CN1743560A - 多点胁迫振冲联合挤密法 - Google Patents

Abstract

多点胁迫振冲联合挤密法，用于加固处理吹填松散砂土地基，采用多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法两种加固方法有机结合；多点胁迫振动的联合挤密法给其松散的砂土骨架施加预力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力；促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求；对于加固港口工程的冲填砂土地基来说，其预力度标准可控制在0.85～0.65范围内，并在振冲后1～7天时间内完成振动碾压挤密。该法是一种复合型加固处理吹填松散砂土地基新方法。它将两种方法有机匹配揉合在一起，相互补充，相互促进，共同形成有机组合的快速高效处理吹填砂土地基新工法。

Description

多点胁迫振冲联合挤密法

一、技术领域

本发明属于软弱地基加固处理方法范畴，特别是适合于处理加固港口河岸大面积新生吹填陆域的松散状砂土地基，甚至是饱和粉细砂地基。它是一种无填料快速高效的吹填松砂软基处理新工法。

二、背景技术

国内外的地基处理加固方法有几百种甚至上千种，对于处理加固港口河岸的大面积新生吹填陆域的松散砂土地基，传统的处理方法多采用堆载预压和超载预压法，但那样处理周期太长，不能满足近年来快速建造港口要求。对于常见的振冲法和碾压法等工法，虽然可用，但效率太低、处理深度又小，根本不能满足快速建造大型深水港重型堆场等现代集装箱码头的使用需求。

CN200310117676涉及一种大直径薄壁管桩复合地基加固软基的方法，包括下述步骤：(1)预制大直径薄壁管桩；(2)按设计加固要求，采用施工机械将预制好的大直径薄壁管桩打入或压入软粘土地基中；(3)在桩顶设置褥垫层协调桩土变形和受力。适合对软土地基进行加固，但其对设备的要求较高，费用较大，施工周期也较长。CN03115076.4涉及一种无填料振冲法工艺，但其限于具体工艺过程，未能全面从根本上对地基土应用予力作用原理去解决问题，处理设计和施工没有完整的理论体系支撑，其处理效果及效益都受到较高限制。

三、发明内容

本发明克服现有方法缺点和不足之处，利用予力技术作用原理，使得该工法从概念、理论、工艺到施工实施上都是一种观念更新和技术突破。本发明是一种创新工法。提供一种复合型加固工艺的研制应用，填补了吹填松砂软基加固的国内外空白。特别它能加固处理海岸工程大面积饱和粉细砂吹填土，其无填料工艺特征和高效快速施工更显现其工法的优越性。

软弱地基的加固处理，实是对其施加予力作用过程。对地基施加予力不仅是施加预应力、而是施加一种广义的能改善地基土性的影响力。这种影响力，无论从时间上、空间上、数量上和可控性或可调性方面，都可以由人们在设计时综合考虑进行优化设计，并可优化安排施工工艺及精心施工。工程技术人员主动给予地基土这种广义的影响力，将使地基土性达到最佳改良状态。

适应加固处理和改善地基土性程度需要，引入了予力技术的予力度的概念。予力复合地基的予力度λs是表示施加在地基中以改善地基土性能的影响力的程度。该予力度可以用以下公式表示：

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{N_o}{N}---\left(4\right),{\mathrm{\λ}}_s=\frac{S_o}{S}---\left(5\right)$

式中，N_o和S_o分别是改良土性所给定的予力和改良土性所预先所给定的位移；N和S分别为使用荷载下作用在地基土上的应力和地基土体应产生的稳定位移。

实际上，地基土性的改良，其主要目的是为了减小地基土的压缩性和渗透性以提高地基承载力方便其承受上部作用荷载。因而，用土体体积变化的孔隙比公式表示予力复合地基的予力度更为直观。即

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{e_f}{e}---\left(6\right)$

式中，e_f和e分别表示采用予力复合地基加固方法后的挤密充填孔隙比和加固前地基土在使用荷载下的稳定孔隙比。

而孔隙比的关系式： $e_s=\stackrel{\‾}{V_f}/\stackrel{\‾}{V_s},$ $e=\stackrel{\‾}{V_v}/\stackrel{\‾}{V_s},$ 则按位移概念定义的予力度公式可以变为：

