无填料振冲法 技术领域
本发明涉及一种对地基进行稳定、加固处理的方法，特别是涉及一种对粉细砂层地基进行处理的无填料振冲法。
背景技术
目前国内外工程中采用的‘无填料振冲法’工艺仅适用于处理粘粒含量小于10％的粗砂地基和中砂地基，不适用于处理饱和疏松粉细砂层的地基。查新报告检索也未发现目前国内外有应用‘无填料振冲法’对大面积的粉细砂层地基进行处理的实际例子。相对于有填料振冲法，无填料振冲法具有施工周期短、施工价格低等优点。港口、机场和道路等工程常常需要对大面积浅层软土质地基进行处理，不能应用无填料振冲法给这些工程带来了施工困难，增加了巨大的工程投资。
发明内容
本发明的目的是为了克服了现有无填料振冲法处理粉细砂层地基的不足，提供一种广泛适用于饱和粉细砂层地基处理的无填料振冲法。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种无填料振冲法，其特征在于设定如下振冲施工参数：a.振冲深度设定为大于吹填砂标高与地面标高之差，小于吹填砂标高与原状土标高之差；b.振冲间距设定为2m到3m，振冲孔位按正三角形布置；c.振冲密实电流设定为20A到25A；d.留振时间设定为孔中8s-10s，孔底30s；e.振冲时水压设定为0KPa-50KPa；f.振冲下降速率设定为0m/min-2m/min，提升速度设定为1m/min-2m/min；g.振冲方式设定为双振或三振。所述施工参数b振冲间距设定为2.5m。所述施工参数g双振或三振采用一辆吊车、“人”字形钢梁、二台或三台振冲器组成的振冲群组进行工作。振冲开始前对场地预先进行降水和排水，降水和排水采用明沟和塑料盲沟结合的方法，降水和排水直到地下水位能满足振冲机械正常移动为止。振冲结束后采用振冲碾压机对振冲处理后的场地再碾压二遍，每边碾压间隔时间为24小时。
本发明的有益效果是：实现了‘无填料振冲法’对大面积粉细砂层地基的处理。相对于‘有填料振冲法’和其它地基加固处理方法，本发明所述无填料振冲法对粉细砂层地基的处理具有施工简便，快速有效，节省施工费用的优点。同时本发明所述无填料振冲法可以使地基砂土层堆积更密实，减少地基的沉降，提高砂土表层的承载力，大大提高工程的优质率。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步详细描述：‘无填料振冲法’对地基进行处理时不添加碎石桩等填料，传统的振冲施工参数不适应粉细砂地工程特性。饱和粉细砂一般在接近初始液化时加密效果最好，当达到完全液化时，由于粉细砂呈流动状态，颗粒不时连接又不时破坏，粉细砂加密的可能性将大大减小。由于粉细砂颗粒较小，传统振冲法采用的高压水流易使粉细砂颗粒形成流沙随水流溢出或呈完全液化状态而达不到加固地基的目的。另外传统振冲法过高的振动频率一般只能增大粉细砂流态区而无益于粉细砂的处理。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，因此如果根据粉细砂的性质改进传统振冲法施工参数，有可能采用‘无填料振冲法’对粉细砂层地基进行成功的加固处理。
实施例1 通过实验确定了所述无填料振冲法的振冲施工参数：
1.采用‘无填料振冲法’施工前首先对施工区域进行排水，由于进行水力吹填砂后，地下水位较高，因此应对施工场地进行适当的降水和排水。降水和排水可以采用常规方法如排水明沟等，地下水位降排至能满足振冲机械正常移动为宜，一般应降排地下水位在地面1m左右。另外在振冲施工中及振冲施工结束后也应该做好排水工作防止积水过多。
2.振冲机械设备采用“人“字形钢梁，一机二吊或三吊，即一辆吊车通过一个“人“字形钢梁带二台或三台振冲器组成振冲器组工作。
3.设定振冲间距及孔位布置，振冲间距取2.0m-3.0m，孔位呈正三角形布置。如工程对地基承载力要求较高则振冲间距取小值，如工程对地基承载力要求较低则振冲间距取大值。
4.设定适当的振冲深度，振冲深度应根据吹砂前的地面标高和吹砂结束后的砂面标高情况进行控制，原则上使振冲器既能贯入到吹填砂的底部，又避免深入到原状土中，以防带出较多泥浆和扰动原状土层。振冲深度设定为大于吹填砂标高与地面标高之差，小于吹填砂标高与原状土标高之差。
