曾 煒，王東志，李 冕,2，廖文龍，肖 翀，袁 航,2

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430014；2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430014）

引 言

深中通道東起機(jī)荷高速，跨越珠江口，西至中山馬鞍島，全場24.03 km，跨海段長22.39 km，是集“橋、島、隧、地下互通”為一體的系統(tǒng)集群工程。其中伶仃洋大橋東錨碇基礎(chǔ)采用八字形地連墻基礎(chǔ)，地連墻直徑2 65 m，厚1.5 m，采用鎖口鋼管（板）樁圍堰，合攏后回填砂形成干施工環(huán)境的筑島施工工藝，圍堰直徑150 m，圍堰位置處河床高程-5.15 m，底部為厚淤泥層，清淤2 m，回填砂頂高程 3.5 m，回填高度 10.65 m，吹填面積約17 663 m2，筑島示意見圖1。

圖1 伶仃洋大橋東錨碇筑島立面示意

回填砂多為中砂，固結(jié)度、密實(shí)度及承載力均較低，為保證后續(xù)施工的安全推進(jìn)，減小回填砂沉降的影響，還需在回填完畢后對地基進(jìn)行加固處理。無填料振沖法是在振沖中不加填料，利用振沖器的水平高頻振動以及水流的沖切作用，產(chǎn)生超孔隙水壓力，降低砂土的抗剪強(qiáng)度，使其液化后進(jìn)行顆粒的重新排列，減小孔隙比，從而達(dá)到加固和密實(shí)的效果。

本文結(jié)合伶仃洋大橋東錨碇筑島圍堰這一工程實(shí)例，對無填料振沖法處理大面積寬闊海域吹填砂地基進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究，包括靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)和平板載荷試驗(yàn)，得到的結(jié)論驗(yàn)證了其施工可行性，并為今后類似地基的處理提供依據(jù)。

2 振沖方案

2.1 回填砂參數(shù)

首先對回填砂進(jìn)行顆粒級配試驗(yàn)，按照《建筑用砂》規(guī)范要求，分別采用篩孔直徑 4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm的方孔篩進(jìn)行篩分，具體過篩率如表1所示，細(xì)度模數(shù)的計(jì)算公式如下：

表1 顆粒級配

其中 Ai為篩余百分比，計(jì)算得到細(xì)度模數(shù)2.7，在3.0～2.3之間，為中砂。

2.2 施工準(zhǔn)備

1）總體布置

振沖點(diǎn)成等邊三角形布置，輻射范圍2～3 m，間距2.5 m，全斷面施工，錨碇圍堰內(nèi)共計(jì)2 100個(gè)點(diǎn)，靜力觸探孔和標(biāo)貫試驗(yàn)孔各6個(gè)，且在靠中山側(cè)布置了振沖試打區(qū)域，布置型式如圖2。

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)總體布置

2）振沖試打

為檢驗(yàn)無填料振沖法加固吹填砂地基的效果，在大面積施工時(shí)應(yīng)該對圍堰內(nèi)小片區(qū)域進(jìn)行振沖試打，并對振沖點(diǎn)間距分別為2.5 m、3 m時(shí)的振沖效果進(jìn)行對比，確定圍堰內(nèi)振沖點(diǎn)的最終間距。所選振沖器型號為BJV-75kW-426，額定功率75 kW，密實(shí)電流90 A，轉(zhuǎn)速1 450 r/min，振幅16 mm，振動形式為雙點(diǎn)脅迫式振動。

振沖效果的評定標(biāo)準(zhǔn)采用取地面以下2 m的標(biāo)準(zhǔn)貫入度>15擊即為合格，標(biāo)貫數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知，2.5 m間距比3 m間距的振沖效果要好1.1倍，且30 cm進(jìn)尺所需擊數(shù)均大于規(guī)范要求的 15擊（中密），因此將振沖點(diǎn)間距選擇為2.5 m是可行的。

表2 振沖試打區(qū)標(biāo)貫結(jié)果 /擊

2.3 施工流程

場地平整后將振沖器對準(zhǔn)加固點(diǎn)。打開水源和電源，檢查水壓、水量、電壓、密實(shí)電流和振沖器的空載電流是否滿足典型施工確定的振沖參數(shù)。

啟動吊機(jī)，為避免造成孔中塌砂將振沖器抱住，下沉速度宜快，下沉速度控制在1～2 m/min，并觀察振沖器電流變化，電流最大值不得超過振沖器的額定電流148 A，當(dāng)超過額定電流值時(shí)，必須減慢振沖器下沉的速度直至停止下沉。

當(dāng)振沖器下沉到設(shè)計(jì)加固深度時(shí)，將射水量減至最小，并在這一深度上留振12～18 s，速度提升振沖器。電流趨于穩(wěn)定，直至超過規(guī)定密實(shí)電流。