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{\stackrel{\‾}{V_f}/\stackrel{\‾}{V_s}}{\stackrel{\‾}{V_v}/\stackrel{\‾}{V_s}}=\frac{\stackrel{\‾}{V_f}}{V_v}---\left(7\right)$

式中，V_f，是设计的予力度作用下的按加固方法要达到的挤密充填孔隙体积；

V_v是地基土体加固前在使用荷载下对应的孔隙体积；

V_s是地基土体加固前在使用荷载下的土粒体积。该体积在地基加固前后是不变化的。

对于予力度的施加可以根据地基处理深度以及地基土所受恒载与活载的比例两个方面进行选取，具体选用时可参考表1。

本发明基于以上技术背景：基于本发明人的整个工法的基本理论体系；本发明在予力作用原理基础上以完善处理加固港口河岸大面积新生吹填陆域松砂地基(包括饱和粉细砂地基)的多点胁迫振冲联合挤密法的工法为中心，以完善其技术实施方案为内容，具体包括：

(1)整个发明的施工工艺流程；

表1  对于予力复合地基的予力度范围参考值

恒载活载	各种不同处理深度的予力度范围
					0~2m	0~4m	4~6m	6～8m
	1：0.251：0.501：0.751：1.001：1.50*1：2.00*1：2.50*1：3.00*1：4.00	0.80`0.750.78`0.730.76`0.710.74`0.690.72`0.670.70`0.650.68`0.630.64`0.590.60`0.55	0.78`0.740.76`0.720.74`0.700.72`0.680.70`0.660.68`0.640.66`0.620.62`0.580.58`0.54	0.76`0.720.74`0.700.72`0.680.70`0.660.68`0.640.66`0.620.64`0.600.60`0.560.56`0.52					0.74`0.700.72`0.680.70`0.660.68`0.640.66`0.620.64`0.600.62`0.580.58`0.540.54`0.50

注：(1)对于有振动荷载时，予力度应取大值。(2)对于地基出现局部性的孔、洞、穴区域时，要采用相应的充填技术措施后，再控制其予力度处理。(3)当上部结构对地基不均匀沉降有特殊要求时，其予力度控制另作专门处理。

(4)表中加*项需注意结构对地基的特殊要求。

(2)本工法的施工机械匹配与选型组合；

(3)多点胁迫振冲与碾压工艺及施工参数控制标准。

本发明基于上述方法配套完成了试验性施工方案设计，并有与本发明方法配套的技术质量保证措施。

本发明的目的是这样实现的：

多点胁迫振冲联合挤密处理地基的方法：用于加固处理吹填松散砂土地基，利用多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法两种方法的匹配和揉合，集中有效地给其松散的砂土骨架施加予力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力等。从而，促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中。对于加固港口工程的冲填土地基来说，其予力度标准可控制在0.85～0.70范围内，在振冲后1～7天时间内进行振动碾压挤密，全面完成整个加固施工工艺。

本发明方法的技术关键是：要针对拟处理场地的地质条件和拟建工程的荷载条件及使用要求，设计和控制好该工法所施加的予力度标准以及有效的施工工艺过程。对于港口工程来说，其予力度标准可控制在0.85～0.65范围内，尤其是较多采用0.85～0.7范围，它可用处理前后土体孔隙比指标来具体反映。

本发明以振冲器的功率选型为中心做好工法机械的匹配是最重要的。多点胁迫振冲需要多个振冲器，通常为2～4个，采用三角形或正方形的布孔形式。

本发明方法工艺适应无填料挤密需要。多点胁迫振冲需要2～4个振冲器，用吊机将振冲器吊至适当高度，以满足加固需要的予力度施加。振冲设备选用30、55、75和100kW四种型号之一。合适振冲点间距为2～4m，并根据试验性施工最后确定。多个振冲器在同步振冲过程中产生的激振力、共振力、挤压力等予力作用将不断调整原始松散砂粒的排列状况进行重新嵌合就位，紧缩排列构造，并形成漏斗状塌陷坑，然后来自孔壁塌陷的原砂颗粒又源源不断充入振冲加固体内一并挤压嵌合加密，形成了重新的紧密排列状态。最后，在地表上形成的漏斗状塌陷坑，将在最后的振动碾压工序中挤实找平并整平场地。这种无填料挤实是靠予力作用效应，借助于予力度控制标准来全面实现的。

