振冲挤密法在深层回填砂地基处理中的改进应用研究

摘 要：本文通过回填砂振冲密实项目施工实践，以改进后的振冲设备及工艺，使得振冲挤密法的新工艺在深层回填砂中得了更为有效的应用，为今后同类工程的设计与施工提供参考。

关键词：振冲设备 改进 深层砂层 改进应用

我国开始应用振冲法用于砂土密实处理已近40年，特别是近十年来大投入的沿海填海建设，为振冲设备及工艺的提升注入更大的推力，对于一些需要快速形成地基基础的关键性砂质工程，利用振冲挤密处理浅层回填松散砂土地基已十分常见，但随着工程的建设要求越来越高，需要处理的回填砂厚度越来越厚，特别是需要进行水下基槽开挖换填中粗砂的地基项目，现有的振冲设备在实际施工中存在下沉难、上拔难、甚至死机烧坏设备的技术问题，同时由于振冲是移动式，在常规的人工喂砂过程存在电缆用电安全问题。本文结合某机场跑道回填砂工程利用振冲法处理的施工实践，通过改进的振冲设备及工艺完成深层回填砂的密实处理，为今后同类施工项目的振冲施工控制起到借鉴作用，使得这一简易高效处理砂土地基的技术方法在类似领域中得到更广泛的应用。

1.工程概况

某机场跑道工程需要振冲的主跑道区面积约277632m2，按2.5m×2.5m的间距，梅花型布置，振冲深度最深达到1 6 m，最浅也有12m，砂层底部均为基槽开挖后的粘性土质，振冲前的砂面标高均为+2 . 0 m。振冲设计要求：按标贯（N63.5）击数控制，要求标贯击数不小于15（N63.5≥15）击。

2.振冲设备及其配套

采用ZCQ75C型潜水振冲器，设备配备如表1。

3.原振冲设备在深层砂振冲过程容易出现的施工技术问题

（1）振冲器下沉难、上拔难，甚至抱死卡机问题。

深层基槽开挖及吹填砂工程一般处于沿海区域，常规成熟应用的振冲法是适合浅层振冲密实的。而较深层方面，在开始进行振冲试验时（按照规范规定，振冲器本身水泵出口水压应为400～600KPa），为保护设备，开始出水口水压增至最大800Kpa，在振冲试验时，当振冲器下沉到2～3m密实电流超过了额定电流，而穿过3m时恢复正常，此现象一直存在，在深度达到10m时，沉管不再下沉，而此时离设计深度还差6米，如继续加振的密实电流都超过了额定电流，烧坏机械设备，使得振冲器被“抱死”在砂土内的现象，导致施工被迫停止，这时常规振冲设备是不适合深层振冲的。

导致下沉难的主要原因：一是受到潮汐的水位影响，当潮位低时，位于潮面以上的砂层因含水量不足而在3m左右位置难实现下沉，靠原振冲器喷水端的水压不能令砂完全液化，导致下沉困难；二是在超过10m深度后，深层砂本身的土压力和水压力，完全抵抗了振冲设备下沉的重力、振动时产生振动力及振冲器本身的喷水压力，并且振冲器的出水方向只有在设备最下端才有出水口，在振冲器下沉过程中振冲孔本身四周砂坍塌及喂砂使得孔洞被砂填充，使得振冲器的下沉重力克服不了砂土的摩擦力，导致下沉困难，加剧“抱死”现象。

导致上拔难的主要原因：一是在振冲器下沉过程中对于上层砂已有一定的密实作用，在上拔过程的提力克服不了上部土压力及振冲器本身的摩擦力；二是留振时间过长，使得振冲器周围的砂质过密，“抱死”振设器。

（2）振冲器过程中电缆影响施工人员安全问题。

由于振冲施工需要用到380V的电压，且在施工过程中振冲器不断移动，无法对通电电缆进行架空，所以传统施工工艺的施工人员在进行补设振冲点、人工喂砂、移动处于砂土积水中电缆等行为，均有触电的危险，有极大安全隐患。

