振冲法基础处理

辽河是我国七大江河之一，辽河流域是辽宁省的主要产粮区和商品粮基地，同时也是重要的能源和石油化工基地。20世纪80年代以来，对辽河干流曾进行过全面综合整治，但随着社会经济的发展，防洪标准仍然偏低。为配合既将兴建的二期石佛寺水库工程，省里拟兴建辽河干流防洪应急工程。该工程南起沈阳新城子区石佛寺乡达连屯，北至铁岭新台子镇黄河子村，位于辽河左岸，堤坝长18.34ｋｍ。

一、问题的提出

本工程天然地基以饱和砂土为主，坝基中粉砂、细砂和中砂的颗粒级配均匀（不均匀系数2.0～4.0左右），粒径较细（平均粒径0.12～0.30ｍｍ），属易液化土类，而且三种砂在天然状态下极为松散（一般相对密度在0.3左右），极易液化。

通过对坝基中粉砂、细砂及中砂代表性土样在天然状态下的动力试验和天然坝基、筑坝后坝基的静、动力计算分析，并采用单元液化判别法进行地基砂土的液化可能性判定，得出如下结论：在未建坝的自然状况下，粉细砂及中砂分别为严重液化状态和轻度液化状态；建坝后，由于坝体对坝基的上覆压力作用，坝脚处初始剪应力比会有所增加，但若以７度地震条件判别坝基范围内埋深10ｍ以内粉土及砂土，在近震及远震条件下仍存在不同程度的液化。因此，必须进行基础抗液化加固处理。

二、振冲法基础处理的设计

本工程的主体为均质坝，结合二期即将修建的石佛寺水库工程，按二等二级标准设计，为满足渗透稳定和防止砂质坝基液化的要求，在坝体褥垫式排水体下设振冲碎石桩。桩型按布置位置不同分Ａ形桩和Ｂ形桩。于垂直于坝轴线的横断面上有两种基础处理方式：标准断面（Ｉ）适用于中粗砂基础；标准断面（ＩＩ）适用于粉砂基础（如图1、图2所示）。

三、振冲法基础处理的施工

1．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），辽宁省水利水电勘测设计院华燕公司于1999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。

2．施工工艺

（1）制桩顺序及填料方式。针对本工程战线长、任务量大、工期短的特点，采用排打法制桩、连续填料的施工方式。

（2）制桩工艺。先由吊车将振冲器悬垂对准桩位，缓慢下放振冲器，开始造孔，待造孔达设计深度后，进入清孔阶段，即反复提升、下放振冲器直至孔身平顺并达到要求孔径，最后是制桩阶段，即向孔内回填碎石料，自下而上逐段成桩直至孔口。

3．施工中的质量控制

（1）石料的质量控制。一是所有碎石料应质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好。二是碎石料含泥量≯5％，5ｍｍ以下颗粒含量≯25％，100～150ｍｍ块径含量≯15％，最大块径≯150ｍｍ。三是为确保料场供料质量，每1000ｍ3石料要做一次上述各项指标的抽样检测，并及时将试验报告上报监理中心。

（2）造孔时的质量控制。一是振冲器对准桩位，偏差应小于10ｃｍ。二是造孔时各项技术参数应符合：造孔水压0.4～0.6ＭＰａ，水量15～20ｍ3/ｓ，造孔电流55Ａ～150Ａ，造孔速度1.5～2.0ｍ/ｓ。三是造孔深度与设计桩底标高允许偏差±20ｃｍ。四是造孔后返出泥浆过稠时，应进行清孔，直到返出泥水较清为止。

（3）制桩过程的质量控制。一是制桩加密段长度≯50ｃｍ，填料量应满足0.9～1.1ｍ3要求。二是加密电流80～90Ａ 留振时间10ｓ，此两项指标应用仪表自动控制。三是加密桩体应从孔底开始，自下而上逐段进行，中间不得漏振。四是加密制桩时的水压控制在0.3～0.4ＭＰａ。

4．检测

为尽早了解地基加固效果，并为最终单元工程的质量评定提供依据，本工程特委托中国冶金建设集团沈阳勘测研究总院进行质量跟踪检测。按照规范要求，检测试验应在振冲桩制作结束后，待桩体及桩间土超孔隙水压力基本消散后进行。本工程检测时间定为制桩完毕15天以后进行。

（1）检测方法。振冲碎石桩的检测采用重型（２）动力触探方法，每单元检测数量为本单元总数的2％，且不少于3根；桩间土的检测采用标准贯入法和原状土样的相对紧密度试验法，检测点位数取单元桩体总数的3％，且不少于4点。

（2）检测标准。桩体检测：0～2ｍ深桩体按设计要求相对紧密度应达到0.55，对应动触锤击数≥６击；2ｍ以下桩体相对紧密度达到0.7，对应动触锤击数应≥7击。桩间土：地面以下2～3ｍ范围内为黏性土，不存在相对紧密度要求和液化问题。3ｍ及以下相对紧密度应达到0.7，标贯锤击数在3ｍ、4ｍ、5ｍ点位≥8.4击，6ｍ点位≥9击，7ｍ点位≥9.6击，8ｍ点位≥10.2击。

单桩桩体和桩间土点位要求合格率达到80％，单元工程质量等级以桩体和桩间土检测合格率达到85％为合格，达到95％为优良。

（3）检测结果。单元工程质量达到优良等级的占单元总数的81.3％，达到合格标准的占单元总数的100％。地基处理后的相对紧密度满足地震７°设防抗液化的要求，达到了设计所预期的效果。

5．结论

采用振冲法对地基进行抗液化处理如本工程这样，范围之广、工程量之大在国内是少见的。通过3个月的施工及检测结果证明：振冲处理是正确和合理的，振冲处理对于黏性土或淤泥质土表层与其下粉细砂、中砂、粗砂相结合的地质构造是适应的，对粉细砂基础进行抗液化处理，采用振冲法可以认为是首先的最优方案。