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摘要：为提高闸室基础抗震性能及承载力，解决地震液化的问题，采用振冲砂桩对其基础进行抗地震液化处理
关键词：振冲砂桩、抗震性、承栽力、软土地基施工
中图分类号：TU471文献标识码： A
一、工程概况
松原市壅水坝工程位于第二松花江干流下游河段，本工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，由过水土坝和翻板闸等主要建筑物（3级）组成，翻板闸布置在右岸主河道，顺水流方向由上游铺盖、闸室、消力池、海曼共四部分组成。闸室段为现浇混凝土结构，闸室段总长227.60m，共16孔，每孔净宽12.00m。闸室底板采用平底板，底板厚度为1.80m,长20m。闸室基础为粉土质砂，存在地震液化问题，采用振冲砂桩法地基处理技术，振冲砂桩直径0.80m,正三角形布置，间、排距2m×1.73m,使振冲砂桩深入到不液化土层，可以达到提高地基承载力，减小建筑物地基沉降量，提高软土地基的稳定性，消除地震液化的目的。
二、地基处理要求
1、本工程采用振冲密实法。振冲桩填料采用中粗砂，含泥量不大于5%。
2、基础砂层处理后相对密度满足8度抗地震液化要求，中细砂和粉土质砂基础振冲加密后相对密度要求达到0.75以上。
3、振冲砂桩采用正三角形满堂布桩，振冲处理深度、范围及桩距根据技施设计图纸确定。
三、施工参数的确定
振冲砂桩各施工参数如振冲电流控制标准、留振时间、造孔速度等根据设计图纸中提供的范围，做试桩试验确定。经过现场试桩实验，确定参数如下：造孔速度m/min控制，成孔水压0.5Mpa,密实水压0.3Mpa，振冲砂桩的质量是以振冲器振动时的工作电流达到规定值为控制标准，本工程以电流值达到100A~120A为控制标准，达到密实后留振时间为10S ~ 15S。
四、施工方法
1、振冲砂桩施工流程
图1-1施工流程图
2、振冲施工
2.1 施工设备
施工设备见表1
2.2 振冲砂桩施工工序（见图1-2）
(1)清理场地，接通电源、水源；
(2)施工机具就位，起吊振冲器对准桩位；
(3)造孔
①振沖器对准桩位，先开启压力水泵，振冲器末端出水口喷水后，再启动振冲器，待振冲器运行正常开始造孔, 使振冲器徐徐贯入土中，直至设计的持力层。
②造孔过程中振冲器应处于悬垂状态。振冲器与导管之间有橡胶减震器联结，因此导管有稍微偏斜是允许的，但偏斜不能过大，防止振冲器偏离贯入方向；
③造孔速度和能力取决于地基土质和振冲器类型及水冲压力等，一般不宜大于2.0 m/min；
(4)清孔：造孔时返出的泥浆稠或孔中有狭窄或缩孔地段应进行清孔。清孔可将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下反复提拉振冲器，使孔口返出泥浆变稀，保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落。
(5)填料加密：采用强迫填料制桩工艺。制桩时应连续施工，加密从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振。当达到设计规定的加密电流和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一个段加密，每段加密长度应符合试验要求。
(6)重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计要求桩顶标高。
(7)关闭振冲器，关水，制桩结束。
图1-2振冲桩施工工序示意图
2.3 振冲桩施工控制质量标准和技术要求
2.3.1 造孔和清孔
