王曉鵬

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

0 前 言

振沖法于20世紀(jì)30年代始創(chuàng)于德國(guó)，1937年首次用于處理柏林某大樓砂基。中國(guó)在20世紀(jì)70年代中期引進(jìn)，目前已廣泛應(yīng)用于水利水電、火力發(fā)電廠、公路、鐵路及石油、化工等工業(yè)和民用建筑工程的地基處理。

水利水電系統(tǒng)是最早引進(jìn)振沖技術(shù)的行業(yè)，早在1978年采用振沖法成功地處理了北京官?gòu)d水庫(kù)主壩壩基的中細(xì)砂層，使該層砂土達(dá)到了9度地震烈度時(shí)防止液化的要求。1982年北京市向陽(yáng)閘閘基處理是中國(guó)新建水利工程中最早應(yīng)用振沖法。1985年在四川省銅街子水電站處理左岸副壩深槽地基，采用振沖法穿過(guò)8 m厚漂卵石夾砂層加密下臥粉細(xì)砂層是目前國(guó)內(nèi)外采用振沖法貫穿最粗粒徑的地層；1997年、2000年分別在三峽水利樞紐二期圍堰水下拋填風(fēng)化砂和黃壁莊水庫(kù)副壩振沖法處理深度超過(guò)30 m，表明中國(guó)在采用國(guó)產(chǎn)電動(dòng)型振沖器振沖技術(shù)及處理深度諸方面已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

振沖法處理技術(shù)在水利水電工程應(yīng)用具有廣闊的前景，可以處理土石堤壩及其松軟地基、可以用于新建水利水電工程，也可用于已建病險(xiǎn)堤壩加固，提高堤壩及構(gòu)筑物的強(qiáng)度和抗滑、抗震穩(wěn)定性。

1 振沖法的分類(lèi)及其適用范圍

振沖法可從不同角度進(jìn)行分類(lèi)。

1.1 按施工工藝分類(lèi)

振沖法施工可分為濕法和干法2類(lèi)。干法振沖在施工中不加水沖，常輔以壓縮空氣以利造孔和加密；濕法振沖在施工中輔以壓力水沖，有利造孔和加密，還能對(duì)振沖器起到冷卻作用，保證機(jī)具正常地運(yùn)行。干法振沖不用水、不排出泥漿，成孔時(shí)將土擠入周?chē)馏w中進(jìn)行加密，但要求振沖器具有冷卻系統(tǒng)，目前中國(guó)的潛水電動(dòng)機(jī)型振沖器不適合干法振沖。干法振沖適用的土類(lèi)、制樁深度等均受限制，中國(guó)很少采用。本文內(nèi)容均指濕法振沖或叫振動(dòng)水沖法，簡(jiǎn)稱振沖法。

1.2 按對(duì)地基土加密效果分類(lèi)

振沖法施工則又可分為振沖置換和振沖加密2類(lèi)。其中，當(dāng)?shù)鼗两?jīng)過(guò)振沖法處理后其強(qiáng)度沒(méi)有得到明顯的提高時(shí)，將部分的地基土置換出去，采用強(qiáng)度較高的碎(卵)石樁柱與周?chē)两M成復(fù)合地基，從而提高地基強(qiáng)度的方法稱為振沖置換方法；而當(dāng)經(jīng)過(guò)振沖法處理后地基土強(qiáng)度有明顯提高時(shí)稱為振沖加密。

由于振沖法加固地基采用的施工機(jī)具較為簡(jiǎn)單且操作方便，同時(shí)其加固質(zhì)量容易得到控制，且加固時(shí)不需鋼材水泥，僅用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的工程造價(jià)較低的碎(卵)石，因此具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

振沖法幾乎適用于各類(lèi)土層，用以提高地基的強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定性，減少沉降量。振沖法是加強(qiáng)砂土抗震和防止液化的有效處理措施。對(duì)于處理不排水抗剪強(qiáng)度小于20 kPa的淤泥、淤泥質(zhì)土及該類(lèi)土的人工填土地基時(shí)，應(yīng)在施工前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。對(duì)卵(碎)石土采用振沖法處理，要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)造孔試驗(yàn)，驗(yàn)證選定的振沖器造孔能否達(dá)到要求處理的深度。

