張志偉，王文鵬

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

1 引言

從20世紀(jì)70年代國(guó)內(nèi)研究第一臺(tái)30 kW振沖設(shè)備用以處理大壩砂土地基液化開始，振沖法在地基處理工程中已得到廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，無(wú)填料振沖擠密技術(shù)也得到了較為廣泛的應(yīng)用，特別是在海南省大隆水庫(kù)、上海洋山港、河北曹妃甸等大型工程中的成功使用，積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79-2012規(guī)定：不加填料振沖擠密法適用于處理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基，在初步設(shè)計(jì)階段宜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，確定不加填料振密的可行性。本項(xiàng)目為新近吹填地區(qū)的無(wú)填料地基處理，地質(zhì)條件復(fù)雜，吹填的質(zhì)量不均，項(xiàng)目采取無(wú)填料+強(qiáng)夯的處理方式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)要求，為正式的工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)，確定了適用的主導(dǎo)設(shè)備、技術(shù)參數(shù)等指標(biāo)。

2 工程地質(zhì)條件

唐山某煤碼頭項(xiàng)目擬建5000萬(wàn)噸，共建成10萬(wàn)噸級(jí)泊位2個(gè)、7萬(wàn)噸級(jí)泊位2個(gè)、5萬(wàn)噸級(jí)泊位1個(gè)以及相應(yīng)配套設(shè)施。碼頭全長(zhǎng)1428 m，設(shè)計(jì)裝船能力5000萬(wàn)噸。

場(chǎng)區(qū)勘探最大深度范圍內(nèi)所揭露的地層，新近人工填土(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)海相沉積層(Q4m)、第四系上更新統(tǒng)沖、洪積層(Q3al+pl)、第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)、第四系上更新統(tǒng)海相沉積層(Q3m)。根據(jù)地質(zhì)成因、年代、原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)成果，將鉆孔所揭露的地基土分為12大層。

①1素填土

主要由碎石組成，分布在場(chǎng)地北側(cè)和西側(cè)的道路上，層厚0.30～0.50 m，該層在勘察期間由卡車堆填形成，并經(jīng)卡車碾壓，力學(xué)性質(zhì)較好，但層厚較薄，不可作為天然地基持力層。

①?zèng)_填土

主要由松散的粉砂組成，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為3～11擊，平均4.9擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為1.00～5.63 MPa，平均3.07 MPa，層厚為8.30～16.00 m，平均12.85 m，天然孔隙比0.697，干密度為1.56 g/cm3，均有分布。該層為近期吹填形成，欠固結(jié)，為嚴(yán)重液化土層，力學(xué)性質(zhì)極差。

②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土

流塑，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為1～2擊，平均1.2擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為0.10～0.99 MPa，平均0.53 MPa，層厚為0.30～3.00 m，平均1.30 m，該層層頂為海底原泥面，主要分布在輔建區(qū)和堆場(chǎng)區(qū)南部。建議地基土承載力特征值為30 kPa。

②2粉砂

松散～稍密，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為5～15擊，平均10.7擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為2.03～10.82 MPa，平均5.27 MPa，層厚為0.50～4.30 m，平均1.92 m，主要分布在場(chǎng)地南部，力學(xué)性質(zhì)一般。建議地基土承載力特征值為120 kPa。

②3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為1～6擊，平均3.5擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為0.14～1.30 MPa，平均0.72 MPa，層厚為0.50～4.40 m，平均2.04 m，該層除ZK32～ZK39、ZK57、ZK143、ZK144鉆孔缺失外，均有分布。建議地基土承載力特征值為70 kPa。

③層粉砂

稍密～密實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為13～46擊，平均31.2擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為5.03～15.00 MPa，平均10.68 MPa，層厚為0.60～12.70m，平均5.54 m，本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，力學(xué)性質(zhì)較好，可作為樁端持力層，在層厚較薄處需對(duì)軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算。建議地基土承載力特征值為180 kPa。

④粉質(zhì)黏土

可塑，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為3～8擊，平均5.3擊，靜力觸探試0.12～2.00 MPa，平均1.13 MPa，層厚為1.00～6.00 m，平均3.17 m，該層在場(chǎng)地除ZK162～164鉆孔缺失外，均有分布，正常固結(jié)，屬中等靈敏土，力學(xué)性質(zhì)較差，作為軟弱下臥層時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。建議地基土承載力特征值為100 kPa。