本发明方法的实施还应完善好与工法配套的施工技术措施。如振冲前的降排水措施，对地表干砂层在施加作用予力前要采取灌水饱和措施以及碾压的时控措施等。它们对本工法的有效实施和加固效果增强都是十分必要的。本发明通过选择试验场地进行试验性施工以获取确保予力施加的机械选型、施工控制参数和质量检测指标，进而达到处理目标所需的予力度控制标准。其中，以振冲器的选型为中心做好工法机械的匹配是最重要的。本发明方法在加固前吹填松散砂土地基的含水量在15～38％范围，高于此含水量时在振冲前要采取降排水措施，低于此含水量时应对地表干砂层的振前采取灌水饱和措施。

碾压的时控措施按予力度控制标准匹配的碾压或振动碾压须进行二至三次，第一次碾压在振冲后即进行，第二次和后面碾压须经一定时间间隔，每次间隔为2～3天，与地基的含水量有关，含水量小时碾压间隔时间短一些。

振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率等因素，按等边三角形布置和正方形布置。对粉性土和砂土地基的振冲孔间距可按下式(1)～

(3)进行估算：等边三角形布置 $S=0.95$ $\mathrm{\ξd}\sqrt{\frac{1+e_0}{e_0-e_1}}---\left(1\right)$

正方形布置 $S=0.89\mathrm{\ξd}\sqrt{\frac{1+e_0}{e_0-e_1}}---\left(2\right)$

式中，S-砂土与粉土地基振冲孔间距(m)；

d-振冲粉土(砂)桩直径(m)，按振冲力所成桩孔计算；

ξ-修正系数，根据沉拔速度和密实电流，可取1.10～1.22；

e₀-地基处理前的孔隙比，可按原状试验确定，也可根据动力或静力触探对比试验确定；

e₁-地基挤密后要求达到的孔隙比。

e₁＝e_max-D_r(e_max-e_min)            (3)

式中，e_max、e_min-分别为砂土的最大、最小孔隙比；

D_r-地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，根据现场地震烈度要求，可取0.70～0.85。

一般设计8～10种多参数的施工工艺方案为基础开展试验性施工，以选择确定最佳施工方案后再付诸拟处理的场地上的大面积施工。

本发明对被加固土体骨架施加予力，按照予力作用原理多点胁迫振动的联合振冲法给其松散的砂土骨架施加予力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力，促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求。通常为它们在同步振冲过程中产生的激振力、共振力、挤压力等予力作用将不断调整原始松散砂粒的排列状况进行重新嵌合就位，紧缩排列构造，并形成漏斗状塌陷坑，然后来自孔壁塌陷的原砂颗粒又源源不断充入振冲加固体内一并挤压嵌合加密，形成了重新的紧密排列状态；最后，在地表上形成的漏斗状塌陷坑，将在几次匹配的振动碾压工序中挤实找平。这种无填料挤实是靠予力作用效应，借助于予力度控制标准来实现的。该法的技术关键是要针对拟处理场地的地质条件和拟建工程的荷载条件及使用要求，设计和控制好该工法所施加的予力度标准。对于加固港口工程的冲填土地基来说，其予力度标准可控制在0.85～0.70范围内。该法的技术要点是要通过选择试验场地进行试验性施工以获取确保予力施加的机械选型、施工控制参数和质量检测指标，进而达到处理目标所需的予力度控制标准。其中，以振冲器的功率选型为中心做好工法机械的匹配是最重要的。

该法的实施技巧还应完善好与工法配套的施工技术措施。如振冲前的降排水措施，对地表干砂层的振前灌水饱和措施以及碾压的时控措施等。它们对此工法的有效实施和加固效果增强都是十分有用的。

因此，坚持好“因地制宜，实事求是”的原则，选型匹配好施工机械后，在试验中对比选择好施工参数，以及在试验性施工中调整好施工参数，都是十分重要的。

本发明方法的特点是：这是一种复合型加固处理吹填松散砂土地基新方法。它将多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法有机匹配揉合在一起，互创条件，相互补充，相互促进，共同形成有机组合的快速高效处理吹填砂土地基新工法。