4.振冲设备及工艺的改进4.1振冲设备的改进

为解决一般振冲法存在设备容易被抱死的缺陷，笔者对原有设备进行了创新式的改进，如下：①在振冲器吊管上焊接两条扁状钢管作为通水管，钢管紧贴吊管；经多次试验，钢管截面面积宜为8～15平方厘米（视振冲深度及水压进行调整，振冲深度越深，截面积及通水器越大）；②两条通水钢管对称于钢管（见图1），经探究，两条钢水管即能满足施工的需要，且对称布置；抽水泵的设备增至1200Kpa，对于原振冲器内的水压及增加通水钢管的水压分配问题按6：4分配较为合理。

4.2振冲设备的改进的原理

如图3所示，在吊管增加的两条钢水管（图3⑤），从实际上增加了振冲器的水压和水量（图3⑥），在下沉和上拔过程中，通过增加振冲器周围砂的含水量，并且在水压的冲刷下使得振冲器周围的砂不至于密实，使得砂不产生过大的土压力和摩擦力，从而减少了振冲器周围砂土对其产生的束缚力，防止振冲器被“抱死”在砂土中；而对于受潮位影响表层含水量不足的砂层，如增加钢水管仍存在下沉难的情况，则可另外增加一条充水设备，采用人工充水的方式解决，如图4所示人工充水。

4.2.1水压的确定

在沉管的两侧喷水口使其整体水压达到1200 Kpa，振冲器下沉的密实电流在70～120A之间，向上提升的密实电流在50～140A之间，在额定电流的范围内，较好地满足了现场砂质的实际需要。

4.2.2振冲器下沉速度的确定

规范要求振冲器下沉速度控制在1～2m/ min，实际试验过程中控制在2 ～4m/min，如果执行规范要求，在超过10米时振管经常被夹死停机，烧坏电机（其原因是砂层过厚，水土压力过大），若振冲器下沉过快，砂料离散现象严重，不利于砂体的密实。

4.2.3密实电流和留振时间的确定

振冲器的留振时间根据密实电流确定，本工程的参数如下：试验过程中的下沉电流如下：0～2m为70A、2～12m为120A、12～14m为80A，按照规范规定可看出下沉时的电流已达到密实电流；在提升过程中的电流：14～12m为60A、12～2m为100A、2～0m为50A，为了保证砂的密实，在每提升50cm进行留振时根据提升时的电流的基础上加大30A以保证塌陷砂层达到密实效果。因而在整个施工过程中的留振时间按照如下进行：14m～12m为60s、12m～2m为15s、2m～0m为60s。

4.2.4喂料及砂面下降深度确定

振冲砂喂料采用小型60挖掘机就近取砂喂料，改变传统工艺中的人工喂砂，增加用电安全系数，取砂的同时保证桩位周围的砂料保持稍高于已经振冲处的砂料标高，如图4所示挖掘机喂砂。从本工程的实验施工可得出，振深厚度为16m的砂面下降在0.8～1.2m之间，振深厚度为10m（K2+257～K2+307）的位置下降在0.6～0.8m之间。

5.振冲效果检验

振冲的效果要靠标准贯入度进行检验，设计标准是实测击数达到要求，平均贯入深度均为0.3m，不需要进行击数修正。

在两处具有代表性的试验区振冲施工完成后，4个桩位的标贯试验检测数据显示，标准贯入度均大于设计要求的15击，在试验过程中采取的振冲施工工艺完全可行。经过试验区的典型施工，技术手段和控制措施已能满足跑道吹填砂振冲密实度的技术要求，并用此设备及工艺控制整个跑道区的振冲施工，在整个区域的检验结果表明完全达到要求。

6.结束语

总之，通过某跑道扩建工程利用改进的振冲设备对深层砂进行振冲密实处理的工程实例，我们可以知道，经过改进的振冲设备完全适合用于深层回填砂体的密实处理，试验结果也表明使用该处理方法之后地基的承载力都能符合设计要求。通过工程的成功案例，笔者在2013年的港珠澳大桥的某人工岛的同类工程施工中，再次采取此机械设备，成功处理了最深近20米厚度的回填砂密实施工，同样通过标准贯入度的工程检测亦完全达到规范及设计要求，并且在施工进度方面从前一工程1000m2/台/天提高至1500m2/台/天，再次加快了施工进度。可见，简易改进振冲配套设备，完善机械化施工的工艺流程，使得振冲工艺更安全，而且改进费用低、施工便捷、易于操作，取得了一定的经济效益和社会效益，可将其作为具有类似地质特点更深层次的砂体地基处理模式，大面积推广使用。