第５期 北 方 交 通 振冲碎石桩联合强夯法处理 软土地基适用性研究 武青山 ，张佳运 （１．大连港口建设监理咨询有限公司，大连摘１１６０００；２．辽宁省交通工程质量与安全监督局，沈阳１１０００５） 要：介绍了振冲碎石桩、强夯法的原理和施工工艺，并将两种地基处理方法联合运用于大连港大窑湾二期 工程软土地基处理中，通过分析加固后检测，表明振冲碎石桩联合强夯法对软土地基的处理效果。 关键词：振冲碎石桩；强夯法；地基处理；软土加固 中图分类号：ＴＵ４７１．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１１）０５—０００１—０３ 大连港大窑湾港区二期陆域形成了面积约ｌＯ 万平方米、厚约１０ｍ的淤泥区域；该区域经过堆载 预压处理后仍有部分区域上部软土层未达到地基处 理效果要求。 本身自重及振冲力将地基冲开；成孑Ｌ后将振冲器拔 出，分批倒人碎石料，用振冲器将碎石振动带人孔 内，分段振实，制成一根由碎石组成并与地基土紧密 啮合的桩体。由于碎石逐渐密实，振冲器存在１个 密实电流，一旦达到密实电流，振动电机从振动到不 为使该区域达到使用期荷载对地基强度及稳定 的要求，采用振冲碎石桩联合强夯法，在小范围内进 行了二次补强试验，以期获得良好处理效果的施工 参数及施工工艺。 本文介绍了此次适用性研究试验的主要内容及 加固效果分析，为后续大面积施工及类似地基加固 提供指导。 １场地工程地质条件 振动开始衰减，直至电机停机。在施工过程中，控制 这个密实电流和留振时间是成孔的重要参数。 强夯法处理地基是利用夯锤自由落下产生的冲 击波使地基密实。根据地基土的类别不同，强夯加 固基本原理可分为动力夯实、动力固结两种情况，其 共同特点都是通过破坏土体的天然结构并达到新的 稳定状态。对于碎石土，由强夯巨大的夯击能力所 根据一次堆载预压处理后勘察情况，该场地土 层依次如下： 回填山石土：浅灰色，松散，主要为强风化土，含 土量高，碎石约占５０％，粒径２—１０ｅｍ，厚度１．６ｍ； 淤泥层：灰褐色，饱和，呈流～软塑状，含水量 产生的冲击波和动应力在土体中传播，使土体孔隙 中的气体迅速排出或压缩，孔隙体积减少，从而形成 较密实的结构；而对于场地饱和黏性土地基，由于在 振冲成桩过程中土体结构受到破坏，对原有的土体 结构强度会有一定的影响，但经过一段时间结构强 ７０％一８０％，承载力约１０—３０ｋＰａ，厚度４．５ｍ； 粘土层：灰褐色，呈软～可塑状，含少量细砂，厚 度２．５ｍ； 粉土层：灰褐色，呈可塑状，含粉细砂、中粗砂、 度会得到恢复。在振冲施工完成后，对其表层进行 强夯加固，进一步提高了地基土的承载力，同时，碎 石桩可以作为强夯处理的排水通道，提高了被加固 土体的透水性，更有利于提高强夯加固的效果，其密 实度和强度均会有显著提高。 粘土，厚度１，５ｍ； 强风化岩层：灰黄色，较密实，含多量中粗砂。 ２施工过程 ２．１加固机理及施工工艺 ２．２振冲碎石桩施工参数 根据典型施工及检测结果确定的施工参数为：振 冲器功率为７５ｋＷ，造孔电流５０—１５０Ａ，水压０．４— ０．６ＭＰａ，留振时间１０ｓ，加密电流８０Ａ，回填料为开山 碎石，成桩直径１．２ｍ，问距３ｍ，振冲桩呈正三角形布 置。在振冲碎石桩施工结束后进行强夯法施工。 振冲置换法主要利用振冲器成孔，采用５０ｃｍ× ８０ｅｒａ椭圆形振冲器，振冲器头部为菱形，尖端有高 压出水口连接至外部水泵，通过高压水的冲击力和 ・２・ 北 方 交 通 ３．１十字板剪切试验 ２０１ｌ ２．３强夯法施工参数 满夯夯锤重１５０ｋＮ，夯锤直径２．２ｍ，落距 ６．７ｍ。振冲结束２周后进行强夯施工。 ２．４地基处理技术要求 在施工前后分别进行了十字板剪切试验，加固 前后十字板剪切强度对比见图Ｉ。从图中可以看 出，桩问土十字板强度有一定程度的提高，说明该工 法对于加固软土地基有较好效果。 （１）加固后的复合地基承载力特征值不小于 １８０ｋＰａ； （２）使用期内最终沉降量小于３０ｃｍ。 ２．５施工流程 （１）清理整平场地。测量人员标出场地位置， 合理布置桩位。 （２）振冲器对准桩位。选用７５ｋＷ振冲器；根据 地质资料显示，上部１．６ｍ为回填山石土，４．５ｍ为 淤泥层，下部为粘土层和粉土层；为了保证成桩质 量，地面下桩深为８．０ｍ，穿透淤泥层。 （３）启动水泵和振冲器。水压为０．４～ ０．６ＭＰａ，水量为２０～３０ｍ ／ｈ，使振冲器徐徐沉入土 中，直至达到离地面下深８．Ｉｍ；记录振冲器经各深 度的电流值和时问，提升振冲器至孔口；重复上述步 骤１～２次。 （４）向孔内分批倒人填料及振密。选用直径 ３～８ｃｍ、含泥量小于５％的碎石作为填料；将振冲器 沉入填料中进行振密，此时电流随填料的密实而逐 渐增大，电流必须超过规定的密实电流８０Ａ，并留振 １０ｓ，保证填料的密实度；若电流达不到规定值，应向 孔内继续加填料，振密，并记录这一深度的最终电流 量和填料量；将振冲器提出孔１２１，重复上述步骤继续 制作上部的桩段，自下而上分段制作桩体，直至孔 口。 （５）移桩位继续施工。待形成区域后，将场地 清理，并对已成桩区域做标识；施工中产生的污水需 先排至沉淀池进行一级沉淀后再将泥浆外运，严禁 直排人海，防止污染环境。 （６）强夯。碎石桩施工结束后开始强夯，通过 碎石桩排水通道出水效果明显，现场配置小型潜水 泵排水。