振沖密實(shí)法處理吹填砂地基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

吳民暉 劉海旺

（1、民航機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100011 2、福建兆翔機(jī)場(chǎng)建設(shè)有限公司，福建 廈門 361000 3、機(jī)場(chǎng)工程安全與長(zhǎng)期性能交通運(yùn)輸行業(yè)野外科學(xué)觀測(cè)研究基地，北京 100011）

振沖法是20 世紀(jì)30 年代由德國(guó)的謝·施托伊曼（S·STUERMAN）首先提出的。我國(guó)于1976 年開始研究振沖法，由于該法具有工藝簡(jiǎn)單、施工便捷、工期短、經(jīng)濟(jì)實(shí)用和效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)各地得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。我國(guó)相關(guān)學(xué)者和專家對(duì)振沖技術(shù)進(jìn)行大量的研究。例如：何開勝[3]等通過對(duì)長(zhǎng)江下游新吹填松散粉細(xì)砂振沖密實(shí)試驗(yàn)，分析總結(jié)適用于吹填粉細(xì)砂的振沖密實(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝和質(zhì)量控制方法。周健[4-6]等針對(duì)無填料振沖法加固飽和疏松粉細(xì)砂地基的有效性和工藝參數(shù)，總結(jié)振沖密實(shí)粉細(xì)砂施工工藝發(fā)展及存在的問題。蘇榮臻[7]以上海某工程研究了不同功率振沖器、兩種施工工藝、振沖參數(shù)等對(duì)于粉細(xì)砂地基振沖經(jīng)驗(yàn)。葉觀寶[8]等通過現(xiàn)場(chǎng)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)得出振沖液化時(shí)間與留振時(shí)間的關(guān)系，留振時(shí)間與深度和土性有關(guān)。

目前通常將振沖法分為振沖置換和振沖密實(shí)兩個(gè)類型。振沖置換為加入石塊、碎石等散體材料形成樁體以置換一部分地基土，從而提高地基承載力；振沖密實(shí)法為依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使地基土液化，孔隙減少，從而提高地基承載力。一般來說振沖置換適用于粉細(xì)砂或黏性土等細(xì)顆粒的地基，振沖密實(shí)適用于粗砂或者中砂地基?？紤]振沖加固效果與顆粒組成密切相關(guān)，關(guān)于振沖密實(shí)施工參數(shù)和適用性也要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。因此，本研究通過在某吹填海砂場(chǎng)地開展不同分區(qū)（不同樁體間距、方式和振沖器型號(hào)）的振沖密實(shí)加固試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)大面積施工后檢測(cè)，加固效果滿足設(shè)計(jì)要求。

1 工程概況

試驗(yàn)區(qū)地基概況：

試驗(yàn)區(qū)位于東南沿海某陸域形成吹填場(chǎng)地，毗鄰東海，場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度，場(chǎng)地基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期值Tg 為0.45s，基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.15g，所屬設(shè)計(jì)地震分組為第三組。

陸域形成吹填料為灰黃～灰白色中粗砂，中細(xì)～中粗粒砂狀結(jié)構(gòu)，成分以石英為主，含量一般為85%～90%，含泥量一般＜10%，其他為云母及貝殼。吹填海砂厚度11m～12m，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，主要物理力學(xué)性質(zhì)如表1 所示。

表1 海砂主要物理力學(xué)性質(zhì)匯總表

2 振沖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

振沖現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)根據(jù)樁體間距、布點(diǎn)方式和振沖器型號(hào)分為6 個(gè)試驗(yàn)區(qū)，振沖試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。振沖處理完成后應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地平整、然后進(jìn)行滿夯（強(qiáng)夯能級(jí)為1000kN kN·m）補(bǔ)強(qiáng)處理。

表2 振沖試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 振沖加固效果

不同振沖試驗(yàn)區(qū)施工過程中進(jìn)行高程測(cè)量，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、波速試驗(yàn)和平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，成果如下：

3.1 振沖處理沉降量

由于振沖施工速度較快，且施工過程中振沖點(diǎn)周圍土體呈半流態(tài)，實(shí)施沉降過程監(jiān)測(cè)難度較大，通常情況下采用施工前后對(duì)照的方式進(jìn)行土體沉降觀測(cè)。振沖施工過程中沉降量測(cè)量結(jié)果如表3 所示。

表3 振沖處理試驗(yàn)區(qū)沉降匯總表

3.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

分別在振沖前后對(duì)不同試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)，典型試驗(yàn)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)曲線見圖1（鑒于篇幅限制，以振沖3 區(qū)為例表示）。