2 振沖法施工工藝

采用振沖法施工通常情況下包括造孔、清孔、填料以及加密4道工序。

2.1 造 孔

造孔工藝是保證整個(gè)施工質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，在施工過(guò)程中應(yīng)符合以下要求：

(1) 將振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，其對(duì)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于100 mm。施工過(guò)程中，先開(kāi)啟壓力水泵，待振沖器末端的出水口開(kāi)始噴水后，再開(kāi)啟振沖器，當(dāng)其運(yùn)行正常后進(jìn)入造孔程序。

(2) 造孔時(shí)，振沖器應(yīng)始終保持懸垂?fàn)顟B(tài)。由于橡膠減震器聯(lián)結(jié)振沖器和導(dǎo)管，于是導(dǎo)管允許有稍微的偏斜，但偏斜角度不宜過(guò)大，以防止振沖器偏離貫入方向。

(3) 地基土質(zhì)以及振沖器類(lèi)型和水沖壓力等影響造孔工藝的速度和能力。因此，在施工過(guò)程中，施工人員難以完全控制造孔的速度，而只能控制最大造孔速度，通常情況下，造孔施工的最大速度應(yīng)控制在小于2 m/min。

(4) 壓力水容易對(duì)松散粉細(xì)砂、粉土、粉煤灰、淤泥土等造成沖刷，因此該類(lèi)土質(zhì)下其造孔深度允許小于設(shè)計(jì)深度30 cm以上。為減輕壓力水對(duì)設(shè)計(jì)孔深下土層的沖刷破壞，待倒入填料后，振沖器夾帶石料再向下貫入至設(shè)計(jì)深度。

(5) 振沖器貫入速度和土質(zhì)條件決定水沖壓力的大小，當(dāng)振沖器貫入速度慢或土質(zhì)較為堅(jiān)硬時(shí)，可加大水沖壓力，反之則宜減少水沖壓力。通常情況下，水沖壓力位于0.3～0.8 MPa之間。在對(duì)松散的粉細(xì)砂、砂質(zhì)粉土或粉煤灰地基實(shí)施造孔工藝時(shí)，其水量宜少，以防止隨返水帶出大量泥砂。

(6) 造孔時(shí)，如振沖器出現(xiàn)上下顛動(dòng)或工作電流大于電機(jī)額定電流，經(jīng)反復(fù)沖擊后亦無(wú)法貫入時(shí)，應(yīng)停止造孔，并及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

2.2 清 孔

造孔時(shí)，如返出的泥漿較稠，或孔中有狹窄、縮孔地段，應(yīng)采取清孔工藝。清孔時(shí)，可將振沖器提出孔口，或在狹窄、縮孔地段上下提拉振沖器實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔，從而使孔口返出泥漿變稀，振沖孔順直通暢有利于下一步進(jìn)行填料。

2.3 填 料

在造孔或清孔結(jié)束后，可將填料倒入孔中，填料方式可采用強(qiáng)迫填料法、連續(xù)填料法或間斷填料法3種方式。

(1) 強(qiáng)迫填料法。強(qiáng)迫填料法一般只適用于大功率振沖器施工，該方法是利用振沖器的自身重量和振動(dòng)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)填料的挾送，將位于孔上部的填料輸送至孔下部需要填料的位置。該方法要求振沖器在填料滿孔條件下向下貫入，所受貫入阻力較大。填料時(shí)，要求避免工作電流大于電機(jī)的額定電流，否則填料不能達(dá)到需要加密地段。

(2) 間斷填料法。間接填料法一般適用于樁長(zhǎng)小于6 m且孔壁穩(wěn)定時(shí)。采用間接填料法進(jìn)行填料時(shí)，應(yīng)先將振沖器提出孔口，然后倒入一定數(shù)量的填料，通常填料高度為1.0 m左右，最后將振沖器貫入孔中，將填料振搗密實(shí)。由于在間斷填料施工時(shí)，每次均將振沖器提拉出孔口，因此采用手推車(chē)進(jìn)行填料比較適合該施工工藝。但同時(shí)由于填料過(guò)程中需每次提放振沖器，因此間接填料工藝所花費(fèi)時(shí)間較多，施工效率較低，尤其對(duì)于孔的深度較深時(shí)，填料很難沉落到孔底。

