◎ 袁逸凡 寧波中交水運設(shè)計研究有限公司

港口工程中的重要處理步驟之一為地基處理，為了增強地基處理效率，當(dāng)前探索出了多種地基處理技術(shù)，其中的重要技術(shù)之一為振沖置換地基處理技術(shù)，在港口工程軟粘土、松砂地基的處理方面具有顯著的運用優(yōu)勢，工程開展較為方便，設(shè)備運用較為便捷，當(dāng)前在很多港口工程設(shè)計中被廣泛應(yīng)用，地基處理效果良好。

1.振沖置換地基處理技術(shù)

我國很多港口工程地質(zhì)為松、軟土地基，壓縮性大、物理力學(xué)強度低、抗震性差，不滿足工程開展條件，要求予以處理，保證港口工程地基施工的穩(wěn)定性與穩(wěn)固性。當(dāng)前我國地基處理技術(shù)快速發(fā)展，形成了振沖法、置換法、預(yù)壓法、強夯法、水泥深層攪拌法等，形成了復(fù)合施工理念。振沖置換地基處理技術(shù)運用中利用振沖碎石樁進行地基作業(yè)。港口工程地基處理具有其自身特性，由于施工條件的限制等因素的影響，工程地基處理方法較少，振沖碎石樁則運用效果顯著，在港口軟土地基處理中具有顯著的應(yīng)用效果[1]。振沖碎石樁采用了振動施工工藝，能夠有效加固地基，作業(yè)過程中，采用沖擊、振動、水沖等方式在港口工程軟土地基中挖孔設(shè)計，處理完成之后將碎石擠壓入土孔，進行重復(fù)填料與振密，碎石構(gòu)成的密實樁體。此時港口工程建筑物及荷載由振密與碎石樁土體共同承擔(dān)，顯著提升了軟土地基的承載力與穩(wěn)定性，避免沙土振動液化[2]。

2.工程概況

本文研究選擇某港口工程，防波堤兼碼頭223m、順岸碼頭106m、港外護岸67m、港內(nèi)護岸63m。

該工程上部覆蓋層包括淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，平均層厚6.12m，揭露層厚0.50m～0.80m，粉質(zhì)粘土平均層厚2.00m，中風(fēng)化片麻巖層頂高程-4.00m～-27.90m，細砂平均層厚2.61m。前沿頂高程3.5m，底高程-13.0m。工程墻身為預(yù)制鋼筋混凝土沉箱。碼頭地基采用振沖碎石樁結(jié)構(gòu)，振沖碎石樁樁徑為1.4m，樁距為1.8 m。

采用三角形布樁。上部拋填10～100kg塊石作為拋石基床，基床厚度為2.5m，基床斜坡及肩部護面塊石采用60～100kg塊石。沉箱座落于拋石基床上，沉箱兩側(cè)均帶趾，趾寬1m，沉箱底寬15m，高13.8m。橫向為三格、縱 向為四格，前、后壁厚度均為0.45m，底板厚0.50m，沉箱內(nèi)拋填10～50kg塊石。沉箱上為現(xiàn)澆砼胸墻，高3m。[3]。

3.振沖置換地基處理技術(shù)在港口工程中的應(yīng)用

3.1 振沖復(fù)合地基測試

依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范進行地基測試，開展重型動力觸探、靜載荷試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，選用的檢測儀器有DPPl00型油壓鉆機、JCQ-3型載荷試驗機、SSY-2B油泵等，檢測結(jié)果見表1。

表1 載荷實驗記錄表

對沉箱沉降過程進行探討與論證，在不同階段呈現(xiàn)不同的表現(xiàn)，早期主要表現(xiàn)為大速率沉降現(xiàn)象，之后逐漸趨于穩(wěn)定，在完成胸墻澆筑工作之后，出現(xiàn)急劇沉降現(xiàn)象，之后繼續(xù)表現(xiàn)為較為平穩(wěn)的狀態(tài)，8#沉箱的沉降表現(xiàn)是較為突出，集中體現(xiàn)了這一變化規(guī)律。