(1)施工时振冲器喷水中心与孔径中心偏差不得大于5cm；
(2)振冲造孔后，成孔中心与施工图纸定位中心偏差不得大于10cm；
(3)桩顶中心与定位中心偏差不得大于桩孔直径的0.25倍。
(4)振冲器贯入土中应保持垂直，其偏斜应不大于桩长的3%。
2.3.2 填料和加密
填料方法：
本工程采用强迫填料法。采用强迫填料时，主要利用振冲器的自重和振动力将孔上部填料送到孔的下部。
加密按下述要求进行：
(1)加密电流、留振时间、加密段长度及填料数量，应符合试桩选定的上述参数；
(2)应用电气自动控制系统控制加密电流和留振时间；
(3)加密必须从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振，加密至地表。
加密电流的方式，应采用自升式或冲击式，本工程拟采用冲击式。
2.4纠正预防措施
施工过程中质量控制要素主要有：桩位偏差、施工深度、填料量、施工技术参数及在施工过程中对桩体密实度和桩间土加密效果进行随机抽检。
2.4.1桩位偏差控制
要使成桩后的桩位偏差达到规范要求，首先在造孔时要控制孔位偏移。造孔过程中发生孔位偏移原因及纠正方法如下。
（1）由于沙土质不均匀，造孔时向土质软的一侧偏移。纠正方法可使振冲器向硬土一边开始造孔，偏移量多少在现场施工中确定，也可在软土一侧倒入填料阻止桩位偏移；
（2）振冲器导管上端横拉杆拉绳拉力方向或松紧程度不合适造成振冲器偏移。纠正方法调整拉绳方向和松紧度；
（3）振冲器与导管安装时中心线不在垂直线上或导管弯曲。纠正方法调整振冲器与导管的中心线在垂直线上，对弯曲的导管应调直或更换；
（4）施工从一侧填料挤压振冲器导致桩位偏移。纠正方法改变填料方向从孔的四周加入填料。
2.4.2桩长控制
（1）在振冲器和导管安装完后，应用钢尺丈量并在振冲器和导管标出长度标记，一般0.5m为一段，使操作人员据此控制振冲器入土深度；
（2）应了解地面高程变化情况，依据地面高程确定应造孔的深度；
（3）施工中当地面出现下沉或淤积抬高时，振冲器入土深度也要做相应的调整，以确保成桩长度。
2.4.3填料量控制
（1）要统计每次装载机填料多少及散落在孔外的数量；
（2）要核对进入施工场地的填料的总量和填入孔内填料的总量，发现后者大于前者时，应检查施工记录并妥善处理。
2.4.4施工技术参数控制
电动振冲器施工技术参数有造孔电流、加密电流、留振时间、加密段长度、水压、填料数量、终孔电流。
当采用加密电流，留振时间，加密段长度作为综合控制指标时，填料数量将受上述这些指标所约束。但在振冲置换处理时，填料量多少关系到成桩直径的大小和置换率大小，因此，当填料数量比设计要求过多或过少时，应及时与监理、设计单位分析原因，必要时通过设计变更，适当改变加密电流，留振时间，以保证工程质量。
施工技术参数控制时应注意下列事项：
（1）为保证加密电流或油压和留振时间准确性，施工中应采用电气自动控制装置。在振动条件下使用，设定的加密电流值，留振时间可能发生变化，应及时调整；
（2）施工中应确保加密电流、留振时间和加密段长度都已达到设计要求，否则不能结束一个段长的加密；
（3）本项目为多台机组处理同一对象，由于制造或使用原因，相同型号的振冲器，空载电流也有差别。因此，在施工中应经常调整不同型号振冲器的加密电流、加密油压，以保证各机组施工质量的一致性；
（4）应定期检查电气设备，不合格，老化，失灵的原器件应及时更换。
2.4.5防止抱卡导杆的措施
本工程振冲施工涉及的地层施工过程中可能发生抱卡导杆的情况，影响施工工效和质量。一般采取以下技术措施可确保振冲成桩顺利进行。
（1）采用贯穿地层能力强的大功率振冲设备解决贯穿难度集中地段的振冲加密；
（2）采用大直径高强度导杆，减小导杆与振冲器连接处的直径突变，增加造孔设备自重，增强穿透能力，也可降低砂层抱卡导杆的机会；