⑤粉砂

稍密～密實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值N為12～32擊，平均20.4擊，靜力觸探試驗(yàn)測(cè)得錐頭阻力為2.54～12.98 MPa，平均6.36 MPa，層厚為0.50～2.40 m，平均1.21 m，該層除西側(cè)少數(shù)鉆孔缺失外，均有分布，力學(xué)性質(zhì)較好。建議地基土承載力特征值為160 kPa。

3 設(shè)計(jì)要求

地基承載力特征值不低于150 kPa；消除吹填土層液化。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 試驗(yàn)區(qū)面積

試驗(yàn)一區(qū)面積約440 m2；試驗(yàn)二區(qū)面積約550 m2。

4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

試驗(yàn)采用振沖+強(qiáng)夯的處理方式。

4.2.1 振沖試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)一區(qū)布點(diǎn)形式采用正三角形布點(diǎn)，點(diǎn)間距2.2 m；振密深度穿過(guò)1層沖填土；振沖器功率75 kW，雙點(diǎn)共振法施工。

(2)試驗(yàn)二區(qū)布點(diǎn)形式采用正三角形布點(diǎn)，點(diǎn)間距2.5 m；振密深度穿過(guò)1層沖填土；振沖器功率75 kW，雙點(diǎn)共振法施工。

4.2.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

點(diǎn)夯采用2000 kJ能量，單點(diǎn)夯擊擊數(shù)6～8擊，分二遍夯。第一遍夯點(diǎn)間距5.0 m×5.0 m，第二遍夯在第一遍夯點(diǎn)中間插點(diǎn)；最后滿夯一遍，單點(diǎn)夯擊能1000 kJ，采用1/3夯雙向搭接，單點(diǎn)夯擊擊數(shù)2～3擊。

5 施工參數(shù)

造孔速度6～8 m/min；水壓0.2 MPa；加密段0.5 m；留振時(shí)間孔底60 s，其余30 s。

6 檢測(cè)分析

為了檢測(cè)處理效果，根據(jù)地基處理試驗(yàn)方案，在振沖處理前后分別在振沖試驗(yàn)一區(qū)及振沖處理試驗(yàn)二區(qū)布置了標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試，并對(duì)處理后的承載力情況進(jìn)行了檢測(cè)。

6.1 試驗(yàn)一區(qū)

6.1.1 地基處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)

振沖處理前后，地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 一區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比表

由表1可見，經(jīng)過(guò)振沖處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)均有了較大的提高，并消除了液化。

6.1.2 載荷試驗(yàn)

采用方形剛性承壓板進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，承壓板邊長(zhǎng)為2.05 m，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 一區(qū)平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2可見，處理后承載力特征值為179 kPa，大于設(shè)計(jì)要求的150 kPa。

6.2 試驗(yàn)二區(qū)

6.2.1 地基處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)

振沖處理前后，地基土的標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

表3 二區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比表

由表3可見，經(jīng)過(guò)振沖處理后地基土的物理力學(xué)性質(zhì)均有了較大的提高，并消除了液化。

6.2.2 載荷試驗(yàn)

采用方形剛性承壓板進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，承壓板邊長(zhǎng)為2.33 m。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 二區(qū)平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表4可見，處理后承載力特征值為180 kPa，大于設(shè)計(jì)要求的150 kPa。

7 結(jié)論

(1)本場(chǎng)區(qū)內(nèi)的吹填土層特點(diǎn)是吹填時(shí)間短，含水量高，顆粒不均勻，采用無(wú)填料加密工法雖然對(duì)于擠密和排水有良好的效果，但地表加密效果欠佳。因此，本次試驗(yàn)采用了“無(wú)填料擠密+強(qiáng)夯”的聯(lián)合工法對(duì)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行地基處理，加密效果明顯，加固后吹填土層的原位測(cè)試數(shù)據(jù)均得到顯著提高，消除了液化，承載力得到明顯提高。

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，局部地層處理后檢測(cè)效果不太理想，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取土測(cè)試，含泥量超過(guò)規(guī)范的要求。因此，在吹填砂地區(qū)采用無(wú)填料處理，含泥量應(yīng)作為一個(gè)重要的指標(biāo)，引起設(shè)計(jì)的重視。

(3)采用雙點(diǎn)共振法施工的無(wú)填料振沖擠密，施工過(guò)程中應(yīng)控制振沖器下沉速度，以保證樁孔垂直度，同時(shí)保證擠密均勻。

(4)造孔水壓應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，以孔口不過(guò)量返砂為原則，且滿足施工要求，尤其對(duì)于新近吹填的砂層，水壓過(guò)大，雖有利于成孔的速度，但會(huì)將砂層中的細(xì)顆粒返出孔口，造成密實(shí)效果不佳。

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