振冲法处理吹填土浅地基的分析

振冲法处理吹填土浅地基的分析【摘要】振冲法加固地基，具有质量可靠、造价低、进度快、节约钢材和水泥、经济效益显著等特点，目前已广泛应用在工业厂房和民用住宅地基加固。

本文分析了振冲法加固机理，并探讨了振冲法处理吹填土浅地基的技术要点。

【关键词】振冲法；吹填土；加固一、吹填土特点与振冲法加固机理吹填土的性质具有三高一低的特点，即天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透系数小，一般呈软塑到流塑状态。

为了改善吹填土的工程性质，提高吹填土的承载力，有效降低吹填土的含水量是关键，吹填土的物质成分通常较为复杂，在大多数情况下，吹填的物质是粘土和粉土。

以粘性土为主的吹填土，土中含有大量的水分，且排水困难，强度要经过一段时间后才能提高。

吹填土的工程性质与颗粒组成密切相关；含砂量较多的吹填土，其固结情况和力学性质较好；含粘土颗粒较多的吹填土，则多属于强度较低和压缩性较高的欠压密土，其强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差。

下面就针对吹填土浅地基处理方法中的振冲法进行简单的介绍。

振冲法是用振冲成孔器成孔，原孔位土体在成孔过程中被挤压至周围土中去，即从孔中不出土。

孔被钻至设计深度提起成孔器，分层灌入一定级配的碎砖备料，每层均用成孔器振冲密实，这样即形成一个密实而坚硬的碎石（砖）桩。

振冲法加固吹填土浅地基属于物理加固地基的方法。

加固的目的是使碎砖桩和被挤密的土体共同组成复合地基，承受上部结构荷载，并按变形一致的原则，由压缩小的碎砖柱承受大部分上部荷载，桩间土承受一部分荷载，这样就减轻了桩间土的荷载，提高了地基的承载能力，减小了建筑物的变形。

由振冲碎石（砖）桩和被挤密的土体共同组成复合地基，其土体在水平作用下，产生径向位移，使桩周围形成非常密实的挤密区，土反过来对桩起约束作用。

复合地基之所以较天然地基承载力高，主要是桩的变形模量大，应力集中，桩间土由挤密作用承载力也高于天然地基。

二、振冲法施工工艺（一）工艺流程（二）振冲法设计包括处理范围、孔位布置和间距、填料选择。

1.处理范围根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基底面积。

对于一般地基，在基础外缘宜扩大1～2排桩；对可液化地基，在基础外缘应扩大2～4排桩。

2.孔位布置和间距振冲孔通常按等边三角形或正方形或矩形布置。

当为砂性土地基时，振冲孔间距根据砂土颗粒组成、密实要求、振冲器功率而定，一般为1.8～3.5m；当为粘性土地基时，振冲孔间距根据荷载大小、土的抗剪强度而定，一般为1.5～2.5m。

3.填料选择水泥一般采用用矿渣硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥强度等级32.5Mpa石子采用卵石或碎石，粒径5～32mm，含泥量不大于2%；褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等。

