振冲法地基加固

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第88页（3615字）

利用振动和水冲加固地基的方法称为振冲法，这是在地基处理中比较常用的一种方法，主要适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。

(一)振冲法的加固原理

振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电动机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在振动力和高压水流的联合作用下，振冲器沉到土中的预定深度，用循环水将孔中的稠泥浆带出，经过清孔后从地面向孔中逐渐添加填料(如碎石或其他粒料)，每段填料均在振动力的作用下被振挤密实，达到规定的密实度后提升振冲器，第一段完成操作。第二段重复以上各工序，直到地面，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体，与原地基构成一种复合地基，从而提高地基承载能力，改善了土体的排水通道，并对可能发生液化的砂土产生预振效应，防止地基土出现液化。

不同土质的土壤，振冲起着不同的作用。在黏性土中，振冲主要起置换作用，工程上称为“振冲置换”；在砂性土中，振冲主要起挤密作用，工程上称为“振冲挤密”。

1．振冲置换的原理

振冲置换的原理为：振冲法应用于黏土层时，是利用振冲器在高压水流下边振边冲，在软弱黏性土地基中冲成直孔，在孔内分批填入碎石等坚硬粒料，从而制得一根根承载力较高的桩体，这种桩体称为“碎石桩”。这些碎石桩在软弱土层中，当黏性土层的不排水抗剪强度大于20kPa时，由于黏性土层的约束作用，可以保证桩体的稳定，并能与原来的黏性土层构成复合地基。

当桩体贯穿软弱土层达坚硬土层时，在复合地基中起到应力集中的作用，桩体承担大部分荷载，而使桩间的土体承担的荷载相应减少。当桩体处于软弱土层时，起到垫层的应力扩散和均布作用，从而提高了地基的整体承载力，减少地基的沉降。振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。

2．振冲挤密的原理

振冲挤密的原理为：振冲法应用于砂性土时，对砂层产生两个方面的挤密作用，一是振冲器的强力振动使饱和砂层产生液化。砂颗粒的移动使其重新排列，从而使颗粒间的孔隙减少；二是通过振冲器的水平振动和回填粒料，使周围砂层挤压密实。

(二)振冲处理地基的影响因素

工程实践和试验证明，振冲法制作的桩体，其填料量、桩的直径及复合地基的面积置换率等，是影响复合地基强度的主要因素。桩的直径与土质、土体强度、桩体填料的种类与粒径、振冲器类型及施工质量又密切相关。在强度较弱的土层中桩体直径较大，而在强度较高的土层中桩体直径较小。振动力越大，桩体的直径越大。但是，由于土层中的土并非均匀体，其组成是非常复杂的，因此实际的桩体并不是理想的圆柱体，桩体直径是指按每根桩的用料量估算的平均理论直径，一般取0．80～1．2m。

(三)振冲法的机具设备

振冲法施工的机具比较简单，主要设备有：振冲器、起重机械、水泵、供水管道、加料设备和控制设备等。

振冲器是振冲法施工中的主要机具，是由立式潜水电动机直接带动一组偏心块，产生一定频率和振幅的水平方向振动力的专用机械。压力水通过振冲器空心竖轴从下端喷出，其构造如图2－4所示。

图2－4 ZQC系列振冲器构造示意图

加料设备可采用起重机吊运自制吊斗或用翻斗车加料；水泵和供水管道可根据需要水压力进行选用。

(四)振冲法的施工要点

在振冲成孔填料施工前，应通过现场试验确定成桩的施工参数。施工参数主要包括：振冲孔间距、达到土体密实度时的密实电流值、成孔速度、留振时间、填料量等。填料应选择不溶于地下水，或不受侵蚀影响且本身无侵蚀性和性能稳定的坚硬粒料。填料粒径应适宜，以确保振冲效果及效率。如果粒径过大，在边振边填过程中难以顺利落入孔内；如果粒径过小，在孔内沉入的速度太慢，不容易振密实。振冲碎石桩的施工过程，主要包括定位、成孔、清孔和振密等。

1．定位

在碎石桩振冲施工前，为确保桩位的位置、尺寸、排列正确，首先应按设计图纸的要求，用经纬仪定出各冲孔的中心位置并编号。

2．成孔

振冲置换造孔的方法多种多样，在工程中常用的有排孔法、跳打法和帷幕法等。排孔法，即由一端开始到另一端结束，依次不间隔地成孔；跳打法，即每排孔施工时，采用隔一孔造一孔的成孔顺序；帷幕法，即先造基础外围2～3圈的孔，再造内圈的孔。成孔一定要认真仔细，不得出现遗漏。

振冲器用履带式起重机或卷扬机悬吊，对准放线预定的桩位，打下振冲器的下喷水口，启动振冲器(图2－5a)，水压一般控制为400～600kPa，水量为200～400L／min。此时，振冲器以其自身重量和振动喷水作用，大约以1～2m／min的速度徐徐沉入土中，每沉入0．5～1．0m，应在此段留振5～10s进行扩孔，待孔内的泥浆溢出时再继续沉入，一直达到设计深度为止。在黏性土中应重复成孔1～2次，使孔内泥浆变稀，然后将振冲器提出孔口，便可形成直径为0．8～1．2m的孔洞。

3．清孔

清孔是清除振冲过程中形成的泥浆和泥块，以便填料顺利地下落至孔底，并便于将碎石振密实。即当振冲达到设计深度时，振冲器应在孔底适当留振并关闭下喷水口，同时打开上喷水口，以便排除孔中的泥浆(图2－5b)。

4．振密

在清孔完成后将振冲器提出孔口，立即向孔内倒入一批填料，使填料落至孔底约1m堆高(图2－5c)，然后将振冲器再下降至孔内的填料中进行振密(图2－5d)，待密实电流达到规定的数值，将振冲器再提出孔口，再向孔内倒入填料，如此自下而上反复进行，直至孔口顶端，成桩操作完成(图2－5e)。

图2－5 碎石桩制桩的步骤

(a)定位；(b)振冲下沉；(c)加填料；(d)振密；(e)成桩

在施工场地上应事先开设排泥浆水沟系统，将成桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池，定期将沉淀池中的泥浆挖出，运送至预先安排的弃泥地点。沉淀池上部的清水可以重复使用，以降低工程费用。

(五)振冲法的质量控制

振冲法加固地基的质量，主要用密实电流、填料量和留振时间等指标进行控制。我国目前常用的振冲器为ZQC－30型，振冲加固黏性土地基的密实电流为50～55A，砂性土为40～50A；当桩的直径为0．8m时，每米桩体的填料量为0．6～0．7m³，土质较差时为0．7～0．8m³。

振冲加固地基会对原土结构造成扰动，使地基原土的强度降低。因此，质量检验应在施工全部结束后间隔一定时间，对砂土地基间隔1～2周，对黏性土地基间隔3～4周，对粉土和杂填土地基间隔2～3周。

桩顶部位由于周围的约束力很小，密实度很难达到要求，检验取样时应考虑此因素。对振冲密实法加固的砂土地基，如果不加任何填料，质量检验主要是地基的密实度，可用标准贯入、动力触探等方法进行，但选点应有代表性。如在地震地区进行抗液化加固地基，应进行现场孔隙水压力试验。

振冲法加固地基的质量检查项目，主要包括填料粒径、密实电流、地基承载力和桩体直径等。