(3) 連續(xù)填料法。當(dāng)樁長(zhǎng)較大時(shí)，通常采用連續(xù)填料方式。在采用連續(xù)填料進(jìn)行制樁時(shí)，與間接填料方式不同，振沖器不提拉出孔口，并向孔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行填料，填料自動(dòng)沉落于孔底并被振搗密實(shí)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求高程。連續(xù)填料施工工藝中，要求填料速度和數(shù)量能保證孔中不缺填料，這是由于當(dāng)缺乏填料或填料不足時(shí)，振沖器在孔中振動(dòng)和壓力水沖刷將導(dǎo)致孔徑不斷擴(kuò)大，從而難以實(shí)現(xiàn)加密成樁。由于連續(xù)填料對(duì)填料速度和數(shù)量要求嚴(yán)格，因此通常采用裝載機(jī)作業(yè)。當(dāng)采用30 kW振沖器進(jìn)行施工時(shí)，也可采用手推車(chē)填料，但應(yīng)組織足夠多的車(chē)輛和人力以滿足連續(xù)填料要求的填料速度和數(shù)量，保證孔中不缺填料。

2.4 加 密

加密是振沖法處理地基的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常情況下分為填料加密和不填料加密。填料振沖加密是指將填入孔中的填料擠振密實(shí)，而后者則是完全利用地基土的自身振動(dòng)密實(shí)。樁體加密控制標(biāo)準(zhǔn)一般可分以下3種：

(1) 填料量控制標(biāo)準(zhǔn)。填料量控制標(biāo)準(zhǔn)是指在樁體加密過(guò)程中采用每延米填入填料數(shù)量作為樁體加密控制標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)通常適用于均勻土質(zhì)場(chǎng)地。目前單純采用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樁體加密控制的較少。當(dāng)施工場(chǎng)地土質(zhì)變化較大時(shí)，在采用相同填料量加密后，加密效果不理想，這是由于施工場(chǎng)地土質(zhì)的不均勻引起土質(zhì)強(qiáng)度不均勻，從而導(dǎo)致地基在沿垂直方向和水平方向都不能達(dá)到均勻，也正因?yàn)槿绱?，目前樁體加密較少采用單純填料量作為控制標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 電流控制標(biāo)準(zhǔn)。電流控制標(biāo)準(zhǔn)是指在樁體加密過(guò)程中采用振沖器的電流達(dá)到設(shè)計(jì)確定值作為樁體加密控制標(biāo)準(zhǔn)。在樁體加密施工過(guò)程中，振沖器啟動(dòng)后，在貫入土層后受周?chē)馏w的剪切約束，為克服其阻力振沖器工作電流就會(huì)升高，即電機(jī)輸出功率增大，從而保持自由振動(dòng)狀態(tài)。施工過(guò)程中，周?chē)馏w的約束力越大，振沖器的工作電流就會(huì)越大。設(shè)計(jì)確定的振沖器工作電流值實(shí)際上就是振沖器啟動(dòng)后在貫入土層前運(yùn)行的電流，即空載電流，增加某一增量得到的電流值。當(dāng)采用樁體加密過(guò)程中采用統(tǒng)一的加密電流值時(shí)，針對(duì)松軟的地基土就需要加入較多的填料量，而針對(duì)堅(jiān)硬的地基土?xí)r則需要填入的填料量較少，且地基處理后強(qiáng)度相對(duì)比較均勻。

(3) 加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。目前此標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于振沖法施工過(guò)程中，這是由于樁體加密效果在與加密電流值大小有關(guān)的同時(shí)，也和達(dá)到該電流值維持時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，因此采用這3種指標(biāo)作為控制標(biāo)準(zhǔn)能有效保障樁體加密質(zhì)量。留振時(shí)間是指施工中振沖器達(dá)到加密電流后的振動(dòng)時(shí)間。

在采用加密電流、留振時(shí)間及加密段長(zhǎng)度作為加密控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，填料量指標(biāo)僅作為參考標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)加密施工中出現(xiàn)填料數(shù)量過(guò)少情況，特別是針對(duì)以置換性質(zhì)為主的加固，應(yīng)給予充分重視；當(dāng)填料量與設(shè)計(jì)要求相差較大，應(yīng)及時(shí)研究解決，可以通過(guò)設(shè)計(jì)變更加密技術(shù)參數(shù)，調(diào)整填料量以保證工程質(zhì)量。