將各個觀測點的沉降曲線進行統(tǒng)一分析，將起始點均移動至從零開始，觀測點沉降歷程以一條曲線進行集中表示，橫軸單位為天，縱軸為某個時刻觀測點高程數(shù)值。分析沉箱4#～12#觀測點沉降情況，最小沉降為10#沉箱的港內(nèi)側(cè)，最大沉降發(fā)生于4#沉箱海側(cè)，累計沉降665mm。沉降平均值為0.506m[4]。見圖1。

圖1 沉箱實測沉降曲線

3.2 沖碎石樁復(fù)合地基設(shè)計工藝

此工藝運用過程中，在地基中間位置打造了一個碎石樁體，由樁間土體承擔(dān)礎(chǔ)自重及承擔(dān)部分荷載。與天然地基相比，振沖碎石樁復(fù)合地基具有相對更高的承載力，在港口工程建設(shè)完成之后能夠顯著減少地基沉降。要求進行精準(zhǔn)設(shè)計與控制，精準(zhǔn)確定樁位，在振沖碎石樁施工過程中要求及時將振沖器吊起來，利用振沖器移動至確定的樁位位置，潛水電機作業(yè)過程中產(chǎn)生高頻振動，振沖器也容易產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動。振沖器端部位置能夠噴出高壓水，逐漸沒入土中設(shè)計的深度。及時清理孔內(nèi)位置，并盡快將孔內(nèi)填入石料，利用機器振沖處理，以達到設(shè)計要求[5]，見圖2。

圖2 振沖碎石樁施工示意圖

3.3 振沖碎石樁復(fù)合地基破壞形式

當(dāng)前在具體設(shè)計過程中采用的地基處理方式主要包括整體刺入破壞、剪切破壞、擠脹破壞三種。若碎石樁長度小于碎石樁直徑的4倍，樁底支承土剛度數(shù)值不大，容易出現(xiàn)刺入破壞現(xiàn)象，樁端部刺入地基土現(xiàn)象較為突出。施工中若樁長大于這一數(shù)值，則不易出現(xiàn)刺入破壞現(xiàn)象。若工程具備足夠大的邊載，或者基底面范圍直徑適宜，一般不會出現(xiàn)整體剪切破壞現(xiàn)象。擠脹破壞在振沖碎石樁復(fù)合地基施工中則較容易出現(xiàn)。碎石樁本身粘聚力較為有限，主要承受的力為樁周土體對樁體的約束力，最終完成樁體成形。在施工深度加大的情況下，樁周土體約束力相應(yīng)增加，樁體擠脹破壞的發(fā)生幾率相應(yīng)降低，因此若出現(xiàn)擠脹破壞，則主要發(fā)生在樁體上端位置，對此應(yīng)當(dāng)及時采取相應(yīng)的應(yīng)對措施[6]。

3.4 振沖樁設(shè)計

為了得出精準(zhǔn)的振沖碎石樁復(fù)合地基沉降數(shù)值，在測算作業(yè)中要求適當(dāng)壓縮模量取值，主要考慮的影響因素為振沖對土性的影響，容易出現(xiàn)壓縮模量的變更。

結(jié)合基于置換與土體性質(zhì)改變，及時修正壓縮模量。本工程內(nèi)側(cè)部分采用直立式沉箱結(jié)構(gòu)型式設(shè)計形式，對工程地基進行必要的相關(guān)處理，及時清除表層高程-8.50m以上的淤泥，該高度以下的土層設(shè)置正三角形的振沖碎石樁，樁體中心間距設(shè)置為1.8m，碎石樁樁體直徑設(shè)置為1.2m。碎石樁在作業(yè)過程中需要穿過淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥等土層。作業(yè)中將樁體深入持力層1.0m位置。成樁后設(shè)置超過1.0m的碎石墊層，作業(yè)開展過程中該工程采用現(xiàn)澆胸墻結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，結(jié)合該工程具體設(shè)計情況進行一定調(diào)整[7]。