5.冲孔、成孔，启动吊机使振冲器在水平振动的同时利用其振动和低水压的作用，缓慢贯入粉细砂中的预定深度，下降速率设置以1m/min-2m/min，同时观察振冲器的电流变化，电流最大值不得超过电动机的额定电流。当超过额定电流时必须减慢振冲器下沉速度或者停止振冲器的下沉。由于水力吹填的一般是饱和的粉细砂，因此必须采用低水压，水压和水量应尽可能小，以小于50kPa但是不堵塞振冲器进水管为宜。
6.振冲，当振冲器下沉到设计加固深度以上0.3m-0.5m时，需减少冲水。其后继续使振冲器下沉至设计加固深度以上的0.5m时，在这一深度留振30s左右，然后分段提升0.3m-0.5m振密，每段留振时间在6s-10s直到结束。如中部遇到硬夹层时，应适当扩孔，每深1m，应停5s-10s扩孔，达到设计孔深后，振冲器再往返1次-2次，以便进一步扩孔。
7.留振时间指振冲器在加固地基内某一区段的工作时间。在饱和粉细砂中进行‘无填料振冲’时，留振时间设置为8s-10s，过长的留振时间使砂土液化范围较大无助于对细砂层的加固。
8.密实电流反映砂土地基加固密实程度，与振冲碎石桩的密实电流不同，水力吹填粉细砂‘无填料振冲’的密实电流设置为20A-25A。密实电流是反映砂土地基加固密实程度的重要参数，密实电流的大小直接关系着密实程度。
9.检测效果，可以通过振冲施工中的沉降量、标贯击数及静力触探对振冲加固的效果进行检测。
实施例2某集装箱港区道路堆场应用无填料振冲法应用实例。某集装箱港区道路堆场位于长江新老大堤之间的沙滩地上，滩地标高为-0.1m-1.0m，港区拟建的道路堆场标高为5.5-6.0m。由于场地的原地面标高较低，在上吹填了厚约4.0m-5.5m的粉细砂，吹填砂颗粒均匀，粒径大于0.0075mm的粉细砂颗粒含量大于85％，含水量高，含泥量一般小于5％。该区域原滩地下地基土层分布自上而下大致分为五层，第一层为粉砂混粉质粘土；第二层为淤泥质粉质粘土夹粉砂；第三层为粉砂；第四层为饱和软粘土层，灰色，软塑，局部为淤泥质粘土；第五层为粉质粘土和粉砂互层。由于软土层和吹填砂层较厚，由吹填砂层本身产生的沉降较大且极不均匀，因此采用‘无填料振冲法’对吹填砂层进行加固处理可以节省大量施工时间，节约大量施工费用，同时该施工场地也是检验所述无填料振冲法施工参数是否成熟的试验场。
首先在大施工场地划定了小面积场地进行无填料共振法处理粉细砂层地基的振冲实验：小面积粉细砂层地基无填料振冲试验分A和B两个小区，小区面积均为20m×30m。在A小区进行了无填料振冲法的试验，在B小区进行了联合振动碾压试验，即对该小区采用无填料振冲法之后再用振冲碾压机对振冲处理后的场地碾压二遍，每边碾压间隔时间为24小时。B小区又分成两部分，以场区长边中点的连线为对称轴，其中一半振冲深度为5.5m，成桩44孔，振冲结束后无振稳压二遍。试验中采用ZCQ-30振冲器，其余有关试验参数见表1。
表1 振冲试验中的试验参数 振冲工艺 振冲间距(m) 振冲深度(m) 振冲面积(m2) 单点振冲 2.0 6.5 300 两点共振 2.5 6.5 100 3.0 5.5 300 4.5 300 三点共振 2.5 6.5 200
振冲对沉降的影响，振冲试验中沉降观测成果见表2。
表2 不同振冲工况下的沉降值振冲工况 平均沉降(mm)单振(间距2.0m，振冲深度6.5m) 229.7双振及三振(间距2.5m，振冲深度6.5m) 298.8双振(间距3.0m，振冲深度5.5m) 141.8双振(间距3.0m，振冲深度4.5m) 127.5
由表2可以看出，振冲的沉降主要受振冲深度、振冲间距和振冲方式等因素影响。总的说来，振冲沉降随振冲深度的增加而增加，随桩点间距和离开桩点间距的增加而减小，双点共振和三点共振沉降较单点振动的沉降大。
振冲试验中的有关静探和标贯测试结果见表3、表4、表5。
表3 静力触探试验结果对比表(A区) 深度 (米)振冲前比贯入阻力(Mpa) 振冲后 单点振冲 双点振冲 三点振冲 比贯 入阻 力 (MPa) 比贯入阻力 增加的百分 比(与振冲 前相比) 比贯 入阻 力 (MPa) 比贯入阻力 增加的百分 比(与振 冲 前相比) 比贯 入阻 力 (Mpa) 比贯入阻力 增加的百分 比(与振冲 前相比) 0-1. 51.48 3.39 129％ 4.22 185％ 4.17 182％ 1.5- 42.14 5.90 176％ 5.30 148％ 7.10 232％
