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0.前言
振动水冲法，又称振冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时起动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，使其在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器，如此反复直至地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，提高地基承载力，减少沉降，是一种快速、经济有效的加固方法。
1.振冲法施工工艺
振冲法施工工艺流程为:平整场地→布置桩位→桩机定位→开启供水泵和振冲器→造孔至设计深度→清孔→分层填料制桩→控制密实电流和留振时间→控制桩顶标高→关闭振冲器和水泵→移至下一桩位。关键工序概述如下。
1.1定位、成孔
振冲前,应按设计图定出冲孔中心位置并编号。在振冲器由钻机卷扬机或吊车就位后,打开下喷水口,启动振冲器在振动力和水冲作用下在土层中形成一个孔洞,直至设计标高处,然后经过换浆清孔工序,用循环水带出孔中稠泥浆。若遇到较密实的表土层,可先用钻头钻一直径为90～110mm的孔至设计标高处,然后再吊放振冲器,以利于提高成孔工效和保证桩孔的垂直度。
成孔的主要工艺参数为:水压保持4～18MPa,工作时不得中断射水;振冲器贯入速度一般为1～2m/min,每贯入0.5～1.0m,应将振冲器悬留5～lOs,进行扩孔,待孔内泥浆溢出时,再继续贯入。
施工中可根据工程实际条件,选择合适的造孔方法和步骤,主要如下:1)排孔法。由一端开始,依次逐步造孔到另一端结束。此法易于施工,且不易漏掉孔位。但当孔位较密时,后打的桩容易发生倾斜和位移;2)跳打法:同一排孔采取隔一孔造一孔。此法先后造孔影响小,易保证桩的垂直度。但要防止漏掉孔位,并应注意桩位准确;3)围幕法:先造外围2～3圈(排)孔,然后造內圈(排)。采用隔圈(排)造一圈(排)或依次向中心压造孔。此法能减少振冲能量扩散,振密效果好,可节约桩数10%～15%,大面积施工常用此法。但施工时应注意防止漏掉孔位和保证其位置准确。
1.2填料成桩
清孔后即用装载机向孔内填料。为了能顺利地填入振密,填料不宜过猛,每批不宜加填太多,具体如下。
1.2.1填料质量要求；振冲法所需的硬粒径填料宜选用粒径介于20～150mm,含泥量≤5%,级配良好、性能稳定的坚硬碎石或卵石材料,禁止使用单级配填料。在振冲试验过程中根据实际情况进行材料的级配优化;2)填料方法。填料方式主要有连续填料和间断填料两种,正常施工时,以连续填料为主,遇孔道堵塞等异常情况,则采用间断填料。采用连续填料填料时,振冲器留在孔内设计孔深30～50cm以上的位置,从孔口四周连续下料,逐段振密,振冲器每次提升段长≤0.5m,整个制桩过程中石料均处于满孔状态。采用间断填料时,应将振冲器提出孔口后再加入填料,填料倒入孔内高1m时,再将振冲器振冲贯入填料振捣。即间断下料,逐段振密。另外采用强迫填料时,应利用振冲器的自重和振动力将孔内上部填料送至孔的下部。
1.3振密
依靠振冲器的水平振动力将填入孔中的石料不断挤向侧壁土层中同时使填料挤密,振密质量一般以加密电流、留振时间、填料数量、加密段长、饱和范围等参数控制,应达到设计规定的数值。加密电流值应随振冲器的空振电流值作适当调整。施工中将按以下要求控制:
1.3.1用电气自动控制系统控制加密电流和留振时间；初步采用留振时间≥10s,加密电150A;2)加密自孔底开始,逐段向上,提升速度5～6m/min;振冲器每次上提长度要严格按施工技术要求控制,逐段做好振密搭接,以防漏振;3)加密位置达到基础设置高程以上1～1.5m;4)加密电流的方式将采用自升式或冲击式;5)孔底以上1～1.5m处填料量为施工图纸规定值的两倍,全孔填料充盈系数>1.05;6)填料时水压一般控制在0.4～1.2MPa;7)地表段(桩头)加密效果不稳定段进行清除或碾压密实,并铺设一层20～50cm厚的碎石层且碾压密实,以保证桩顶密实度并达到设计基础高程的要求。
2.振冲施工应注意的问题