传统振冲法采用的高压水流易使粉细砂颗粒形成随水流溢出或呈完全液化状态而达不到加固地基的目的。由于粉细砂在一定动力载荷下存在有相对密实的稳定状态。本发明加上予力度控制条件，将使其地基稳定性得以较大增强。

总之，该法是根据予力作用原理(the given-force action principle)，多次使用予力作用技术，对被加固土体骨架反复多次施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力等予力作用，按照事先设计的予力度(degree of the givenforce)控制，促使松散的砂土体产生相应的预变形，从而快速减小土体孔隙以增加其密实度，达到应产生的预沉降量并消除大部分后期沉降量的地基加固新工法。

该法是适用于加固新生吹填砂土地基的一种无填料加固新方法。即使对于饱和粉细砂土，也基本上是无填料的快速地基加固。故此法的施工简便，耗材极少，费用低廉，且施工周期短，加固效果明显。对地基的作用深度可以达到15米以上。

四、附图说明

图1为本发明振冲施工流程图，通过①-⑥工艺来完成

五、具体实施方式

(1)首先进行细致的全面调查分析，掌握拟建场地和道路等地上设施的荷载标准及设计要求，明确拟建场地加固处理的等级标准(包括设计要求达到的指标)。同时，熟悉拟建场地的工程地质勘察资料以及吹填砂层形成的技术条件，认清土性土质特征，掌握处理深度及处理范围，制定好合适的予力度控制标准。

(2)本发明利用多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法两种方法的匹配和揉合：对被加固土体骨架施加予力技术作用，即给松散的砂土骨架施加予力作用。予力施加由施工机械来实施，其选型以振冲器的选型进行配套，确定和完善施工机械匹配与选型组合，以满足予力度的施加控制为原则。

振冲促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，然后再进行碾压。碾压或振动碾压挤密是将使用荷载加上去的一种过程。按予力度控制标准匹配的碾压或振动碾压须进行二至三次，第一次碾压在振冲后即进行，第二次和后面碾压须经一定时间间隔，每次间隔2～3天，与地基的含水量有关，含水量大时碾压间隔时间长一些。实现有效碾压，才能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求，并整平拟建场地。

加固施工过程主要以胁迫振冲工艺安排为主线。根据试验研究对比资料可知，两点胁迫振冲与三点及四点胁迫振冲均好于单点振冲的加固效果。对于两点胁迫振冲来说，机械组合省事，振冲器功率、起重量与同步问题也容易解决，实施起来比三点胁迫振冲简便易行，而且也更经济。这是目前常采用的施工配置方案。四点胁迫振冲是双机并行施工，虽也简便易行，但4个振冲器的同步问题要求很高。

两点胁迫振冲(即两点共振)需要2个振冲器，其选型主要根据加固处理深度所需功率大小进行选择。当然，对振冲点间距也应全面考虑，因为功率越大，振冲挤密区的范围越大，其影响范围也越大；而且，两点共振可大大缩短施工周期。

关于孔位布置和间距：振冲孔位布置常用等边三角形和正方形两种，对大面积振冲挤密处理而言，用等边三角形比正方形布置可以得到更好的挤密效果，本工程振冲挤密处理采用等边三角形布置孔位。

振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率等因素，宜通过现场试验结果择优确定。为了给现场试验提供参考，可先按上海市标准(DBJ08-40-94)《地基处理技术规范》，按等边三角形布置。对粉性土和砂土地基的振冲孔间距可按以上公式(1)和(2)进行估算：

选择好振冲器功率和吊机起重量后即可确定振冲机械的选型匹配。在此基础上再选择合适能量的振动碾压机械与之匹配组合。确定施工机械匹配与选型组合对实现事先设计的予力度控制非常重要。施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力，从而促成饱和松散砂土体按预定目标产生预变形和预沉降以完成加固要求。

本发明方法的实施还应完善好与工法配套的施工技术措施。如振冲前的降排水措施，对地表干砂层的振前灌水饱和措施以及碾压的时控措施等。然后，进行碾压或振动碾压挤密将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求。不同的饱和松散砂土体产生予力度标准可控制在0.85～0.65范围内，尤其是能做到0.85～0.75的控制区间更好。

