振冲置换地基处理技术在港口工程中的应用

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【摘要】本文首先阐述了振冲碎石桩的概述，然后探讨了振冲碎石桩的原理和作用，最后通过实例对振冲置换地基处理技术在港口工程中的应用进行了分析。

【关键词】振冲；地基处理；港口工程

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

科技的不断发展使得振冲置换地基处理技术被广泛的应用在港口工程中。该技术对港口工程的发展起着非常重要的作用。在新时期下，我们要加大对振冲置换地基处理技术在港口工程应用中的思考与探索，确保港口工程的顺利进行。

二、振冲碎石桩的概述

我国渔港建设位置的工程地质为松、软土地基的情况较多，这种地基物理力学强度低、压缩性大、抗震性差，采用这种地基作为水工建筑物的基础时，必须对其进行加固处理，才能确保建筑物的安全性和稳定性。近年来，地基处理技术得到了长足的发展，出现了如塑料排水板的预压法、强夯法、振冲法、置换法、水泥深层搅拌法等有效的地基处理方法，并形成了复合地基的新概念。但是由于渔港建设的特殊性，如投资少、机具设备欠缺和施工条件限制等原因，可用于渔港工程地基处理的方法较少，如在处理厚度较大的软基时，“挖泥抛石”或“抛石挤淤、自然沉降”等方法往往由于工期长、耗资大、质量难以保证等问题而不被选用。目前，对于厚度较大的软基处理，仅爆炸挤淤技术在渔港工程防波堤工程地基处理中有一定的应用，鲜有其他方法在渔港口呈的地基处理中出现。因此，有必要寻找新的适合于渔港工程的地基处理方法，以满足不同设计条件下的渔港工程。

振冲碎石桩作为一种软基处理方法，用于加固港口、道路、建筑等软粘土、松砂地基。自1977年引进我国以来，因设备简单、施工方便，经济快捷等优点，在我国得到了广泛应用，并取得良好效果。

三、振冲碎石桩的原理和作用

振冲碎石桩是采用振动工艺施工的一种快速，经济有效的加固地基的方法 。其原理主要是通过振动、冲击或水冲等方式在松软土地基中成孔后，再将碎石挤压人土孔中，重复填料和振密后形成大直径由碎石构成的密实桩体。此时，建筑物及其承担的荷载即由地基中的碎石桩和振密(或挤密)了的土体共同承担，从而提高软土地基的整体稳定性和承载力，减少地基沉降，防止沙土振动液化。振动碎石桩适用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等地基，也可用于处理可液化地基。

四、实例分析

1、工程概况

天津某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，¼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1130m，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。

2、振冲碎石桩施工

（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-1;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-1(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。

（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2～3排桩，然后依次向中心制桩，可以有效消除③层的细砂液化。

（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115m•min-1，提出锤头后向孔内分两次投入3m3石料然后振管插至孔底，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工带振压路机振压，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。

3、地基处理效果分析

（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。

图1单桩复合地基静载试验

（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(图2)，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。

（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3。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2桩体动力触探试验曲线

图3桩间土标准贯入试验曲线

4、结论

(1)本工程所采用的振冲碎石桩地基处理方法，充分发挥了这种桩的优点，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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

五、几点建议

1、桩径确定。振冲碎石桩靠振冲器的水平振挤力将碎石挤向桩间土中，由于不同深度的地质条件不同，在垂直剖面上，同一密实电流在不同深度上形成的桩径大小不等，这样经过处理后的复合地基，在水平和垂直方向上强度变得均匀。因此，不能人为将桩径限定在某一固定值，而是在保证最小填料量及桩体密实度的前提下控制单根桩的平均桩径不小于设计值。

2、桩长的确定。由于地质条件的复杂性，单凭工程地质勘察钻孔资料来确定一个固定的桩长是不合理的，而应根据施工时的具体情况合理地确定一个桩长范围，才能达到最好的经济效益和处理效果。笔者认为，当相对硬层埋深不大(一般不超过12m，除有抗剪要求外)，碎石桩桩长以能达到一定厚度的硬层为准；但对于具有深厚层软土地基，如软土层厚度超过15m，在确定桩长时，不宜让桩长穿透整个软土层。

3、碎石垫层。碎石垫层作为复合地基与基础的过渡层，应视为复合地基不可分割的一部分。振冲碎石桩在施工的同时铺设碎石垫层已是普遍做法，既方便施工，又能通过碎石垫层的调整补偿和扩散效应均匀地将上部荷载分布到桩周土上，使桩与桩周土协同受力。同时，通过桩体的排水作用，加速了桩周土的排水固结，能有效地提高复合地基承载力。较为理想的碎石垫层厚度应为0．30～0．50m。垫层厚度过大，对承载力的增长无明显帮助，反而会造成较大的经济浪费；垫层厚度过小，则不能充分发挥出垫层的作用，对于保证承载的要求也是不利的。

4、由于振冲碎石桩施工也具有用水量大、场地受泥浆污染严重的缺点，因此今后应在节水和环境保护上下一些功夫进行研究。

六、结束语

通过对振冲置换地基处理技术在港口工程中的应用问题分析，进一步明确了振冲置换地基处理技术在港口工程中的重要性。因此，我们要加强该技术的研究，促进港口工程的发展。

参考文献

[1]李贵成，宋华伟，陈树营．振冲法在地基处理中的应用[J].港工技术，2010(4)：44-45．

[2]山东省石岛中心渔港码头工程地质勘察报告[R].青岛海洋地质工程勘察院，2004．