沉箱后拋填塊石棱體。振沖碎石樁作為一種隱蔽工程，在外觀檢測層面存在著一定的難度，地基加固效果容易受到樁體本身質(zhì)量的影響，因此在施工中要求全面檢查進場材料，保證材料質(zhì)量符合港口工程實際施工要求。重點檢測指標(biāo)為填料的粒徑、含泥量及強度等。依據(jù)施工要求進行測量放線，保證樁位標(biāo)識應(yīng)明顯、牢固，結(jié)合實際情況反復(fù)進行檢查與調(diào)整，確保符合實設(shè)計要求[8]。見表2。

表2 各觀測點最終沉降量

將觀測到的實際數(shù)值代入計算公式之中，該港口工程樁徑?jīng)_刷沉降測算公式如下：1400×（1-0.549）=631 mm，港口工程面積置換率0.549，若采用地基處理規(guī)范算法，復(fù)合地基最終沉降數(shù)值663.86mm。與實測值665mm對比，偏小0.2%。運用天然地基算法計算，復(fù)合地基最終沉降695.62mm。與最終測試的實際情況相比，計算數(shù)值偏大4.4%。綜合對比兩種計算方法，采用復(fù)合地基規(guī)范管理方式。

3.5 沉降監(jiān)測及地基檢測

本工程試驗段設(shè)置了兩個沉箱，用于收集現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行測量與分析，計算該港口工程深層水平位移觀測數(shù)據(jù)、堤身沉降觀測數(shù)據(jù)、土壓力數(shù)據(jù)。利用實際測量數(shù)據(jù)，得出具體的觀測結(jié)果，對實際工程作業(yè)方式進行優(yōu)化設(shè)計與管理，在具體作業(yè)中保證堤身及護岸的穩(wěn)定性。聯(lián)合利用多種方式增強沉降觀測的科學(xué)性、全面性，針對不同的位置斷面，采用不同的觀測手段，保證獲取需要觀測的各項數(shù)值，對整體情況進行全面監(jiān)測，得出堤身斷面總體沉降情況。在斷面方向，每個斷面選擇5個觀測點。開展動力觸探試驗，觀測工程振沖碎石樁及樁間土數(shù)值，聯(lián)合采用GPS-RTK定位技術(shù)，針對樁位進行動力觸探數(shù)據(jù)檢測[9]。

對細砂層土層情況進行綜合檢測，運用2m檢查提鉆判斷設(shè)計是否滿足實際要求，重點觀測孔口泛漿情況，綜合分析是否存在砂漿泵運轉(zhuǎn)現(xiàn)象。結(jié)合實際施工情況，適當(dāng)增大上拔力與水壓，以此預(yù)防施工中可能出現(xiàn)的氣沖、水沖現(xiàn)象。進行水沖作業(yè)，開展提錘清孔工序，設(shè)置120m·min-1拔管速度，將3m3石料投入孔內(nèi)之中，運用振管插至孔底，以此使得孔底填料密實度。保證工程施工中造孔垂直度偏差小于等于1.5%，密實電流不宜選用振沖器接觸填料瞬間電流。上部樁體直徑設(shè)置為1.3m，設(shè)計中對抽插振動頭進行及時調(diào)整，抽插高度設(shè)置為1.0m，使得吹填區(qū)樁體密實度能夠符合港口工程實際作業(yè)要求。在成樁超過2天之后進行檢驗，自檢數(shù)量要求超過樁數(shù)的2%。成樁工序完成之后鋪500mm厚碎石墊層，碾壓墊層以增強密實度。運用40工帶振壓路機振壓，及時排出地基土水分，促進土的固結(jié)，使得上部載荷均勻分布，保證沉降均勻化[10]。

4.結(jié)束語

在軟地基處理層面的港口工程施工中，振沖置換地基處理技術(shù)相比傳統(tǒng)地基處理技術(shù)，能夠有效縮短工程周期，降低港口工程成本，綜合處理效果良好，具體設(shè)計中要求結(jié)合實際情況進行一定調(diào)整，在港口工程地基設(shè)計中具有推廣應(yīng)用價值。