隨后以 1.5 m/min速度提升振沖器。每提升0.5 m就留振12～18 s，并觀察振沖器電流變化。

關(guān)機(jī)、關(guān)水和移機(jī)定位，在另一個(gè)加固點(diǎn)上施工。具體施工流程見圖3。

圖3 總體施工流程

3 振沖效果檢測

為檢驗(yàn)無填料振沖法加固寬闊海域大面積吹填砂地基的效果，在振沖結(jié)束前后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)（SPT）、靜力觸探試驗(yàn)（CPT）、平板載荷試驗(yàn)。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

對不加填料的振沖擠密處理的砂土地基，檢驗(yàn)可以采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法，取振沖點(diǎn)中心處進(jìn)行試驗(yàn)。振沖前后沿深度方向標(biāo)貫值見圖4，平均標(biāo)準(zhǔn)貫入度檢測值見表3。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)貫入度-深度曲線

表3 振沖前后平均標(biāo)準(zhǔn)貫入度

在錨碇圍堰內(nèi)共計(jì)進(jìn)行了6組標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，由表3數(shù)據(jù)可知，無填料振沖對吹填砂地基的加固處理效果還是比較明顯，振沖后最小平均標(biāo)貫擊數(shù)為19擊，振沖前后平均提高倍數(shù)為2.1倍。

3.2 平板載荷試驗(yàn)

圖5 p-s曲線

平板載荷試驗(yàn)參考《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2001）附錄C中的相關(guān)規(guī)定，根據(jù)相關(guān)資料試驗(yàn)加載至450 kPa，分15級加載，每級加載 30 kPa，每次加載后的沉降觀測頻率為 1 h內(nèi)10 min一次，1 h后30 min一次，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際數(shù)據(jù)繪制p-s曲線如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)加載至240 kPa時(shí)，觀測的沉降值為 11.5 mm，此時(shí)的 s/b=0.0144，介于0.01～0.015之間，滿足平板載荷試驗(yàn)的要求，因此振沖后的吹填砂最大地基承載約為fa=240 kPa。

3.3 靜力觸探試驗(yàn)

為監(jiān)測振沖后吹填砂的抗液化性能和承載力提高情況，如圖2布置所示，共進(jìn)行了5組靜力觸探試驗(yàn)（CPT）。靜力觸探車為南光地質(zhì)WYCL-25，靜力觸探儀為Geomil GME-500。

1）錐尖阻力

繪制CPT3-2振沖前后的錐尖阻力試驗(yàn)值對比曲線如圖6所示，各孔位的錐尖阻力值如表4所示。

圖6 振沖前后錐尖阻力對比曲線

表4 各孔位振沖前后錐尖阻力值 /MPa

由圖6和表4可知，振沖過后上部8 m左右的吹填砂層的錐尖阻力值有了明顯的提高，各孔位標(biāo)準(zhǔn)值的平均值由2.56 MPa提高至3.88 MPa，地基承載力也得到了相應(yīng)的提高。

2）側(cè)摩阻力

繪制CPT3-2振沖前后的側(cè)摩阻力試驗(yàn)值對比曲線如圖7所示。

圖7 振沖前后側(cè)摩阻力對比曲線

可以看出側(cè)摩阻力在振沖過后，隨著吹填砂密實(shí)度的增加也有了一定程度的提高，最大側(cè)摩阻力值達(dá)到了65.9 kPa。

3.4 試驗(yàn)對比

結(jié)合《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340-2015）中的相關(guān)介紹，取振沖后的標(biāo)準(zhǔn)貫入度N=21擊，對于回填砂基礎(chǔ)換算地基承載力為259 kPa。

對于靜力觸探值的換算公式為 fak=40ps+70，ps=1.1qc，根據(jù)現(xiàn)場靜力觸探的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到振沖前錐尖阻力標(biāo)準(zhǔn)值qc=2.6 MPa，得到fak=184 kPa。振沖后錐尖阻力標(biāo)準(zhǔn)值 qc=3.9 MPa，地基承載力fak=242 kPa，提高1.32倍。

表5 承載力計(jì)算對比

由表5可知，靜力觸探試驗(yàn)（242 kPa）、平板載荷試驗(yàn)（259 kPa）、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（240 kPa）的換算地基承載力差距較小。

4 結(jié) 論

結(jié)合深中通道伶仃洋大橋東錨碇筑島施工，對寬闊海域大面積吹填砂地基采用無填料振沖法進(jìn)行加固，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，得出了以下結(jié)論：

1）進(jìn)行大面積無填料振沖施工加固吹填砂地基之前，進(jìn)行振沖試打試驗(yàn)，對比了振沖間距2.5 m和3 m時(shí)的加固效果，提升效果為1.1倍。

2）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、平板載荷試驗(yàn)，對比了振沖前后的吹填砂地基承載力提高約1.32倍，得出來采用無填料振沖法加固大面積吹填砂地基能得到很好的加固效果。

3）詳細(xì)介紹了在筑島圍堰內(nèi)對大面積吹填砂地基進(jìn)行加固的施工方法和施工流程，其中的施工參數(shù)和施工思路為以后類似地質(zhì)的工程提供了參考。