振冲碎石桩地基处理技术在沿海地区的应用

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[摘要] ：通过振冲碎石桩技术在沿海地区某地基处理工程中的应用，介绍其工艺原理、特点及施工注意事项，结合试验结果初步探讨了振冲法地基处理效果，具有一定的经济实用价值。

[关键词]：振冲碎石桩；地基处理；承载力

[abstract] : through the vibro-replacement stone column technology in coastal areas a ground treatment engineering application, introduces the process principle, characteristics and construction attention, with the test results discusses the vibration blunt method foundation treatment effect, has certain economic practical value.

[key words] : vibro-replacement stone column; Foundation treatment; Bearing capacity

中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：

为了保证国家石油的战略储备，中石化正在大规模的兴建原油码头及其配套设施工程，作为配套设施工程之一的储油罐多布置在沿海地区，该地区基础工程地质条件较差，具有回填土及软土层较厚、含水量高、压缩性大及抗剪强度低的地质特性。为了满足基础工程对地基承载力的要求应对原地基土进行处理。一般的处理方法用时较长，而且工后沉降较大；如果采用桩基础，施工较为困难，容易造成土层液化，且经济费用较高；而振冲碎石桩复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用,具有施工速度快及工程造价较低等特点,故在沿海地区地基处理工程中得到了广泛的应用。

1 基本原理

振冲碎石桩是一种经济有效的地基土体加固措施。它以潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时通过振冲器尖端喷嘴喷射出高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经清孔后，从地面向孔中分段填入适量碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到设计所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，在土体中由下而上制作成一根大直径密实的碎石桩体，加固后的碎石桩与土体共同作用构成复合地基，从而达到加固土体提高承载力、减少沉降和不均匀沉降、增强地基的稳定性的目的。

在砂性土中，振冲碎石桩主要起密实作用，它一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，另一方面依靠振冲器的水平振动力通过填料使砂层挤压加密。复合地基设计中，振冲碎石桩施工完毕后应清除其顶部的松散桩体，并在基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的褥垫层，通过褥垫层的作用，使桩同承担荷载。

振冲碎石桩处理地基可节省三材，施工简单，加固期短，可因地制宜，就地取材，取碎石、卵石等填料，费用较低廉，是一种快速、经济加固地基的方法。在用于砂土、粉土、杂填土以及淤泥质软土等土体的加固处理中均可取得良好的效果。

2 工程概况

曹妃甸原油码头及配套设施工程10万方原油储罐地基处理工程场地经吹填砂土整平后，地形平坦，上部①层吹填砂层为新近吹填，④层土承载力较低，厚度较大，对于10万方油储罐的沉降有一定的影响，产生的沉降比较大。因此本工程地基处理主要是提高①、②、③、④层土的承载力和压缩模量并消除③层土的液化，以减少罐基础沉降。设计采用振冲法碎石桩对地基进行加固处理，圆形布桩，每罐设计桩数1027根，桩长30m，桩间距2.3～2.5m，上部回填砂部分桩径为1.30m，其余桩段直径为1.20m，振冲碎石桩桩体至④层土，设计复合地基承载力不小于220KPa,桩体重型动力触探击数不低于20击，消除地层中粉细砂层的液化。

3 工程地质条件

施工场地属砂质海岸，为海相沉积形成，场地勘察深度内的土层为第四系沉积层，地基处理范围内的地基土自上而下依次为:

①层吹填砂:褐黄色,成分以粉细砂为主,湿～饱和、稍密～中密，局部松散。层厚2.30～4.80m。

②层细砂：灰黄色,颗粒级配均匀，很湿～饱和、稍密～密实。该层分布普遍，层厚2.30～4.80m。

③层粉砂：灰色,软塑，无摇振反应，切面稍有光滑，干强度中等，夹多层粉砂薄层，近互层状。该层下部见粘性土薄夹层。该层分布普遍，层厚6.90～20.50m。在抗震设防等级为7度时判定为液化土层，液化等级为轻微。

④层粉质粘土：灰色,颗粒级配均匀，饱和、稍密～密实。该层下部见粘性土薄夹层。该层分布普遍，层厚7.00～31.70m。

各层土主要物理力学性能指标详见表一。

表一 地基土主要物理力学指标统计表

4振冲碎石桩施工

4.1施工参数及机械选型

本工程采用的施工技术参数为：造孔水压控制在0.4～0.6MPa，造孔电流65～110A，造孔速度1.0～2.0m／min；加密水压控制在0.3～0.5MPa，密实电流≥95A，振密后提升高度0.3～0.5m；填料量1.13～1.24m3／m（桩径 1200mm）；留振时间≥8s；重力触探≥20击。在加密对象、加密孔位布置及施工技术参数确定的条件下，振冲器的性能是决定加密效果的决定因素。结合桩长及地层条件的限制，本工程选用大功率130kW振冲器。