（3）当出现抱卡导杆的迹象时，应及时停止下放振冲器，让振冲器停留在原深度，加大水压预冲一段时间, 然后缓慢下放振冲器, 在该地段附近多次上下提拉振冲器, 防止卡孔, 实现穿透；
（4）当振冲器不慎卡埋在孔中, 采用以上措施无效时，可使用大吨位吊车提住振冲器，启动振冲器慢慢上提，多次启动直至提出；若一时不能提出，可暂停电机运行，继续水冲，过一段时间待障碍物束缚振冲器及导管的应力解除后再按上面的步骤提拔；而当振冲器电机损坏，吊车不能提出时，可采用其它振冲器在其周围打孔，或用反铲开挖一定深度减小阻力，再使用反铲或装载机配合吊车提拔。
2.4.6保证桩头密实程度的技术措施
（1）根据同类工程施工经验，桩顶适当延长留振时间、减小加密段长度、减小加密水压；
（2）当加密接近桩顶时，采用强打，反复振捣，或采用粗粒径级配良好的填料，保证加密质量。
2.4.7振冲施工中常见问题的纠正预防措施
振冲施工过程中常见问题的纠正预防措施见表2。
表2 振冲施工中常见问题的纠正预防措施
五、 振冲砂桩质量检测
按照设计要求，在振冲砂桩施工完毕15天后由具有检测资质的东北勘测设计研究院对施工质量进行了检测。桩体密实度采用重型动力触探试验，标准为动力触探平均贯入10cm的锤击数大于等于6到9击，随机检测了总桩数的1%即30点，全部合格；桩间土检测采用原位测试，检测了60点，相对密度均大于设计要求的相对密度大于等于0.75的标准，全部合格。最终检测结果表明桩体密实度及桩间土经振冲砂桩处理后满足地基抗地震液化指数，满足设计要求。
结束语
振冲砂桩的质量主要取决于造孔和清孔时的水压，填料成桩时的密实电流和留振时间，以及每次的填料量，因此在施工中应详细记录，认真分析总结，发现问题及时补救。振冲砂桩在水工建筑物软基中的应用，能够消除地震液化，提高地基的密实度。是一种工艺施工简单，造价低，施工速度快，效果显著，经济效益好的软基处理方法，随着国家科学技术的不断发展，振冲砂桩技术在水工建筑物软基施工中会得到更广阔的应用。
关键词：振冲砂桩、抗震性、承栽力、软土地基施工
中图分类号：TU471文献标识码： A
一、工程概况
松原市壅水坝工程位于第二松花江干流下游河段，本工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，由过水土坝和翻板闸等主要建筑物（3级）组成，翻板闸布置在右岸主河道，顺水流方向由上游铺盖、闸室、消力池、海曼共四部分组成。闸室段为现浇混凝土结构，闸室段总长227.60m，共16孔，每孔净宽12.00m。闸室底板采用平底板，底板厚度为1.80m,长20m。闸室基础为粉土质砂，存在地震液化问题，采用振冲砂桩法地基处理技术，振冲砂桩直径0.80m,正三角形布置，间、排距2m×1.73m,使振冲砂桩深入到不液化土层，可以达到提高地基承载力，减小建筑物地基沉降量，提高软土地基的稳定性，消除地震液化的目的。
二、地基处理要求
1、本工程采用振冲密实法。振冲桩填料采用中粗砂，含泥量不大于5%。
2、基础砂层处理后相对密度满足8度抗地震液化要求，中细砂和粉土质砂基础振冲加密后相对密度要求达到0.75以上。
3、振冲砂桩采用正三角形满堂布桩，振冲处理深度、范围及桩距根据技施设计图纸确定。
三、施工参数的确定
振冲砂桩各施工参数如振冲电流控制标准、留振时间、造孔速度等根据设计图纸中提供的范围，做试桩试验确定。经过现场试桩实验，确定参数如下：造孔速度m/min控制，成孔水压0.5Mpa,密实水压0.3Mpa，振冲砂桩的质量是以振冲器振动时的工作电流达到规定值为控制标准，本工程以电流值达到100A~120A为控制标准，达到密实后留振时间为10S ~ 15S。