根据工程的情况和设计要求,工程振冲加密桩的桩长普遍比较长,大部分在20m以上,已经超出了现行规范的深度范围,施工难度比较大,属于深桩振冲施工。起吊高度大,起吊变量也大,必须采用大吨位吊车。深桩区随着导杆的长度增加,振冲器的吊起与放倒是操作的技术、安全重点。
2.1实际加密时间不足的问题
振冲桩是在已造孔内逐段加填砂石料，分节加密而成的。加密时间的长短成为桩体密实程度的主要因素。但在实际施工中发现，振冲器携带石料未达到加密段顶头时就达到加密电流，自动控制加密时间装置就开始计时。这样加密时间不足，导致桩体的密实度达不到设计要求。笔者认为产生原因有三：一是连续填料，二是孔径不足，三是填料量过大。因此，要充分清孔控制填料量，发现振冲器在明显下降开始达到加密电流时，不能以自动装置来控制时间，应由人工控制时间，使实际加密时间达到本工程设计要求的10s。
2.2振冲器工作电压不足问题
振冲器用电是由高压电线经变压器再输经监控台，然后通过电缆输入到振冲器中的。监控台电压表读数即是变压器输送到监控台的电压，也是监控台输送到振冲器的输出电压，一般认为就是振冲器的工作电压。但实际振冲器的工作电压并未达到设计电压。因本工程布孔为条带状，过长的电缆电损耗，使振冲器功率达不到额定值，影响加密效果，甚至会出现造孔“闷机”。为解决这一问题，根据计算及施工经验，监控台引出电缆长度最大不得超过150m。
2.3清孔问题
清孔必须清到底，否则底部桩体将充满清孔下来的表层黏性土和粉细砂，即使它暂时能承受加密电流的振荡力，但时间一长，随着孔隙压力的消散和桩体与周围土粒的重新分布，其强度也自然要降低，并且桩体的透水性和排水条件也难以保证。
2.4造孔后应立即清孔
造孔后如不紧接着清孔，将造成上一种情况，但其因位置在桩体的中部，问题将会更严重，危害将更大。
3.总结
3.1在水利工程中,排除振冲器适用深度以外的情况,采用振冲法进行坝体的加固处理在技术上是可行的。
3.2当回填料本身的差异与高边坡回填施工方式而造成回填坝体在竖向与平面上均存在有较大的离散性时,一般振冲器受回填料影响将不能达到设计深度的情况,也存在振冲器无法挤密的情况。此时,通过程实践经验,无疑采用振冲加固处理方案及参数为现有可行方案中最为经济的实施方案。
3.3考虑后期施工中前后制桩顺序的相互影响,应采用由内向外的施工顺序,以尽可能的减少后期施工对前期成桩的不利影响。
振动水冲法，又称振冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时起动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，使其在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器，如此反复直至地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，提高地基承载力，减少沉降，是一种快速、经济有效的加固方法。
1.振冲法施工工艺
振冲法施工工艺流程为:平整场地→布置桩位→桩机定位→开启供水泵和振冲器→造孔至设计深度→清孔→分层填料制桩→控制密实电流和留振时间→控制桩顶标高→关闭振冲器和水泵→移至下一桩位。关键工序概述如下。
1.1定位、成孔
振冲前,应按设计图定出冲孔中心位置并编号。在振冲器由钻机卷扬机或吊车就位后,打开下喷水口,启动振冲器在振动力和水冲作用下在土层中形成一个孔洞,直至设计标高处,然后经过换浆清孔工序,用循环水带出孔中稠泥浆。若遇到较密实的表土层,可先用钻头钻一直径为90～110mm的孔至设计标高处,然后再吊放振冲器,以利于提高成孔工效和保证桩孔的垂直度。
成孔的主要工艺参数为:水压保持4～18MPa,工作时不得中断射水;振冲器贯入速度一般为1～2m/min,每贯入0.5～1.0m,应将振冲器悬留5～lOs,进行扩孔,待孔内泥浆溢出时,再继续贯入。
施工中可根据工程实际条件,选择合适的造孔方法和步骤,主要如下:1)排孔法。由一端开始,依次逐步造孔到另一端结束。此法易于施工,且不易漏掉孔位。但当孔位较密时,后打的桩容易发生倾斜和位移;2)跳打法:同一排孔采取隔一孔造一孔。此法先后造孔影响小,易保证桩的垂直度。但要防止漏掉孔位,并应注意桩位准确;3)围幕法:先造外围2～3圈(排)孔,然后造內圈(排)。采用隔圈(排)造一圈(排)或依次向中心压造孔。此法能减少振冲能量扩散,振密效果好,可节约桩数10%～15%,大面积施工常用此法。但施工时应注意防止漏掉孔位和保证其位置准确。