4.2施工工艺及施工顺序

施工工艺流程为：定位、成孔、清孔、填料、振密成桩。施工中为了获得更好的处理效果，本工程制桩施工顺序采用围打（帷幕）法，即先制2排～3排桩，然后依次向中心制桩，可以有效消除③层细砂的液化性。

4.3振冲桩施工质量保证措施

振冲碎石桩属隐蔽工程，外观不易检查，而桩体质量直接决定地基加固的效果，故施工中应制定完善的质量保证措施：

①质检员对进场材料要加强巡查，填料应经过质量检验合格后方可使用，填料的粒径、含泥量及强度等指标应符合国家、行业规范及设计要求。

②测量放线偏差应符合规范要求，桩位标识应明显、牢固，施工中应经常复核，保证其准确度。

③严格按设计要求、施工技术参数及相关规范要求，采用综合指标法控制施工质量。

④进入层②细砂层，每插入2m应提钻检查是否抱管，其余部位每进尺4m应松动一次，施工中随时检查孔口泛浆情况，同时查看砂浆泵运转情况，发现抱管现象，可适当加大水压和上拔力，严禁采用水冲和气冲措施。

⑤造孔后，提锤清孔直至孔口，清孔时拔管速度1.5/min，提出锤头后向孔内分两次投入3m3石料然后振管插至孔地，确保孔底填料的密实度。

⑥在制桩过程中，造孔垂直度偏差应不大于1.5%，注意不能把振冲器接触填料的瞬间电流当作密实电流，上部直径为1.3m的桩体部位应反复振动头，高度为1.0m ，确保上部吹填区桩体的密实度。

⑦施工中对桩体密实度宜采用动力触探试验进行自检，检测时间为成桩后不少于2天，自检数量不少于桩数的2%。

⑧成桩后立即铺碎石垫层500mm厚，利用铲运车向前投料同时碾压垫层，使之密实。随着施工向前推进，已施工部分可作为碎石堆场进行预压；完成一个施工段后再用40吨带振压路机振压，以利于地基土中水的排出并加快土的固结速度使上部载荷均匀分布，使沉降均匀化。

5 地基处理效果分析

5.1复合地基静载荷试验

施工结束后每罐地基抽取了5点进行单桩复合地基承载力试验，试验结果详见图1。复合地基静载荷试验曲线均平缓光滑，在520KPa最大试验荷载下，各检测点复合地基均未达到破坏。根据比例极限法、相对变形法等方法，确定出各检测点复合地基承载力特征值为260KPa，大于设计要求复合地基承载力特征值220KPa，复合地基承载力提高近1.2倍。每组复合地基最大试验加载压力所对应的沉降量相差不大，说明基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。

5.2桩体动力触探试验

施工结束后开挖深坑进行动探试验，探坑深5.0m，可以看出桩径不小于1.20m ，绝大部分碎石桩连通在一起。桩体动力触探试验每罐基础抽取了10根桩，分析碎石桩桩体动力触探曲线和动力触探击数分布散点图可以发现(详见图2-6)，在约4m以上击数大多低于20击；4m以下击数较高，个别桩段稍低于20击，但数量很少，且不连续。总体来讲，碎石桩桩体约4m以上密实度较差，这与此深度范围内的地层主要为未压实的回填土有关，4m以下密实度较好，连续性、均匀性也较好。

图2:T5-14桩图3:T5-198桩图4:T5-283桩 图5:T5-292桩图6:T5-324桩

5.3桩间土标准贯入试验

为对比地基处理前后桩间土液化情况的变化，完工后，每罐基础布置了5个标准贯入点进行试验，试验结果详见图7-11。综合分析桩间土测试结果，与场地勘察资料对比，判定③层土的液化已经消除，碎石桩桩间土标准贯入击数有明显提高，桩间土的性质已有较大的改善。

图7:T5-14桩图8:T5-198桩 图9:T5-283桩 图10:T5-292桩图11:T5-324桩

6 结论

⑴本工程所采用的振冲碎石桩地基处理的方法，充分的发挥了这种桩优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和有效的控制，且大大的降低了工程造价。采用该法处理地基可按复合地基设计与施工，当对某种特殊超常规设计，采用大功率的振冲器施工时，可取得特殊的处理效果。

⑵在深厚的低强度、高压缩性层（如松散砂层、淤泥层、软粘土层等）场区，尤其在沿海地区，采用大直径振冲碎石桩工艺处理地基，具有施工速度快、操作简易、成本低、工期短、软基固结快、沉降稳定所需时间短、不受地下水影响、工程质量易保证等优点，对沉降差异要求严格的工程基础而言，是一种很好的地基快速处理方法。

⑶清除桩顶部松散的桩体以及铺设垫层的厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，对提高复合地基整体承载力和减少沉降变形是非常有利的。

⑷本工程为振冲碎石桩复合地基竣工检测提供了静载荷试验、桩体动力触探试验、桩间土标准贯入试验等可靠的检测手段。

参考文献：

水电水利工程振冲法地基处理技术规范(DL/T 5214―2005)

建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)

地基与基础工程施工技术措施(北京土木建筑学会编)