(3)合理设计该拟建场地应用本工法的施工工艺流程，实行具体场地具体分析，使工艺流程对号入座，更加切合工程实际情况。

(4)设计应用本工法的试验性施工方案。设计的试验方案的针对性要强，试验分区要明确，可对比性要突出，以便选择确定最佳施工方案。

(5)探讨该拟建场地上大面积加固应用的多点胁迫振冲工艺与施工控制参数。

这个探讨对有效指导大面积施工，以及增强处理效果与加快施工周期起着关键性作用。通常，多选择一些试验方案作为对比选择依据。对于工艺方案，可设计成8～10种，而且要变换第一次沉拔、第二次沉拔和第三次沉拔的工序工艺控制参数。对于不同的施工场地还要作一些适当变化，以适应不同特征场地需求，让有效的外加予力更好地施加到被加固土体骨架上去获取更大的加固处理效果。

(6)完善与本工法配套的技术质量保证措施。

特别在加固前，试验区施工时，大面积施工中和遇见异常情况时，都离不开相应的技术质量保证措施，它对增强加固处理效果可以发挥很好的作用。

实例介绍——某深水港港区陆域场地冲填土加固

(1)拟建场地试验性施工概况

根据上海某深水港港区地形地质条件和冲填土厚度变化情况，大致可分为深区和浅区两个振冲区。由于深区冲填土较厚，且冲填土的工程性质较浅区差，本工法是否适用于深区冲填土加固，其相应的工艺流程和施工参数，宜将通过现场试验研究加以确定。本次深区冲填土振冲加固处理的试验面积为22500m2，现将深区振冲试验的有关最佳设计参数、振冲工艺流程、振冲设备、振冲孔距及振冲点布置形式等问题分述如下：

(2)设计资料及设计要求

a)设计荷载

港区堆场均布荷载：轮轨式龙门吊堆场高五层，均布荷载q＝5.5t/m²角荷载：40’重箱堆高五层，P＝34t；20’重箱堆高五层，P＝22.5t

b)建筑物等级及地震标准

场区内为I级建筑物。地震基本烈度为6度，设计烈度为7度。

c)加固深度及场地整平标高

深层区振冲挤密有效加固深度不小于15m。地基加固整平验收标高为+6.5m。

d)地基承载力

地基整平后的承载力为180～200kpa。

e)差异沉降量和残余沉降量

残余沉降量30～50cm。差异沉降量：重箱堆场为0.5％以内。

f)现场检验标准

静力触探锥尖阻力q_c＞7Mpa；

标准贯入击数N_63.5＞18击。

由于集装箱堆场及相应的道路对地基承载力和变形要求较高，初步考虑采用本工法两点共振的双头振冲挤密工艺。通过计算控制的予力度为0.78～0.82。设计采用与本工法加固方案进行港区深层区的冲填土地基处理，以期达到提高地基土的承载力、减少地基的沉降量，改善场地土的均匀性，以及消除地基土的地震液化可能性。

(3)双头振冲挤密工艺

不同的施工工艺，对工效的影响比较明显，不同的留振时间、上拔与下沉次数，速度控制等因素是不同施工工艺的主要区别，通过试验效果对比后进行优选。现制定了全套9种振冲施工工艺的试验方案，参见以下双头振冲施工流程图(图1)。

(4)试验程序和步骤

a)场区平整，预埋水位管和孔隙水压力计；

b)振前砂土干密度试验和静力触探试验，测定沉降标和地下水位初始读数；

c)本工法的振冲试验；

d)地面沉降观测；

e)推平振动碾压；

f)推平振动碾压后的地面沉降观测；

g)振冲试验结束后一个月，进行标准贯入试验、静力触探试验，平板载荷试验及干密度试验。

(5)振冲试验取得的成果

通过深区振冲施工试验，采用了合适起重吨位的履带式起重机，吊起75kW、100kW振冲器均可进行双点共振。采用双点共振既可使两个振冲器相互影响，提高地基加固效果，又可以提高工效。两种功率振冲器选择以对比试验成果为准。

75kW、100kW振冲器的对比试验成果见表2所示：

               表275kW、100kW振冲器的对比试验成果表

振冲器功率(kW)	振冲挤密区范围(m)	振冲影响后范围(m)	合适振冲点间距(m)	明显提高承载力的孔深位置(m)	每组振冲桩施工用时(min)
						75	1.5-2.0	2.0-3.5	3.0-3.5	4.0	50±5
100	1.5-2.5	2.5-4.0	4.0	8.0	35±5

