振沖擠密法在平陸運河工程海堤地基處理中的應用

摘要：針對沿海地區(qū)軟土分布較為普遍，天然地基承載力往往達不到工程設計要求的情況，文章提出采用振沖擠密法作為地基處理方法，并以平陸運河欽州城區(qū)段犁頭嘴海堤地基處理為依托工程，探討了振沖擠密法在海堤地基處理工程中的應用效果。經(jīng)振沖效果檢測可知，該工程處理后的地基承載力明顯提升，增幅為62.5%～95.8%，達到了設計目標，而且具有擠密效果顯著、施工便捷、環(huán)境影響小、成本經(jīng)濟等優(yōu)點，可在類似工程建設中推廣應用。

關(guān)鍵詞：海堤工程；地基處理；振沖擠密；地基承載力

中文分類號：U656.31+4A030072

0引言

沿海地區(qū)工程項目遇到軟土地基的情況較為常見，且軟土地基在天然狀態(tài)下往往達不到工程要求的地基承載力。軟土地基是海堤工程施工中經(jīng)常需要解決的問題，其地基處理的傳統(tǒng)方法有預壓法、換填法、夯實法、復合地基等。振沖擠密法作為一種低成本的地基處理方法，在港口碼頭工程中應用較多，在水利工程的海堤基礎(chǔ)處理應用較少。振沖擠密法通過對土體進行振動和擠密，可以有效改善土體的強度和穩(wěn)定性，從而提高地基的安全性和穩(wěn)定性［1］。該技術(shù)具有多種優(yōu)點，如施工速度快、施工成本低、環(huán)境影響小等。

本文通過對振沖擠密法在平陸運河海堤地基處理中的應用進行研究和探討，為后續(xù)類似海堤工程的設計和施工提供有價值的參考和借鑒。

1工程概況

該工程為受平陸運河建設影響改建的海堤工程。平陸運河工程是新中國成立以來建設的首條大運河，也是西部陸海新通道的骨干工程，可通航5 000噸級船舶。犁頭嘴海堤是欽州城區(qū)防洪工程的重要組成部分，防洪（潮）標準為20年一遇，堤防等級為4級，其位于欽江下游，距離入?？诩s6 km，為潮汐河段。堤防附近生長有紅樹林，屬于生態(tài)敏感區(qū)，環(huán)保要求高。

本次需改建的犁頭嘴海堤堤線總長1.83 km，對應的平陸運河航道樁號為K113+383～K114+529、K115+786～K116+353，最大堤身高度約為6 m，采用均質(zhì)土堤。海堤典型橫斷面見圖1。工程所在河段為海陸交互沉積區(qū)，岸坡開挖高度約13 m左右，覆蓋層以中粗砂、粉細砂、粉質(zhì)黏土為主?，F(xiàn)場檢測地基承載力為80～100 kPa，不滿足海堤地基承載力（≥130 kPa）的設計要求。為防止后期地基發(fā)生較大沉降，引起堤身的變形開裂，需要針對砂性地基進行處理。

2振沖擠密法機理及優(yōu)點

振沖法是一種增強地基承載力和穩(wěn)定性的有效處理方法，適用于處理松散砂地基，其原理是通過振沖裝置產(chǎn)生高頻振動，壓迫周圍土體，使砂層液化，砂顆粒重新排列，從而減少土體孔隙，增強地基承載力和抗震能力。

振沖擠密法最早在1937年應用于德國柏林市的粗砂地基加固［2］，有效提高了地基承載力和相對密度，隨后逐漸被全球認可。20世紀50年代末至60年代初，英國、德國和美國通過回填碎石方法擴展了其應用范圍，發(fā)展出無填料振沖法和填料振沖法兩大分支。前者適用于中、粗砂加固，后者適用于黏性土加固。振沖擠密法除了可提高基礎(chǔ)承載力外，還作為砂基抗震防止液化的有效措施得到了廣泛應用。

目前軟土地基處理方法比較多，海堤工程設計規(guī)范中明確：淺埋的薄層軟土宜挖除，當軟土厚度較大難以挖除或挖除不經(jīng)濟時，可采用控制填筑速率法、放緩邊坡或反壓法、排水墊層法、水泥攪拌樁法、樁基復合地基法、土工織物鋪墊法、排水井法、拋填擠淤法、爆炸置換法等，亦可綜合多種方法進行處理［3］。

與水泥攪拌樁法［4-5］等地基處理方法相比，振沖擠密法具有施工便捷、效果顯著、費用低、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，具體見下頁表1。

3在平陸運河海堤地基處理中的應用

3.1振沖地基處理設計

犁頭嘴海堤為河口三角洲地貌，水面寬廣，河底高程為-3～-1 m，兩岸灘涂地面高程為1～4 m。海堤基礎(chǔ)落實在海陸交互相沉積層（Qmc）的中粗砂層上，砂層黃褐色，松散狀，主要由石英、長石等礦物組成，含少量礫石，含泥量約5%～10%，局部相變?yōu)榈[砂，層厚約2～5 m，自然狀態(tài)下承載力較低。

