲的发展现状进行介绍，并结合实际的工程应用对无填料振冲法进行分析。

关键词：无填料振冲振动加固

1引言

振冲法最初由德国工程师在20世纪30年代开始提出并应用，60年代开始，在欧洲和日本等国家获得应用，振冲法主要用于软质土壤的加固。振冲法具有施工效率高、时间短、工艺简单、效果有效等优点。80年代开始，我国进行了振冲加固方法的研究，并试制了振冲器。

振冲方法主要包含两种：填料振冲法和无填料振冲法。振冲方法在处理松散粗砂、粉土、黏土甚至淤泥、人工填土等地基加固时具有广泛的应用，这些应用过程主要针对加填料的振冲法。对于无填料振冲法，一般认为仅能够处理黏粒含量低于10%的粗砂和中砂地基。本文主要对无填料振冲方法的发展现状进行分析，并结合工程应用对无机填料振冲方法实施过程进行介绍。

2无填料振冲法的发展现状

2.1发展状况

目前，振冲法的相关分析研究主要集中在填料振冲法，对于无填料振冲法，国内外的加固理论主要集中在：（1）振冲对地基土的作用机制。（2）无填料振冲法的适用性。（3）振冲法的施工工艺。

（1）振冲对地基土的作用机制

振冲法在处理砂性地基时，其主要的作用机制一方面依靠振冲器的反复强力振动和水冲，使得振冲器周围的饱和砂土层发生短暂液化和结构破坏，砂粒在结构破坏的同时发生重排，其颗粒间的空隙逐渐减小，砂土形成更为紧密的结构。另一方面，依靠水平振挤作用，使补充的砂能够挤压密实，从而提高砂层的紧密度，实现加固的目的。

（2）无机填料的适用性

砂类土质中的细粒含量对土体的振冲加密有较大的影响。一般认为无机填料振动法适用于小于0.074mm的细粒含量不超过10%的中粗砂地基。

（3）振冲法的工艺研究

施工工具的类型

振冲法的施工工具主要包括三部分：振冲器、伸缩管、支撑吊机。随着振冲法的不断发展，振冲器的类型也有了较大的改进发展。主要有水平向振动振冲器、垂向振动振冲器、水平垂直双向振动振冲器。不同类型的振冲器存在各自的优势和特点，需要结合地质的特点采取不同类型的振冲器。

2.2展望

目前，振动理论的研究工作取得了较大的发展，但还不能满足实际工程的需求。由于振冲的物理过程较为复杂，没有合理合适的模型对其过程进行精确的模拟，其设计还需要成熟和完善的计算分析方法。另外，对于振冲过程中出现的一些现象现在还不能完全有效地解释，因此今后的振冲分析探究主要可以分为以下几个重要的方面：

（1）粉细砂层的振冲加固分析，设计及加固后的时间效应问题。

（2）施工过程中的工艺参数的优化分析，对振冲工具、振动力、水压和水量等参数的最优组合。

（3）振冲施工完成后的评价与分析。

3无填料振冲法在工程施工中的应用

3.1工程介绍

纳米比亚鲸湾港是从安哥拉洛比托到南非开普敦之间近3000km海岸线上唯一的深水港，港口年吞吐量超过100万吨，纳米比亚90%的海运货物通过此港完成装卸，是该国最重要的物流枢纽。鲸湾港集装箱主码头包括一座5万吨级高桩梁板式码头结构、抛石护岸及后方接岸结构。

本工程地基处理共分为A、B、C三个区域。A区为强夯区，根据不同的夯击能又分为A1、A2、A3区，分别采用6000KJ、5000KJ、1000KJ的强夯能，夯点间距为5m，梅花形布置。B区为振冲区，其中B1区仅采用振冲密实度，B2区为堆载预压联合振冲区，振点为间距3m的梅花形布置。C区为场地整平后进行表层碾压处理。

其中振冲砂工程数量为121385㎡，在大面积进行振冲密实施工前，选取900㎡进行振冲试验施工。大面积施工根据现场试验的效果，对施工技术参数进行调整。

3.2试验施工

为尽快确定合理的振点布局、点距、密实电流、留振时间等各种施工技术参数，以及设备能力和人员配置，项目部在振冲工作面未形成的条件下，在强夯A1区选择一块32m×33.18m的区域作为振冲试验区。

振冲点呈等边三角形布置，间距为3m（如下图所示）。

4、在振冲器提升过程中，经过多次试验，包括留振时间15s，30s，60s，提升速度，1m/min，1.5m/min，水压800kpa，400kpa，在距离地面4-9m范围内，电流不发生变化，处于空振状态，电流为50A左右，在距地面0-4m时，电流会发生变化，电流会达到70A-90A。

（4）试验效果

试验效果数据见图1所示。

通过试验区的CPT检测结果来看，可以发现振冲过程结束后，地基的紧密程度得到有效的提升，从一定程度上说明了采取上述振冲参数的有效性，达到设计要求，可以进行全面施工。

3.3全面施工施工步骤

1、先做试验，以确定振冲参数。故试验结束，要做地基强度或地基承载力的检验。确定振冲参数后，才能全面铺开施工。

2、清理平整施工场地，用钢尺放测孔位，孔位正三角形布置，间距3.0米。施工前，检查振冲器的性能，电流表、电压表的准确度及回填料的性能。

3、振冲器对准加固点。打开水源和电源，检查水压，水量、电压、密实电流和振冲器的空载电流是否正常。

4、启动吊机，为避免造孔中塌砂将振冲器抱住，下沉速度宜快，造孔速度控制在2m/min，并观察振冲器电流变化，电流最大值不得超过振冲器的额定电流（150A），当超过额定电流值时，必须减慢振冲器下沉的速度直至停止下沉。

5、当振冲器下沉到设计加固深度时，将射水量减至最小，并在这一深度上留振12~18s，速度提升振冲器。电流趋于稳定，至超过规定密实电流值。

6、以1.5m/min速度提升振冲器。每提升0.5m就留振12~18s，并观察振冲器电流变化。

7、关机、关水和移机定位，在另一个加固点上施工。

3.4全面施工要点

1、振冲密实过程中，为保证施工质量，电压、密实电流、留振时间要符合要求，电源电压低于350V时停止施工。

2、振冲密实施工中，如遇到振冲器不能贯入，可增设辅助水管，以加快下沉速率。

3、施工顺序沿平行直线逐点进行。

4、在振杆上标明刻度，每50cm一格，以便于每振动上拔50cm后留振12~18s。

5、作好现场记录和控制工作。

3.5无填料振冲法的应用效果

通过对振冲区的地基紧密度进行分析，经过振冲后的地基的紧密度明显得到改善，并且整个过程的工程量和时间均较短，表明无填料振冲法的有效性。

4结语

随着无填料振冲理论和工艺的逐渐完善和成熟，其逐渐成为软质地基加固的主要应用方法。通过无填料振冲工艺和发展的介绍，可以更好、更全面地分析了解此方法的过程。并结合实际的工程应用对其施工过程进行分析介绍，以期更好地促进该方法的实际应用。

参考文献

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[2]刘岩，贺迎喜，杨和平.强夯与无填料振冲法处理松散细砂地基对比试验[J].中外公路，2015（6）：33-36.