强夯施工过程中，发现夯坑周围土体明显 隆起或最后夯沉量逐渐增大时停止夯击，主要原因 是淤泥中孔隙水压力增加，间隔一段时间，待孔隙水 压力消散后再继续施工。 ３施工效果 为评价地基处理后的效果，在试验区施工结束 后进行了检验工作，桩点处检验手段为动力触探试 验，桩间处检验手段为十字板剪切试验，可检验桩身 成桩情况、夯点及桩（夯）间处土质延深度的强度增 长情况。 竿 Ｏ —ｌ —２ —３ 一｝ 一 基 ∽ －５ 图１加固前后十字板强度对比图 ３．２重型动力触探试验 施工结束后，对振冲碎石桩抽检进行了重型动 力触探试验（如图２所示）。试验表明，打设深度范 围内，桩体动探击数在６击／１０ｃｍ以上，桩体连续。 Ｎ】２Ｏ（带］ 图２桩身检验重型动力触探眭ｆｌ线 ３．３堆载检验 在振冲碎石桩联合强夯施工结束后，进行了加 固区堆载检验。堆载荷载为５１．３ｋＰａ，堆载面积６× ２０ｍ ，在堆载区域中轴线处布置３个沉降观 ４点。 根据实测沉降曲线可推算最终沉降量。荷载～地表 沉降一时间变化曲线如图３所示。 最终沉降计算公式： ｓ３（Ｓ。～Ｓ ）一Ｓ。（Ｓ，一Ｓ。） ∞ （Ｓ２一Ｓ ）一（Ｓ，一Ｓ ） 式中：Ｓ 、Ｓ 、Ｓ３为实测曲线ｔ 、ｔ：、ｔ，时刻所对应 的沉降值（或压缩量），且满足ｔ 一ｔ ：ｔ。一ｔ２。 根据地表沉降曲线，经计算，最终沉降量Ｓ ＝ ６．２ｃｍ，工后沉降小于３０ｃｍ。 第５期 武青山等：振冲碎石桩联合强夯法处理软土地基适用性研究 ｏ ｍ∞∞∞∞∞伯鲫∞∞ ・３・ 强度所得桩间土承载力，依据规范计算的复合地基 承载力特征值如表１所示。 由表１可见，复合地基承载力满足设计要求。 ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３Ｏ ３５ ４０ ４５ ５０ ｆｄ） ４结论与建议 口 压 （１）实践证明，利用振冲碎石桩法联合强夯法 处理软土地基在大连港大窑湾港区二期工程中的应 用效果显著。 ｝… Ｊ时间 鲁 ３ 进 蛙 （２）振冲碎石桩法联合强夯法处理类似土层具 有以下优点： ①加固效果好。由于地基土含水量较大，因此 —平均值 一最大值 一最４、值 碎石桩形成的排水通道对于水的排出效果很明显， 尤其是强夯过后，各碎石桩的位置存在自喷现象，桩 位间距越小，孑Ｌ隙水压力消散速度越快；碎石桩形成 后，对堆场起明显的支撑作用，使不均匀沉降减弱， 图３ 荷载～地表沉降～时间变化曲线 ３．４复合地基承载力 依据《建筑地基处理技术规范》，单桩复合地基 承载力可由下式计算： 。ｋ＝ｍｒ，ｋ＋（１一ｍ）ｆｓｋ 持续使用年限较长。 ②处理时间短，施工成本低。振冲碎石桩法的 成桩效率高，振冲工艺设备和人员配置简单，施工用 水在合理布置后可循环使用，碎石来源广泛，使地基 处理成本降低。 式中：ｆｓ。 一复合地基承载力特征值； ｆＤｋ一桩体承载力特征值； ｆｓｋ一桩间土承载力特征值； ｍ一面积置换率。 表ｌ 复合地基承载力特征值统计表 （３）由于振冲碎石桩工艺本身的缺点，碎石、 电、水等材料使用量较大，排污较困难，尤其振冲过 程中返浆处理困难，应作为课题进行深人的进一步 研究。 参考文献 ［１］ＧＢ５００２１—２００１，岩土工程勘察规范［ｓ］． ［２］地基处理手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８８． ｒ３１ＪＧＪ７９—２００２。建筑地基处理技术规范［Ｓ］． 根据动力触探试验得桩体承载力及十字板剪切 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｕｓｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｔｏｎｅ Ｐｉｌｅ ａｎｄ Ｓｔｒｏｎｇ Ｔａｍｐｉｎｇ ｔｏ Ｄｅａｌ ｗｉｔｈ Ｓｏｆｔ Ｃｌａｙ Ｇｒｏｕｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｔｏｎｅ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｔａｍｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ｇｒｏｕｎｄ ｏｆ Ｐｈａｓｅ ＩＩ ｏｆ Ｄａｙａｏｗａｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｐｏｒｔ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｔｏｎｅ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｔａｍｐｉｎｇ ｉｎ ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ｇｒｏｕｎｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｈｏｗｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｔｏｎｅ ｐｉｌｅ；Ｓｔｒｏｎｇ ｔａｍｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｆｔ ｃｌａｙ ．