工程區(qū)場地開闊平坦，交通方便，具備大型施工設施進場條件。由于采用換填法工程量較大，且會影響現(xiàn)有堤防安全；受項目用地限制，放緩邊坡或反壓法涉及新增用地，較難處理；水泥攪拌樁法投資較大，且可能會影響到周圍紅樹林生態(tài)，也不適用。

因此，在綜合考慮后，平陸運河犁頭嘴海堤采用無填料振沖擠密法進行海堤基礎(chǔ)加固。

振沖處理范圍為海堤基礎(chǔ)以外5～10 m，振沖深度要求穿過砂層1.0 m或至巖石基面。振沖點孔位按等邊三角形布置，以邊長2 m的等邊三角形布置，采用ZCQ-75振沖器［6］。

主要振沖參數(shù)如下：

（1）密實電流＞75A。

（2）水壓為0.5 MPa。

（3）提升速度為1.5 m/min。

（4）每段提升高度為1.0 m，每段留振45 s。

振沖擠密施工過程［7］：啟動振沖器，檢查空振電流（25A左右）；打開水閥供水，同時啟動卷揚機下振；振沖器提管上畫有明顯標尺，啟動振沖器，使振沖器以1～2 m/min的速度徐徐下沉；當振沖器下沉至設計底標高時，減少沖水，并在這一深度留振30 s；當電流達到密實電流時盡量保持留振時間，然后提升，繼續(xù)留振，如此反復直至振沖器提出砂面，移機至下一個振點。

3.2振沖施工過程控制

振沖擠密施工過程中的密實電流是反映砂基加固密實程度的關(guān)鍵指標。因此，必須嚴格按設計要求的密實電流進行施工，以確保砂基的加固效果。留振時間是影響砂土液化程度和影響范圍的重要參數(shù)，留振時間的長短會影響砂土的液化程度，顆粒細則留振時間長。故在施工過程中應依據(jù)砂的粒徑適當調(diào)整留振時間。同時，必須嚴格控制提升速度，避免振沖時間過短及漏振的情況發(fā)生，以確保砂基的加固效果［8］。

此外，樁位平面偏差也是振沖加密施工過程中的重要指標。為了確保樁位的準確性，須將樁位平面偏差控制在半個振沖器直徑以內(nèi)。施工時，必須嚴控垂直度、分段提升高度及振沖深度，以確保樁位的準確性。

施工前，須認真檢查振沖器的絕緣性能，以確保振沖器的安全性和可靠性。

3.3振沖效果的檢測

該工程平均砂層厚度為2～4 m，與常規(guī)的振沖擠密施工項目比，砂層厚度相對較薄，振沖效果有待檢驗。為此，在進行工程施工前，選取一段海堤基礎(chǔ)進行生產(chǎn)性試驗，以檢驗振沖擠密的效果，試驗段面積為800 m2。試驗段檢測結(jié)果如表2所示。由表2可見，在進行振沖擠密后，地基承載力有了顯著提升，滿足設計要求。

4結(jié)語

沿海地區(qū)軟土分布較為普遍，天然地基承載力往往達不到工程設計要求，軟土地基處理是海堤工程常遇到的問題。但在以往的海堤工程中地基處治方式采用振沖擠密法的案例比較少。

本文依托項目表明振沖處理在海陸交互沉積區(qū)砂層厚度相對較薄的情況下仍有較強的適用性，處理后地基承載力明顯提升，增幅達62.5%～95.8%，達到了設計目標，并且具有擠密效果顯著、施工便捷、環(huán)境影響小、成本經(jīng)濟等優(yōu)點，可在類似工程建設中推廣應用。

參考文獻：

［1］李繼才，叢建，曹軍.振沖法加固砂土地基工藝選擇及施工參數(shù)控制［Ｊ］.水運工程，2018（10）：197-202.

［2］STEUERMAN S.A new soil compaction device［J］.Engineering News Record，1939（1）：56-58.

［3］GB/T51015-2014，海堤工程設計規(guī)范［S］.

［4］段繼偉，龔曉南，曾國熙.水泥攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律［J］.巖土工程學報，1994，16（4）：1-8.

［5］徐新躍.水泥土攪拌樁加固軟土地基試驗研究［C］.巖石力學新進展與西部開發(fā)中的巖土工程問題—中國巖石力學與工程學會第七次學術(shù)大會論文集，2002.

［6］JTS 147-2017，水運工程地基設計規(guī)范［S］.

［7］JTS 206-2017，水運工程地基基礎(chǔ)施工規(guī)范［S］.

［8］鄭華強.碼頭后方回填砂振沖密實施工技術(shù)淺析［J］.低碳世界，2014（22）：275-276，277.

作者簡介：張倩（1993—），碩士，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)工程、水運工程管理工作。