对于振冲桩芯承载力提高采用75kW振冲设备效果明显。

从合适的振冲点间距与振冲施工用时分析，100kW振冲设备的工效明显高于75kW的工效，但75kW振冲点的间距较小，所以施工后地基的均匀性优于振冲点间距较大的100kW振冲器。

(6)成果分析

75kW振冲器对地基加固的均匀性好。通过振冲施工后，振冲点的桩间土和振冲桩芯自泥面4.0m以下的承载力都有显著提高，且采用双点共振提高施工工效更为显著。

采用振冲施工试验方案1较为优越、可用沉入15m、14.5m和10m三遍振冲挤密深度以加强对地表下10m深土层振密效果，提高其容许承载力，又可加强地表面至15m范围内土层的抗液化能力。上拔段距与留振时间按试验方案中的规定进行控制。在保证振冲器正常工作的前提下，应尽量减小水压，以避免形成空洞。

原则上只加(或利用孔壁塌落)原位粉细砂土，不用另加粗骨料。但遇泥浆护壁现象较严重时，可加少量粗骨料破坏泥浆壁以提高密实度。

振冲施工前3～4小时，要对施工区进行灌水，使表面砂层充分含水，以改善浅层冲填土的振冲效果。

采用压路机对地基表层进行振动碾压加固，其振压影响深度可以达到地表下2～3m范围，使浅层地基加固效果更加明显。

经试验区振冲后的施工质量检测，静力触探比贯入阻力振冲后较振冲前提高2.0～3.5倍，地基土容许承载力达到200kPa左右，较好地满足了设计要求，并消除了地震液化可能性，试验性施工获取了最佳工艺方案，即可应用上述成果进行大面积振冲施工。

(7)大面积施工工法

通过慎密的拟建现场振冲试验性施工，取得了宝贵的施工经验，将拟建场地大面积施工所需的振冲工艺流程、振冲施工技术控制参数及振冲设备配置等要求概括如下：

a)振冲施工工艺

在振冲施工前的3～4小时，对拟施工的场地进行预灌水，使浅表层土体充分含水，水能够充分传递振动力，从而提高了上部冲填土的振冲效果。对每个振冲点位，采用以下施工工艺：

①对准振冲孔位，误差不超过半个振冲器直径，开启水泵和振冲器。

②慢速振冲下沉至设计要求(15m)处，留振20s。

③慢速振冲上拔至孔口处，留振120s。

④慢速振冲下沉至地面以下14.5m处，留振20s。

⑤慢速振冲上拔0.5m，留振15～20s。

⑥依次按段距0.5m上拔，每段留振15～20s，直至孔口处，再留振60秒。

⑦再次振冲下沉至10m处，留振20s。

⑧慢速振冲上拔0.5m，留振15～20s。

⑨依次按段距0.5m上拔，每段留振15～20s，上拔到孔口，留振60s。

⑩成桩结束，关闭水泵及振冲器，移至下一振冲孔位。

b)振冲施工技术参数控制

①采用75kW振冲器进行双点共振、振冲间距为3.5m、施工孔位按等边三角形布置。

②深区振冲深度控制不得小于15m。

③贯入和上拔速度为2～3m/min。

④水压控制在0.2～0.3Mpa。

⑤每段提升高度为0.5m。

⑥密实电流为55～70A。

⑦在上拔至孔口时填砂振密。

⑧24小时连续施工作业。

c)振冲施工所用设备配置参见表3。

                    表3振冲施工所用设备配置表

序号	设备名称	规格或型号、能力	配置数量				计划现场使用时间
								拥有(台)	新购(台)	租赁(台)	合计(台)
			1	振冲器	ZCQ-75	6						10		16	至工程结束
2	履带吊	50t							7	7	至工程结束
			3	离心泵		4						21		25	至工程结束
4	潜水泵						8	42		50	至工程结束
			5	泥浆泵		6						19		25	至工程结束
6	水箱						4	21		25	至工程结束
			7	交流弧焊机		4								4	至工程结束
8	发电机	200kW							8	8	至工程结束
			9	发电机	50kW							1		1	至工程结束
10	配电箱						8	10		18	至工程结束
			11	操作控制柜		8						10		18	至工程结束
12	液压千斤顶						3			3	至工程结束
			13	自动监控系统								25		25	至工程结束
14	记录室						1	7		8	至工程结束
			15	卡车	2.5t									3	至工程结束

