浅析振冲密实法在砂性回填料中的应用

鲁占营

关键词：振冲密实；砂性回填料；加固处理

振冲法分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度≥20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。振冲密实法适用于处理砂土和粉土等地基。不加填料的振冲密实法一般适用于处理粘粒含量＜10%的粗砂、中砂地基。

振冲密实法是在振冲器的反复水平振动和振冲头的冲水作用下，使周围土体在振冲器径向的一定范围内出现瞬间的结构破坏，土体抗剪强度降低，土颗粒重新排列，孔隙减少，相对密度提高，以达到提高土体强度、减少沉降、防止液化的加固土体的方法。

1工程概况

科威特LNGI项目施工内容主要包括临时抛石围堰，疏浚吹填和相应区域的地基处理，地基处理面积约50万m2，最大振冲砂层厚度大达22m。根据项目设计文件知，地基处理后的吹填区将建造8个油罐，作为油罐区使用，所以业主对吹填区地基处理提出了较高的质量标准：对地基处理深度范围内吹填土层需满足水面以上95%压实度，水面以下90%压实度要求，且满足最小荷载200kPa作用下，10年工后沉降≤25mm。

2振冲密实法地基处理概述

2.1振冲密实法地基处理基本原理

振冲密实法地基处理，主要通过振冲器产生振动能量，让周围土体颗粒产生振动液化，迫使土体颗粒进行重新排列，从而达到密实状态；另一方面是依靠振动器的水平振挤作用，将补充的砂进行振动挤压密实，从而提高砂层的承载力和抗液化能力。

2.2振冲头的组成

一般振冲头由2部分组成，底部的振动器和后面连接的钢管。一般底部振动器长2~5m，后面连接刚管根据实际加固的深度进行配置。国内常规振冲头功率一般为75kW、100kW、130kW。科威特LNGI项目采用S-Ruttler700型号振冲器，振动频率37/25HZ，偏心振动力700kN，功率180kW（最大能达到290kW），配重4.4t，尺寸长4.28m，直径492mm。

2.3振冲器作用机制

目前对无填料振冲法加固机制及其影响因素的研究，国内外采用的研究方法有：从动力液化角度分析；从复合地基角度进行分析；室内模型试验方法；从波和能量的传播方面分析研究等几个方面。

根据相关振冲研究理论，振冲过程中依据振冲器侧壁周边加速度大小将振冲影响范围分为5个区域，从内往外依次为剪胀区、流态区、过渡区、挤密区及弹性区，分区示意图如下图1和图2所示。根据振冲器影响范围可知，对不同的土质条件应选取合适功率的振冲器。振冲器功率不宜过大或过小，振冲器功率过大会形成较大范围的流态区，振冲器功率过小，振冲影响范围小，两种情况均达不到预期的振冲效果[1]。

（2）NAVFACDM7.3理论设计表格法

NAVFACDM7.3（1983）提供了一个理论设计经验，如表1和图3所示，表1和图4给出了在采用不同的振冲点间距时振后回填料可达到的相对密实度。所以在进行一个项目的振冲间距的初步设计时，可根据项目设计要求

2.5振冲密实法工艺参数

影响振冲效果的参数有振冲器下沉速率、水压力、水流量、上提速率、上提间距、密实电流和留振时间。

振冲器上提过快，留振时间短，不容易达到设计密实度；振冲器上提过慢，留振时间越长，振冲器上提过程中容易因摩擦过大而卡住。

由周键（2008年）理论得知，对于粉细砂，过长的留振时间，不仅粉细砂颗粒的加固效果降低，而且会使得密实电流降低。一般认为，当饱和粉细砂在接近初始液化时加密效果最好，当达到完全液化时土质呈流动状态，其颗粒时而连接时而破坏，粉细砂加密的效果大大降低，因此对不同的土质有相对应的最佳留振时间。

振冲器在上提过程应进行砂料充填，且砂料充填应把握好时机。在控制好振冲器上提速率的前提下，进行砂料填充，保证回填砂料从孔口落入振动位置。回填砂料控制不当容易导致振冲器在振冲孔中空振，不能有效将能量传递到周边土层。

对于一个新的地基处理工程，在大面积振冲前，应先选取一块有代表性的试验区，进行振冲实验，以确定大面积振冲时的振冲参数，指导实际施工。

3振冲密实法施工监控要点

3.1振冲器水压/水量

振冲过程中供水泵的供水压力和水量是保证振冲效果的重要因素之一。合适的水量/水压是保证砂土容易振冲和达到预期效果的条件。合适的水量和水压使砂质受到振动后产生初始液化。不仅有助于振冲器的贯入，还能加大振冲的影响范围。据本项目实际经验，施工中水压为0.83MPa，水量约1.83m3/min，以保证振冲器的正常贯入速度和振冲效果。