無(wú)論采用上述哪一種加密控制標(biāo)準(zhǔn)，樁體加密時(shí)均應(yīng)從樁底標(biāo)高開(kāi)始，逐段向上進(jìn)行，中間不得漏振。樁體加密段長(zhǎng)度越小加密效果越好，而加密段越長(zhǎng)加密效果越差。樁體加密過(guò)程中，加密水壓宜控制在0.1～0.5 MPa。加密施工過(guò)程中，每加密1.0～2.0 m應(yīng)記錄電流、水壓、時(shí)間及填料量等，且記錄應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、字跡清晰，不得隨意涂改。待加密結(jié)束后，應(yīng)先停止振沖器運(yùn)行，后停止水沖。

3 振沖法施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法

(1) 樁位偏差控制。由于土質(zhì)不均勻，周?chē)临|(zhì)強(qiáng)度有所差別，在造孔施工過(guò)程中，孔位極易向土質(zhì)偏軟的一側(cè)偏移，此時(shí)應(yīng)調(diào)整振沖器造孔位置，將振沖器向硬土一側(cè)偏向，偏移量根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定，也可在偏移一側(cè)倒入適量填料進(jìn)行糾正。如若由于振沖器垂直度差而導(dǎo)致的孔位偏移時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整振沖器的垂直度，特別要注意減震器部位的垂直度。在施工中由于從一側(cè)填料擠壓振沖器導(dǎo)致孔位偏移時(shí)，應(yīng)改變填料方向，從孔的四周進(jìn)行填料。當(dāng)樁位偏差超過(guò)施工規(guī)范或設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)重新造孔，加密成樁。

(2) 孔口返水控制。當(dāng)遇到強(qiáng)透水性砂層時(shí)，導(dǎo)致孔口返水少，這時(shí)應(yīng)加大供水量。當(dāng)孔內(nèi)有堵塞部分從而導(dǎo)致孔口返水少時(shí)，應(yīng)采取清孔措施，增加孔徑，清除堵塞，以達(dá)到返水要求。

(3) 填料控制。當(dāng)孔口比較窄小，孔中出現(xiàn)孔段堵塞，填料不暢時(shí)，應(yīng)使用振沖器將孔口擴(kuò)大，同時(shí)鏟去孔口泥土。當(dāng)填料過(guò)快、過(guò)多時(shí)，填料把振沖器導(dǎo)管卡住，填料下不去，這時(shí)應(yīng)暫停填料，慢慢上下活動(dòng)振沖器直至消除石料抱導(dǎo)管，填料順暢。填料過(guò)程中，應(yīng)注意裝載機(jī)裝料的多少及散落的數(shù)量，并核對(duì)施工場(chǎng)地的填料總量及填孔的填料總量。

(4) 串樁控制。當(dāng)土質(zhì)松軟、樁距過(guò)小或成樁直徑過(guò)大時(shí)，已經(jīng)成樁的碎石進(jìn)入附近施工的孔中，此時(shí)，在施工過(guò)程中應(yīng)擴(kuò)大樁距或?qū)⒊蓸吨睆娇s小，重新加密被串樁，且加密深度應(yīng)超過(guò)串樁的深度。當(dāng)在原樁位振沖器不能貫入孔中實(shí)現(xiàn)重新加密時(shí)，可在旁邊采取補(bǔ)樁措施，補(bǔ)樁長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)串樁深度。

4 振沖法施工質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收

振沖法處理工程屬隱蔽工程，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定的要求進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收。通常情況下質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收內(nèi)容主要包括2個(gè)方面:① 對(duì)樁長(zhǎng)、樁數(shù)、樁位、樁徑等數(shù)量尺寸上的檢測(cè)；② 對(duì)樁體質(zhì)量、樁間土加密效果、復(fù)合地基承載力及變形模量等方面的檢測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)具有代表性，并應(yīng)分布均勻。在建筑物重要部位、不同土質(zhì)有代表性地區(qū)以及施工中出現(xiàn)異常的地段，應(yīng)布置檢測(cè)點(diǎn)。

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