四、施工方法
1、振冲砂桩施工流程
图1-1施工流程图
2、振冲施工
2.1 施工设备
施工设备见表1
2.2 振冲砂桩施工工序（见图1-2）
(1)清理场地，接通电源、水源；
(2)施工机具就位，起吊振冲器对准桩位；
(3)造孔
①振沖器对准桩位，先开启压力水泵，振冲器末端出水口喷水后，再启动振冲器，待振冲器运行正常开始造孔, 使振冲器徐徐贯入土中，直至设计的持力层。
②造孔过程中振冲器应处于悬垂状态。振冲器与导管之间有橡胶减震器联结，因此导管有稍微偏斜是允许的，但偏斜不能过大，防止振冲器偏离贯入方向；
③造孔速度和能力取决于地基土质和振冲器类型及水冲压力等，一般不宜大于2.0 m/min；
(4)清孔：造孔时返出的泥浆稠或孔中有狭窄或缩孔地段应进行清孔。清孔可将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下反复提拉振冲器，使孔口返出泥浆变稀，保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落。
(5)填料加密：采用强迫填料制桩工艺。制桩时应连续施工，加密从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振。当达到设计规定的加密电流和留振时间后，将振冲器上提继续进行下一个段加密，每段加密长度应符合试验要求。
(6)重复上一步骤工作，自下而上，直至加密到设计要求桩顶标高。
(7)关闭振冲器，关水，制桩结束。
图1-2振冲桩施工工序示意图
2.3 振冲桩施工控制质量标准和技术要求
2.3.1 造孔和清孔
(1)施工时振冲器喷水中心与孔径中心偏差不得大于5cm；
(2)振冲造孔后，成孔中心与施工图纸定位中心偏差不得大于10cm；
(3)桩顶中心与定位中心偏差不得大于桩孔直径的0.25倍。
(4)振冲器贯入土中应保持垂直，其偏斜应不大于桩长的3%。
2.3.2 填料和加密
填料方法：
本工程采用强迫填料法。采用强迫填料时，主要利用振冲器的自重和振动力将孔上部填料送到孔的下部。
加密按下述要求进行：
(1)加密电流、留振时间、加密段长度及填料数量，应符合试桩选定的上述参数；
(2)应用电气自动控制系统控制加密电流和留振时间；
(3)加密必须从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振，加密至地表。
加密电流的方式，应采用自升式或冲击式，本工程拟采用冲击式。
2.4纠正预防措施
施工过程中质量控制要素主要有：桩位偏差、施工深度、填料量、施工技术参数及在施工过程中对桩体密实度和桩间土加密效果进行随机抽检。
2.4.1桩位偏差控制
要使成桩后的桩位偏差达到规范要求，首先在造孔时要控制孔位偏移。造孔过程中发生孔位偏移原因及纠正方法如下。
（1）由于沙土质不均匀，造孔时向土质软的一侧偏移。纠正方法可使振冲器向硬土一边开始造孔，偏移量多少在现场施工中确定，也可在软土一侧倒入填料阻止桩位偏移；
（2）振冲器导管上端横拉杆拉绳拉力方向或松紧程度不合适造成振冲器偏移。纠正方法调整拉绳方向和松紧度；
（3）振冲器与导管安装时中心线不在垂直线上或导管弯曲。纠正方法调整振冲器与导管的中心线在垂直线上，对弯曲的导管应调直或更换；
（4）施工从一侧填料挤压振冲器导致桩位偏移。纠正方法改变填料方向从孔的四周加入填料。
2.4.2桩长控制
（1）在振冲器和导管安装完后，应用钢尺丈量并在振冲器和导管标出长度标记，一般0.5m为一段，使操作人员据此控制振冲器入土深度；
（2）应了解地面高程变化情况，依据地面高程确定应造孔的深度；
（3）施工中当地面出现下沉或淤积抬高时，振冲器入土深度也要做相应的调整，以确保成桩长度。