3.2留振时间和密实电流

振冲过程中合适留振时间与振冲点周边砂层液化情况和振冲影响范围密切相关，密实电流是振冲效果达到设计质量要求的重要标记。

振冲器上提过快，留振时间短，不容易达到设计密实度；上提过慢，留振时间越长，容易造成振冲器卡住，磨损过大。因此控制好留振时间和密实电流很重要。在振冲器贯入土体至孔底后，孔底留振时间为1min。振冲器每次上提间距为1m，留振时间和密实电流分别按40s和420A左右进行控制。在每次上提后控制好每层的留振时间和密实电流，以保证振冲后效果达到设计要求。

3.3振冲过程中孔口翻上来的土质情况记录

根据项目取砂区钻孔资料分析，取砂区部分区域存在有较高含量的细颗粒。项目采用耙吸船和绞吸船进行取砂回填。耙吸船取砂装舱过程中可通过溢流功能对砂料进行冲洗，溢流掉细颗粒，回填砂质较好。而绞吸船利用绞刀破土将砂、泥和水混合物直接泵送至吹填区，会在吹填区内造成细颗粒堆积，对振冲效果影响较大。振冲过程中密切关注吊机内振冲监控系统的各项振冲参数变化情况，出现较大异常时，及时观察孔口，对孔内返上来的细颗粒做详细记录，包括返上来泥浆颜色、数量描述、泥浆深度。为此类区域振冲达不到预期效果的应对措施提供依据。

4、施工过程问题及应对措施

4.1振冲过程中振冲器卡住情况综述

根据现场振冲情况反馈，施工期间部分振冲点在振冲器下沉造孔和振冲器上提过程中出现卡住情况，且个别振冲点因振冲器卡住造成的停置时间长达590min，对振冲进度造成较大影响。

通过分析振冲点密实电流电子记录表结果，振冲器卡住主要分为两种情况：第一种是卡住位置对应的密实电流过大，平均能达到400~500A。第二种是卡住位置对应密实电流值值不大，平均约200~300A左右。

4.2振冲器卡住解决措施

对于振冲器下沉过程卡住的情况，可采用加大水压，快速下沉方式，以减少振冲器对中粗砂加密过程，达到设计深度。对于振冲器上提过程卡住，只能在吹填施工过程中加强对吹填过程中粉细颗粒的控制，提高吹填砂质量。

5、振冲效果检验

5.1CPT检验

验收CPT检测在振冲完成后五天进行，检测频率为一个验收分区检测一组CPT点。每组CPT点布置形式如下图4所示，CPT检测的结果曲线是对两个CPT结果取平均值，然后借助移动平均值法，进行评估，移动平均的步长为0.5m。CPT验收曲线如图5所示。

5.2ZLT检验

ZLT检测目的主要用来验证地基处理的整体效果和评估在设计荷载作用下基础产生的实际沉降值。依据项目技术规格书，ZLT的检测频率为每一万平米选取两个位置进行ZLT试验，且ZLT位置应选取在夯后CPT最低值的位置。

通过ZLT平台分级加载至125%设计荷载下观测记录其直接沉降，然后根据BriaudandGarland(1985年)法进行10年后沉降预测，二者之和与项目设计要求的10年工后沉降进行比较，综合沉降≤25mm即为合格。

6结束语

综上所述，文章结合科威特LNGI项目吹填造陆后振冲地基处理工程实际，从振冲密实法的原理为切入点，以振冲头组成、振冲器作用机制、振冲点布置、振冲地基处理工艺参数方面对振冲密实法涉及的相关基本理论做相应介绍，同时阐述了振冲施工中振冲监测要点、振冲中振冲器卡住描述及应对措施和振后CPT和ZLT效果检验方法，为相关工程技术人员详细了解振冲密实法施工提供方便。

由于业主对吹填区地基处理提出了很高的质量标准，项目部整合国外知名地理处理分包商Keller的良好施工技术，结合自身切实有效的管理方法，按期完成地基处理振冲、检验及验收工作，为以后类似高标准、严要求的地基处理项目提供借鉴经验。

参考文献：

[1]黄继义.振冲密实法在砂性地基处理中的应用[J].中国水运（下半月），2009（07）：255-256+262.

[2]周健，王冠英，贾敏才.无填料振冲法的现状及最新技术进展[J].岩土力学，2008（01）：37-42.

作者简介：鲁占营（1990-），男，河南开封人，本科，从事港口航道与海岸工程施工管理工作。