圖1 振沖處理前后標(biāo)貫試驗(yàn)對(duì)比（樁體間距為2.5m、雙擊共振）

振沖處理前后的標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果表明: 不同振沖試驗(yàn)區(qū)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，振沖后吹填砂全深度標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值大幅度提高。振沖1 區(qū)～振沖6 區(qū)，振沖處理前全深度標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值介于17.44 擊～19.75 擊，分別為18 擊、19.75 擊、17.44 擊、18.61 擊、17.5 擊和18.94擊；振沖處理前全深度標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值介于26.61 擊～38.36 擊，分別為30.22 擊、27.78 擊、38.36 擊、26.61 擊、30.06 擊和32.94 擊；振沖處理前后全深度標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值增加幅度介于40%～119 %，分別為67%、40%、119%、42%、71%和73 %。根據(jù)振沖處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)，振沖3 區(qū)（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），可以達(dá)到最好的處理效果。

3.3 重型動(dòng)力觸探結(jié)果

分別在振沖前后對(duì)不同試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了重型動(dòng)力觸探檢測(cè)，典型試驗(yàn)區(qū)重型動(dòng)力觸探擊數(shù)曲線見圖2（鑒于篇幅限制，以振沖3 區(qū)為例表示）。

圖2 振沖處理前后重探檢測(cè)對(duì)比（樁體間距為2.5m、雙擊共振）

振沖處理前后的重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果表明: 不同振沖試驗(yàn)區(qū)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，振沖后吹填砂全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量值大幅度提高。振沖1 區(qū)～振沖6 區(qū)，振沖處理前全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量值介于6.63 擊～8.7 擊，分別為7.19 擊、8.7 擊、6.63 擊、7.44擊、7.91 擊和7.47 擊；振沖處理前全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量值介于15.12 擊～18.2 擊，分別為17.09 擊、16.32 擊、16.97 擊、15.12 擊、18.2 擊和17.11 擊；振沖處理前后全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量值增加幅度介于88%～143 %，分別為137%、88%、143 %、103%、130%和129 %。根據(jù)振沖處理前后重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測(cè)，振沖4 區(qū)（即樁體間距為2.5m、單擊共振），全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量達(dá)到最大值（18.2），振沖3 區(qū)（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），全深度重型動(dòng)力觸探擊數(shù)當(dāng)量增加幅度達(dá)到最大值（143%）。

3.4 波速結(jié)果

除標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探外，在振沖處理前后對(duì)不同試驗(yàn)區(qū)還進(jìn)行了波速監(jiān)測(cè)，振沖處理前后波速值如表4所示。

表4 吹填地基強(qiáng)夯處理前后波速值對(duì)比表

振沖處理前后的波速測(cè)試結(jié)果表明:不同振沖試驗(yàn)區(qū)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，振沖后吹填砂波速平均值大幅度提高。振沖1 區(qū)～振沖6 區(qū)，振沖處理前波速平均值介于185m/s～207m/s， 分 別 為192 m/s、187m/s、185 m/s、215 m/s、205m/s 和207m/s；振沖處理前波速平均值介于244 m/s ～249 m/s，分別為248 m/s、245 m/s、249 m/s、244m/s、246 m/s 和248 m/s；振沖處理前后波速平均值增加幅度介于13%～35 %，分別為30%、31%、35 %、13%、20%和19%。根據(jù)振沖處理前后波速試驗(yàn)檢測(cè)，振沖3 區(qū)（即樁體間距為2.5m、雙擊共振），振沖處理前波速平均值可達(dá)到最大值249 m/s，全深度前波速平均值增加幅度達(dá)到最大值35%，加固效果最好。

4 結(jié)論

根據(jù)以上不同分區(qū)振沖試驗(yàn)、沉降量、效果評(píng)價(jià)（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、波速測(cè)試）、場(chǎng)地適用性及施工便利性，振沖處理吹填砂地基綜合評(píng)價(jià)如下（表5）：

表5 吹填海砂地基振沖處理技術(shù)對(duì)比分析表

4.1 不同振沖試驗(yàn)區(qū)（振沖1 區(qū)～振沖6 區(qū)），平均沉降量介于412mm～531mm，分別為515mm、507mm、531 mm、469mm、412mm 和451mm。其中振沖3 區(qū)（樁體間2.5m、雙擊共振）沉降量為最大值531mm。

4.2 通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)及波速測(cè)試檢測(cè)，當(dāng)樁體間距為2.5m、雙擊共振可達(dá)到理想的處理效果。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)和波速測(cè)試測(cè)試均具有檢測(cè)速度快，經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn)。但是，振沖處理后，重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)不能進(jìn)行全深度檢測(cè)（最大檢測(cè)深度約9m），不能滿足吹填砂全深度檢測(cè)的要求。因此，建議振沖處理地基檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和波速測(cè)試驗(yàn)檢測(cè)方法。