2.4.3填料量控制
（1）要统计每次装载机填料多少及散落在孔外的数量；
（2）要核对进入施工场地的填料的总量和填入孔内填料的总量，发现后者大于前者时，应检查施工记录并妥善处理。
2.4.4施工技术参数控制
电动振冲器施工技术参数有造孔电流、加密电流、留振时间、加密段长度、水压、填料数量、终孔电流。
当采用加密电流，留振时间，加密段长度作为综合控制指标时，填料数量将受上述这些指标所约束。但在振冲置换处理时，填料量多少关系到成桩直径的大小和置换率大小，因此，当填料数量比设计要求过多或过少时，应及时与监理、设计单位分析原因，必要时通过设计变更，适当改变加密电流，留振时间，以保证工程质量。
施工技术参数控制时应注意下列事项：
（1）为保证加密电流或油压和留振时间准确性，施工中应采用电气自动控制装置。在振动条件下使用，设定的加密电流值，留振时间可能发生变化，应及时调整；
（2）施工中应确保加密电流、留振时间和加密段长度都已达到设计要求，否则不能结束一个段长的加密；
（3）本项目为多台机组处理同一对象，由于制造或使用原因，相同型号的振冲器，空载电流也有差别。因此，在施工中应经常调整不同型号振冲器的加密电流、加密油压，以保证各机组施工质量的一致性；
（4）应定期检查电气设备，不合格，老化，失灵的原器件应及时更换。
2.4.5防止抱卡导杆的措施
本工程振冲施工涉及的地层施工过程中可能发生抱卡导杆的情况，影响施工工效和质量。一般采取以下技术措施可确保振冲成桩顺利进行。
（1）采用贯穿地层能力强的大功率振冲设备解决贯穿难度集中地段的振冲加密；
（2）采用大直径高强度导杆，减小导杆与振冲器连接处的直径突变，增加造孔设备自重，增强穿透能力，也可降低砂层抱卡导杆的机会；
（3）当出现抱卡导杆的迹象时，应及时停止下放振冲器，让振冲器停留在原深度，加大水压预冲一段时间, 然后缓慢下放振冲器, 在该地段附近多次上下提拉振冲器, 防止卡孔, 实现穿透；
（4）当振冲器不慎卡埋在孔中, 采用以上措施无效时，可使用大吨位吊车提住振冲器，启动振冲器慢慢上提，多次启动直至提出；若一时不能提出，可暂停电机运行，继续水冲，过一段时间待障碍物束缚振冲器及导管的应力解除后再按上面的步骤提拔；而当振冲器电机损坏，吊车不能提出时，可采用其它振冲器在其周围打孔，或用反铲开挖一定深度减小阻力，再使用反铲或装载机配合吊车提拔。
2.4.6保证桩头密实程度的技术措施
（1）根据同类工程施工经验，桩顶适当延长留振时间、减小加密段长度、减小加密水压；
（2）当加密接近桩顶时，采用强打，反复振捣，或采用粗粒径级配良好的填料，保证加密质量。
2.4.7振冲施工中常见问题的纠正预防措施
振冲施工过程中常见问题的纠正预防措施见表2。
表2 振冲施工中常见问题的纠正预防措施
五、 振冲砂桩质量检测
按照设计要求，在振冲砂桩施工完毕15天后由具有检测资质的东北勘测设计研究院对施工质量进行了检测。桩体密实度采用重型动力触探试验，标准为动力触探平均贯入10cm的锤击数大于等于6到9击，随机检测了总桩数的1%即30点，全部合格；桩间土检测采用原位测试，检测了60点，相对密度均大于设计要求的相对密度大于等于0.75的标准，全部合格。最终检测结果表明桩体密实度及桩间土经振冲砂桩处理后满足地基抗地震液化指数，满足设计要求。
结束语
振冲砂桩的质量主要取决于造孔和清孔时的水压，填料成桩时的密实电流和留振时间，以及每次的填料量，因此在施工中应详细记录，认真分析总结，发现问题及时补救。振冲砂桩在水工建筑物软基中的应用，能够消除地震液化，提高地基的密实度。是一种工艺施工简单，造价低，施工速度快，效果显著，经济效益好的软基处理方法，随着国家科学技术的不断发展，振冲砂桩技术在水工建筑物软基施工中会得到更广阔的应用。