(8)施工质量检测

在振冲挤密地基处理结束后的检测，分为施工单位的自检与建设单位的检验。一期工程中的深层振冲挤密加固区(III区)，26万平方米的振冲施工质量检验，由上海港湾设计研究院工程质量检测中心进行，并于2004年11月5日提供了该地基加固III区效果检测报告。在地基设计中，计算地基容许承载力和地基变形时需要考虑土的指标可靠性。为此，将检测报告提供的检测成果，经可靠性分析后，提出赋予可靠性含义的地基土设计指标：

a)标准贯入试验(SPT)

振冲挤密后28天对加固的地基土进行标准贯入试验，以检验已成陆域的吹填砂土在不同深度处的密实程度，确定冲填土层的容许承载力和判定其液化势。标贯试验每5000m²布置一个孔，孔深为实际处理的地基深度。

本次标准贯入试验在2004年10月13日结束，共计完成43个标准贯入试验孔的标准贯入试验测试，其中西区为35孔，东区为8孔，沿孔深每1.5m作一次，当用标准贯入击数N63.5计算标准贯入试验地基承载力时，取可靠度β值为0.95。标准贯入试验击数的可靠性分析计算如表4所示：

           表4标准贯入试验击数击数可靠性分析计算表

计算参数	西区		东区
					2～6m	6～9m	2～6m	6～9m
	样本容量(n)	35	35	8					8
统计范围(击)					18～26	19～27	19～28	19～24
	平均值(击)	21.4	23.0	21.4					21.5
均方差(击)					2.15	1.94	3.20	1.77
	变异系数	0.010	0.008	0.150					0.082
可靠性临界值					1.69	1.69	1.86	1.86
	实测统计的设计参数(击)	21.3	22.9	19.3					20.3

由上表可知，经可靠度95％概率的分析，标准贯入试验击数N_63.5＝19.3～22.9击，均大于设计要求的18击。

b)静力触探试验(CPT)

振冲后对加固的地基进行静力触探试验，以检验已成陆域冲填土在不同深度处的比贯入阻力大小，用以评定液化势、提供地基容许承载力、变形模量等力学指标。静力触探试验每2500m²布置一个孔，孔深为实际处理的地基深度，试验孔的位置宜在标准贯入试验孔附近1.0～1.5m范围内。

本次静力触探试验在2004年10月13日开始至10月31日结束，共计完成85个静力触探试验孔，其中西区为70孔，东区为15孔。当用比贯入阻力Ps计算地基承载力时，取可靠度值β为0.95。静力触探比贯入阻力的可靠性分析计算如表5所示。

c)平板载荷试验(PLT)

振冲完成28天后，在未经碾压的冲填土表面以下40cm处进行平板载荷试验，以检验土体在荷载作用下的变形特性，确定冲填土容许承载力和变形模量等力学指标，于2004年10月30日～10月31日在III区作了一组平板荷载试验。

承压板为钢性板，压板底面尺寸为1.5m×1.5m，上面堆钢锭等重物；最大加载700kN，承压板下最大压力Pmax达到设计值的1.7倍(已超过规范要求的1.6倍)311kPa后终止试验，地基无任何破坏迹象。Pmax对应的累计沉降量为14.62mm，P～S曲线为缓变型，按照常规0.01～0.02s/b相对沉降法判断，容许承载力已大于设计值的180kPa。

         表5静力触探试验比贯入阻力的可靠性分析计算表

计算参数	西区		东区
					2～6m	6～15m	2～6m	6～15m
	样本容量(n)	70	70	15					15
统计范围(Mpa)					7.69～23.12	8.23～14.48	8.00～10.89	7.25～9.39
	平均值(Mpa)	10.14	9.77	9.32					8.08
均方差(Mpa)					2.52	1.40	0.932	0.552
	变异系数	0.249	0.144	0.010					0.068
可靠性临界值					1.67	1.67	1.75	1.75
	实测统计的设计参数(Mpa)	9.64	9.49	9.27					7.83