最大粒径不宜大于30mm。

按照实际要求选取不同的钢筋级别和直径。

同时还需要Ι级工业磨细粉煤灰和大量的的水。

骨料宜用坚硬卵石或新鲜机碎石，粒径宜为15mm～30mm。

石屑宜用新鲜机碎石，粒径宜为2mm～10mm。

砂宜选用中砂或粗砂。

粉煤灰符合国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596等的规定。

褥垫层材料可为级配砂石碎石、粗砂或者中砂。

级配砂石和碎石的最大粒径不宜大于30mm。

砼坍落度：坍落度控制在160±220毫米之间，以确保桩顶浮浆不过高。

（三）振冲法施工1.挤实工艺粉细砂地基可采用加填料密实工艺，中粗砂地基可采用不加填料挤密工艺。

加填料挤实工艺又分连续填料法和间断填料法两类。

不加填料挤实是利用中粗砂的自行塌陷代替外加填料的方法，此法挤实厚度一次可达数十米，特别适用于挤密人工回填的或冲填的大面积砂层。

2.置换工艺包括桩孔护壁、桩的制作和施工顺序。

（1）桩孔护壁。

桩孔分段造成。

每段长度1～2m。

每段桩孔造成后，将振冲器提出孔口，加入一批填料，再将振冲器放入进行振实，使填料挤入孔壁，以防塌孔。

（2）桩的制作。

振冲器下沉停留在加固深度以上30～50cm处，使用循环水进行清孔1～2min后。

将振冲器提出孔口，往孔内倒入填料，再放入振冲器进行振实。

（3）施工顺序。

一般采用“由里向外”或“一边推向另一边”的方法施工。

抗剪强度很低的粘性土地基可采用间隔跳打方法施工。

（四）施工优势振冲法是振动水冲法的简称，用此技术加固地基有以下5方面优点：1.振动力直接作用于地基深层软弱土的部位，对软弱土施加的振动侧向挤压力大，因而使土密实的效果与其它地基处理方法相比最好；2.对不均匀的天然地基土，在平面和深层范围内，由于地基的振密程度可随地基软硬程度用不同的填料量进行调整，同样可取得相同的密实电流，使加固后成为较为均匀的地基，以满足工程对地基变形的要求；3.施工机具简单，操作方便，施工速度较快，加固质量易控制，目前的施工技术最深可达30m；4.不需钢材和水泥，仅用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂和中砂等当地硬质材料，因而造价较低，与钢筋混凝土桩基相比较，一般可节约投资三分之一；5.在天然软弱地基中，经振冲填以碎石、或卵石等粗骨料，成桩后改变了地基排水条件，可加速地震时超孔隙水压力的消散，有利于地基抗震和防止液化。

三、振冲法处理吹填土浅地基的应用（一）工程概况某港湾15#泊位振冲加固区地基处理工程位需处理面积约3.7万平方米，采用振冲法进行处理。

该场地土层依次如下：回填山石土：浅灰色，松散，主要为强风化土，含土量高，碎石约占50%，粒径2～10cm，厚度1.6m。

淤泥层：灰褐色，饱和，呈流～软塑状，含水量70%～80%，承载力约10～30kPa，厚度4.5m。

粘土层：灰褐色，呈软～可塑状，含少量细砂，厚度2.5m。

粉土层：灰褐色，呈可塑状，含粉细砂、中粗砂、粘土，厚度1.5m。

强风化岩层：灰黄色，较密实，含多量中粗砂。

根据典型施工及检测结果确定了施工参数为：振冲器功率为75kW，造孔电流50～150A，水压0.4～0.6MPa，留振时间10s，加密电流80A，回填料为开山碎石，成桩直径1.2m，间距3m，振冲桩呈正三角形布置。

在振冲碎石桩施工结束后进行强夯法施工。

地基处理技术要求：加固后的复合地基承载力特征值不小于130kPa；使用期内最终沉降量小于30cm。

（二）施工前的准备工作1.现场实验为了选择最优的地基加固处理方法（候选方案：振冲砂桩、振冲碎石桩、振动沉管砂石桩），同时为设计提供合理的技术参数（桩径、桩长、桩距、置换率、加密电流及留振时间等），于2013年10月27日开始施工现场的实验工作，经过近两个月的现场打桩实验并对各项实验方案进行检测比较，得出结论并提出建议。

2.振冲器型号的选定目前国内常用振冲器型号有功率为30kw和75kw两种，根据现场试验提供的参数及本工程桩径、桩距和料场石料的特点，选定75kw振冲器。

3.变压器的准备考虑到75kw振冲器及配套供水每小时15～20m3的水泵及其他设备的用电量，每台振冲机组功率不应小于110kw，电压为380±20v，根据施工组织安排，整个工地同时工作机组有8台75kw振冲机组和3台75kw振动沉管机组。