1.2填料成桩
清孔后即用装载机向孔内填料。为了能顺利地填入振密,填料不宜过猛,每批不宜加填太多,具体如下。
1.2.1填料质量要求；振冲法所需的硬粒径填料宜选用粒径介于20～150mm,含泥量≤5%,级配良好、性能稳定的坚硬碎石或卵石材料,禁止使用单级配填料。在振冲试验过程中根据实际情况进行材料的级配优化;2)填料方法。填料方式主要有连续填料和间断填料两种,正常施工时,以连续填料为主,遇孔道堵塞等异常情况,则采用间断填料。采用连续填料填料时,振冲器留在孔内设计孔深30～50cm以上的位置,从孔口四周连续下料,逐段振密,振冲器每次提升段长≤0.5m,整个制桩过程中石料均处于满孔状态。采用间断填料时,应将振冲器提出孔口后再加入填料,填料倒入孔内高1m时,再将振冲器振冲贯入填料振捣。即间断下料,逐段振密。另外采用强迫填料时,应利用振冲器的自重和振动力将孔内上部填料送至孔的下部。
1.3振密
依靠振冲器的水平振动力将填入孔中的石料不断挤向侧壁土层中同时使填料挤密,振密质量一般以加密电流、留振时间、填料数量、加密段长、饱和范围等参数控制,应达到设计规定的数值。加密电流值应随振冲器的空振电流值作适当调整。施工中将按以下要求控制:
1.3.1用电气自动控制系统控制加密电流和留振时间；初步采用留振时间≥10s,加密电150A;2)加密自孔底开始,逐段向上,提升速度5～6m/min;振冲器每次上提长度要严格按施工技术要求控制,逐段做好振密搭接,以防漏振;3)加密位置达到基础设置高程以上1～1.5m;4)加密电流的方式将采用自升式或冲击式;5)孔底以上1～1.5m处填料量为施工图纸规定值的两倍,全孔填料充盈系数>1.05;6)填料时水压一般控制在0.4～1.2MPa;7)地表段(桩头)加密效果不稳定段进行清除或碾压密实,并铺设一层20～50cm厚的碎石层且碾压密实,以保证桩顶密实度并达到设计基础高程的要求。
2.振冲施工应注意的问题
根据工程的情况和设计要求,工程振冲加密桩的桩长普遍比较长,大部分在20m以上,已经超出了现行规范的深度范围,施工难度比较大,属于深桩振冲施工。起吊高度大,起吊变量也大,必须采用大吨位吊车。深桩区随着导杆的长度增加,振冲器的吊起与放倒是操作的技术、安全重点。
2.1实际加密时间不足的问题
振冲桩是在已造孔内逐段加填砂石料，分节加密而成的。加密时间的长短成为桩体密实程度的主要因素。但在实际施工中发现，振冲器携带石料未达到加密段顶头时就达到加密电流，自动控制加密时间装置就开始计时。这样加密时间不足，导致桩体的密实度达不到设计要求。笔者认为产生原因有三：一是连续填料，二是孔径不足，三是填料量过大。因此，要充分清孔控制填料量，发现振冲器在明显下降开始达到加密电流时，不能以自动装置来控制时间，应由人工控制时间，使实际加密时间达到本工程设计要求的10s。
2.2振冲器工作电压不足问题
振冲器用电是由高压电线经变压器再输经监控台，然后通过电缆输入到振冲器中的。监控台电压表读数即是变压器输送到监控台的电压，也是监控台输送到振冲器的输出电压，一般认为就是振冲器的工作电压。但实际振冲器的工作电压并未达到设计电压。因本工程布孔为条带状，过长的电缆电损耗，使振冲器功率达不到额定值，影响加密效果，甚至会出现造孔“闷机”。为解决这一问题，根据计算及施工经验，监控台引出电缆长度最大不得超过150m。
2.3清孔问题
清孔必须清到底，否则底部桩体将充满清孔下来的表层黏性土和粉细砂，即使它暂时能承受加密电流的振荡力，但时间一长，随着孔隙压力的消散和桩体与周围土粒的重新分布，其强度也自然要降低，并且桩体的透水性和排水条件也难以保证。
2.4造孔后应立即清孔
造孔后如不紧接着清孔，将造成上一种情况，但其因位置在桩体的中部，问题将会更严重，危害将更大。
3.总结
3.1在水利工程中,排除振冲器适用深度以外的情况,采用振冲法进行坝体的加固处理在技术上是可行的。
3.2当回填料本身的差异与高边坡回填施工方式而造成回填坝体在竖向与平面上均存在有较大的离散性时,一般振冲器受回填料影响将不能达到设计深度的情况,也存在振冲器无法挤密的情况。此时,通过程实践经验,无疑采用振冲加固处理方案及参数为现有可行方案中最为经济的实施方案。
3.3考虑后期施工中前后制桩顺序的相互影响,应采用由内向外的施工顺序,以尽可能的减少后期施工对前期成桩的不利影响。