由上表可知，经可靠度95％概率的分析，静力触探比贯入阻力P_s＝7.83～9.64MPa，均大于设计要求的7MPa。

d)回弹模量试验

2004年10月27日在西III6-3小区，利用荷载板试验的荷载台作反力，做了一组用承载板测定冲填土地基的回弹模量试验。试验采用逐级加荷、卸荷循环，共做了七次加卸荷，测定的地基土回弹模量E₀为57.9Mpa，也完全达到设计要求。

以上的全面质量检测均满足设计要求，故该工法用于大面积施工是技术可靠的，并付诸了大面积的加固处理施工。该工法已于2005年6月7日经过江苏省科技查新咨询中心(国家一级科技查新咨询单位)的国内外数据库查新；并于2005年6月29日通过了江苏省科学技术厅组织的科技成果鉴定，已肯定其创新性。

Claims (10)

1、多点胁迫振冲联合挤密法，用于加固处理吹填松散砂土地基，其特征是：采用多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法两种加固方法有机结合，即匹配和揉合；多点胁迫振动的联合挤密法给其松散的砂土骨架施加予力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力；促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求；对于加固港口工程的冲填砂土地基来说，其予力度标准可控制在0.85～0.65范围内，并在振冲后1～7天时间内完成振动碾压挤密。

2、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是予力度标准控制在0.85～0.7的范围内。

3、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是多点胁迫振冲需要2～4个，振冲孔位布置常用等边三角形和正方形两种。

4、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是加固前吹填松散砂土地基的含水量一般在15～38％范围，高于此含水量时须对其湿砂层采取振冲前的降排水措施，低于此含水量时须对地表干砂层采取振前灌水饱和措施。

5、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是碾压的时控措施按予力度控制标准匹配的碾压或振动碾压须进行二至三次，第一次碾压在振冲后即进行，第二次和后面碾压须经一定时间间隔，每次间隔为2～3天，与地基的含水量有关，含水量小时碾压间隔时间短一些。

6、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率等因素，按等边三角形布置和正方形布置。对粉性土和砂土地基的振冲孔间距可按下式(1)～(3)进行估算：

等边三角形布置 $S=0.95\mathrm{\ξd}\sqrt{\frac{1+e_0}{e_0-e_1}}$

(1)

正方形布置 $S=0.89\mathrm{\ξd}\sqrt{\frac{1+e_0}{e_0-e_1}}$

(2)

式中，S-砂土与粉土地基振冲孔间距(m)；

d-振冲粉土(砂)桩直径(m)，按振冲力所成桩孔计算；

ξ-修正系数，根据沉拔速度和密实电流，可取1.10～1.22；

e₀-地基处理前的孔隙比，可按原状试验确定，也可根据动力或静力触探对比试验确定；

e₁-地基挤密后要求达到的孔隙比。

            e₁＝e_max-D_r(e_max-e_min)

(3)

式中，e_max、e_min-分别为砂土的最大、最小孔隙比；

D_r-地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，根据现场地震烈度要求，可取0.70～0.85。

7、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是振冲设备选用30、55、75和100kW四种型号之一。合适振冲点间距为2～4m，并根据试验性施工最后确定。

8、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是以设计8～10种多参数的施工工艺方案为基础开展试验性施工，以选择确定最佳施工方案后再付诸拟处理的场地上的大面积施工。

9、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是对被加固土体骨架施加予力，按照予力作用原理多点胁迫振动的联合振冲法给其松散的砂土骨架施加予力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力，促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求。

10、由权利要求1所述的多点胁迫振冲联合挤密法，其特征是多点胁迫振冲需要2～4个振冲器，通常为它们在同步振冲过程中产生的激振力、共振力、挤压力等予力作用将不断调整原始松散砂粒的排列状况进行重新嵌合就位，紧缩排列构造，并形成漏斗状塌陷坑，然后来自孔壁塌陷的原砂颗粒又源源不断充入振冲加固体内一并挤压嵌合加密，形成了重新的紧密排列状态；最后，在地表上形成的漏斗状塌陷坑，将在几次匹配的振动碾压工序中挤实找平。