表4 静力触探试验结果对比表(B区)深度(米)振冲前比贯入阻力(MPa) 振冲后振动碾压前 振冲联合振动碾压后 比贯入阻 力(MPa)比贯入阻力增加的百分比(与振冲前相比) 比贯入阻力 (MPa) 比贯入阻力增加的 百分比(与振冲前 相比)0-1.52.64 3.8445％ 7.35 178％1.5-43.83 4.6321％ 7.15 87％
表5 标准贯入试验结果对比表(A和B区)深度(米)振冲前击数 振冲后(A区) 振冲联合振动 碾压后(B区) 单点振冲 双点振冲 三点振冲振冲后击数 标贯 击数 增加 的百 分比 (与振 冲前 相比) 振冲 后击 数标贯击数增加的百分比(与振冲前相比)振冲后击数标贯击数增加的百分比(与振冲前相比)振冲联合振动碾压后击数标贯击数增加的百分比(与振冲前相比)0-1.54.412.2 177％ 12. 1175％11.9170％15.3248％1.5-48.121.8 169％ 22. 2174％22.4177％19.6142％
由表3、表4、表5体现所述无填料振冲法对粉细砂层地基处理的效果。所述无填料振冲对地面下4m左右的吹填砂粉细砂层能起到加固作用，效果明显。而且无填料振冲联合振动碾压法使浅层4m左右的吹填砂由加固前的疏散状态变成加固后的中密状态。双振及三振的无填料振冲工艺对吹填砂的加固效果好于单振振冲工艺，小间距振冲的加固效果优于大间距振冲效果。振冲间距越小，加固效果越好。
无填料振冲法对所述集装箱港区道路堆场大面积粉细砂层地基处理的实际应用。降水及排水采用明沟和塑料盲沟结合的方法：整个施工区域布置五条明沟；明沟底标高+3.5m，底宽1.5m，采用竹笆和编织布护坡；五条明沟贯通，明沟水先通过设在临时道路下的涵管，然后通过外排水门外排；在施工区域布置垂直于明沟的塑料盲沟，盲沟埋深起始点或中点标高1.0m，盲沟出水口标高-1.3m，盲沟间距15m，每条支线采用1根塑料盲沟材。无填料振冲法的施工参数：大面积施工前划分整个施工区域为五大区域，分别标示为C-1区、C-2区、C-3区、C-4区、C-J区，每个大区再划分为20m×40m的小块。振冲深度应根据吹砂前的地面标高图和吹砂结束时的砂面标高情况进行控制，应使振冲器既能贯入到吹填砂的底部，又避免深入到原状土中，以防带出较多泥浆和扰动下卧原状土层。振冲间距及孔位布置设定，振冲间距2.5m，孔位呈正三角形布置。振冲设备，采用两点线性共振法进行施工，采用“人’字钢梁一机二吊，即一辆吊车二个ZCQ-30振冲器组成振冲群组进行工作。其它振冲参数为，水压小于50kPa，下沉速率小于2m/min；提升速度控制在1m/min-2m/min，上拔间距控制在0.3m-0.5m，留振时间为8s-10s，孔底留振时间为30s，密实电流20A-25A。施工效率，所述大面积粉细砂层地基处理工程于2001年1月22日开工，至2001年4月22日竣工，总工期91个日历日，实际加固面积39.5万平方米。工程量见表6。
表6 振冲工程量统计表 区号 小区个数 振冲孔组数 面积(m2) 1区 93 6568 70318.5 2区 122 8749.5 94467.5 3区 173 12168.5 130687.8 4区 117 7690 83211.5 J区 16 1456 15848.5 合计 521 36632 394533.8
无填料振冲法对所述集装箱港区道路堆场大面积粉细砂层地基处理的加固效果，可以从振冲对沉降的影响判断。沉降观测成果见表7。
表7 振冲施工沉降观测成果 区号 小区个数 平均沉降 (mm) 自检合格率 (％) 平行抽检合格 率(％) C-1区 119 0.33 98 97 C-2区 136 0.41 100 100 C-3区 159 0.32 96 98 C-4区 101 0.31 98 98.5 C-J区 16 0.31 100 100
每个小区在无填料振冲施工结束后7-14天后，由施工单位首先采用静力触探、标贯自检，对自检合格小区由监理随机定位，检测组平行抽检，检测结果均达到国家工程标准和设计要求。本发明所述无填料振冲法在技术措施和工艺参数方面与国内外目前其它存在的加固方案相比在技术上更加先进，工艺参数更合理，具有良好的社会和经济效益，可供有关软基加固规范参考。