因此，施工现场共配备4台变压器，分散布置于施工沿线。

（三）施工技术1.振冲定位吊机起吊振冲器对准桩位（误差小于10cm），开启供水泵，水压可用200～600kPa、水量可用200～400/min，待振冲器下口出水后，开动电源，启动振冲器，检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常。

2.振冲成孔启动施工车或吊车的卷扬机下放振冲器，使其以1～2m/min的速度徐徐贯入土中。

造孔的过程应保持振冲器呈悬垂状态，以保证垂直成孔。

注意在振冲器下沉过程中的电流不得超过电机的额定电流值，万一超过，须减速下沉或暂停下沉或向上提升一段距离，借助于高压水松动土层后，电流值下降到额定电流以内时再进行下沉。

在开孔过程中，要记录振冲器各深度的电流值和时间。

电流值的变化能定性地反映出土的强度变化，若孔口不返水，应加大供水量，并记录造孔的电流值、造孔的速度及返水的情况。

3.填料在地基内成孔后，接着要往孔内加填料，即把振冲器提出孔口，往孔内到入约1m高的填料，然后下降振冲器，使填料振实，每次加料都这样。

4.振密桩体加密质量采用加密电流、留振时间、加密段长度作为控制标准。

加密电流值应随振冲器的空振电流值作适当调整。

施工中按以下要求控制：（1）用振冲施工监控仪控制加密电流和留振时间，留振时间控制在10s～15s，加密电流控制在150A～160A。

当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升30cm～50cm，再进行下次加料。

（2）加密自设计孔底高程开始，逐段向上。

振冲器每次上提50cm，逐段做好振密搭接，以防漏振。

（3）振密过程中采用较小的水压和水量，水压控制在0.1Mpa～0.4Mpa，有少量返水即可。

尽量避免将地层重的细颗粒带出。

（4）振密过程中，电流超过振冲器额定电流时，宜暂停或减缓振冲器的贯入度或填料速度。

（5）振密时，每振密1.0m～2.0m应记录电流、水压、时间、填料量等。

5.振冲施工监控加密施工过程中的加密电流、留振时间均由振冲施工监控仪进行控制。

施工前将各标准值输入振冲施工监控仪，当施工参数达到设计要求后，振冲施工监控仪将以响铃的方式给予警示。

在本工程中，强夯属于辅助工序，施工较为简单，不再此赘述。

（四）问题处理在此次施工中，由于地层的特殊性，经常出现一些施工问题，现将其处理方法列示如下：1.缩径或断桩桩体局部产生回缩或遇土层扩孔不足，而使桩孔直径变小，导致填料困难，甚至产生桩体断桩现象。

产生原因：一是在软土地基中成孔后，桩孔壁容易回缩或坍塌，堵赛孔道，使填料下落发生困难。

二是振冲器穿过硬土层后，忽视必要的扩孔工序。

防治处理方法：在软土地基中施工时，经常上下提升振冲器进行清孔，或在进入软弱土层时。

在孔中加入填料，使挤入孔壁起护壁作用，然后再继续按常规向下进行振冲直至要求深度；遇硬土层时，应将振冲器在硬土层区段上下提升，并适当加大水压进行扩孔。

2.加固效果差粘性土地基经振冲后，通过载荷试验检验，符合地基的承载力与变形模量均未能达到设计要求。

产生原因：软土地基振冲施工时，未能适当控制水压、电流，导致填料量不足或桩体密实度欠佳。

防治处理方法：对软土地基，应视软硬情况调节水压，造孔时水压应适当大些，填料时，应适当降低；当振冲器沉至加固深度以上30～50cm时，应将振冲器以5～6m/min的速度提升至孔口，再以同样速度下沉至原来深度；填料时，可以分几次或连续填料，视土质情况而定，填料量应不少于一根桩的体积容量，以确保达到设计要求的置换率；在软土地基中，其密实电流量一般应超过振冲器空转电流15～20A，每次振实时，均应留振片刻，观察电流的稳定情况。

（五）试验检验采用标准贯入试验与单桩复合地基静载荷试验法检测处理后复合地基承载力是否满足设计要求。