王浩
广西水利电力勘测设计研究院北海分院 广西北海 536000
摘要：通过振冲碎石桩在北海市北部海堤外沙岛段的深淤泥基础处理中的应用，为类似堤防深软基的处理提供参考。
关键词：振冲碎石桩；海堤；基础；处理
1 工程概况
北海市北部海堤工程位于北海市北侧，西起地角，东至高德，堤长17.0km，分为外沙岛堤段和北岸堤段，保护面积6.25km2，保护人口9.8万人，直接受益人口20万人，是北海市港口、码头、高档宾馆、餐饮业、市民居住的主要聚集地。
外沙岛海堤为直墙式全浆砌石挡土墙，墙高约6.0m，运行至今10多年，由于外沙岛海堤W0+569～W1+058基础存在深淤泥软土基层，该段挡土墙有较大的下沉和滑动变形，原堤已失去防潮功能，需要进行加固处理。
2 振冲碎石桩设计
经地质勘探，外沙岛堤段的软弱基础主要为砂质淤泥，成分主要由石英质细中砂及淤泥质组成，呈极松散～软塑状，局部流塑状，厚度为0.60～5.4m。
对于外沙岛堤段深淤泥层基础的处理，设计时对钢筋砼灌注桩方案、清淤吹砂抛石换基方案、振冲碎石桩方案三个方案进行了对比，最后采用振冲碎石桩方案。
采用振冲碎石桩加固地基我国于上世纪七十年代末从国外引入，主要用于工业与民用建筑软地基处理，提高地基承载力。通过施工机械在淤泥等软土地基振冲加入碎石、卵石、碎砖等硬质材料，在周边软质材料约束下形成桩体，桩与原软土基础结合共同受力形成复合地基。复合地基的容许承载力与桩体材料、地基土性、桩位布置和间距、施工设备功率及质量等因素有关，虽有理论计算公式，但精度有一定出入，工程上均通过现场试桩，以便确定桩距、容许承载力、设备电流值等重要参数，供工程施工过程控制工程质量使用。
本项目在设计时根据规范和参考同类工程的有关参数，结合理论计算，粗选桩距，待工程正式开工再进行试桩最终确定有关施工参数。
（1）桩距选择
桩距、置换率等主要参数是依据地基需要容许承载力进行确定，本工程为重力式挡墙结构，高度在4～5m之间，考虑背土侧压力影响，平均基底压力为P＝110 kPa左右，需要地耐力为140～160kPa。
软弱下卧层的应力验算：当地基持力层以下有软弱下卧层时，可采用下式验算。
Pz+Pcz≤R
式中：
① Pz－软弱下卧层顶面处的附加压力，单位kPa。
基础为条形基础，底宽B=2.87m，则Pz＝B（P－Pc）/（B+2Ztgθ）
Pc－基础地面处的土自重应力Kpa。墙外高程为2.0m，墙内约4.0m，平均取3.0m，均在高潮位以下，则Pc＝（3.0－0.48）×10＝25.2kPa。
Z－基础底面至软土顶面距离，Z＝0.48－（－2.5）＝2.98m。
θ－地基应力扩散角，对于粘性软土，θ＝22°。
Pz＝2.87（110－25.2）/（2.87+2×2.98tg22°）＝46.1kPa
② Pcz－软弱下卧层顶面处土的自重压力，单位kPa。
本工程选择淤泥顶层最浅断面（淤泥最浅，对基础不利）进行计算，厚约为3.0m，因该部分均处于地下水位以下，土重应为浮重，则Pcz＝10×3＝30kPa。
Pz+Pcz＝46.10+30＝76.1 kPa
③ fspk－软弱下卧层顶面处地基土的地耐力。
复合地基在上层与基础按接触面处（0.48m高程）为一个承力面层，下层在－2.50m高程处为软土地基承力面层，对该面层均应进行承载力验算。
振冲碎石桩与桩固土层形成复合地基受力，其计算理论是建立在对软土作出不排水十字板快剪试验的基础上进行的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因本工程主要软土层位于水下较深位置，设计阶段难以通过试验确定，且根据以前多个工程实例，计算值均有一定出入，应强调以现场试桩为实施依据。故设计阶段采用《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T5214-2005）的规定计算无荷载试验资料时的复合地基容许承载力，在实施阶段再根据试桩试验情况进行调整。
fspk＝[1+m（n－1）]fsk （5.0.4－3）
式中fspk－复合地基容许承载力；
m－面积置换率，是桩的截面积与其影响面积的之比，参照同类工程，选桩距为1.50m，等边三角形布置；桩径采用《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T5214-2005）的规定计算， ，经计算平均桩径约1.0m；则置换率m=（π×1.02/4）/（1.5×1.5cos30°）＝0.40。
n－桩土应力比，n值与桩体材料、地基土性、桩间距、施工质量、桩位布置等因素有关。根据11个工程统计，n值在1.44～6之间，一般是原土越差，机械功率越大，则n值越大，反之则越小。本工程拟采用75kW振冲设备，参考同类工程，淤泥层n值选用5，中砂层n值选用3。
fsk－原地基土的容许承载力，根据地质资料，砂层为100kPa，淤泥层为30 kPa。
则基础底面中粗砂和下卧淤泥层复合地基容许承载力分别为：
fspk砂＝[1+m（n－1）]fsk＝[1+0.4（3－1）]×100＝180 kPa＞140～160kPa；
fspk淤泥＝[1+m（n－1）]fsk＝[1+0.4（5－1）]×30＝78 kPa＞76.1kPa；
所选桩距形成的复合地基在上下两层均符合基础应力要求。
（2）边桩确定
振冲碎石桩主要用于淤泥地基加固，因受上部基础应力影响，对下部产生应力扩散，故应在建筑物基础边线外增设2～3排边桩，防止边桩破坏引起基础下沉破坏。结合本工程情况，拟在挡土墙基础内边线外增设2排振冲桩防护；挡土墙基础外侧可利用原旧挡土墙作海堤护脚基石，并在原挡墙堤脚外抛砌块石保护，不需另设边桩。
3 工程施工
在施工前，施工方选择有代表性地段进行振冲试验，以验证振冲加固处理效果，并确定相应的材料、设施、密实电流、留振时间等重点施工参数，供施工时控制使用。
经试验，本工程采用桩径1000mm，间距为1.5m，长度为12m，呈等边三角形布置，采用ZCQ- 75型振冲器施工，井架式起吊行走，填料为粒径20- 50mm碎石，振冲水泵水压力可用0.4~0.6MPa，水量约为200~410L/min，造孔速度不大于2m/s。密实电流值为40-50A，灌料时停留5-l0s以振冲加密，每次灌料数量不超过1m，施工顺序“由里及外”。
振冲桩施工结束28天后进行成桩质量检验和验收。当成桩检验合格并通过验收后，挖除桩顶不密实部分，即进行第二次平整。在二次场地平整并压实后，铺筑0.5m厚碎石垫层，分两层铺筑碾压，碾压工具采用150~200kN振动碾压机压实，面高程为0.48m，作为海堤重力墙基础底面。
4 结论
（1）试验结果表明，振冲碎石桩工艺施工对于高含水率，高压缩性，强度低的软弱淤泥类土，可改变地基土的性质，提高土的承载能力，加固后的复合地基，承载力可达150kPa；基础施工至工程竣工，实测沉障量不足30mm。
（2）大粒径振冲碎石桩工艺施工简易，成本低，施工周期短，受地下水影响小，抗腐蚀能力高，可在软土地基中推广应用。
（3）振冲碎石桩在软土中成桩与土层的约束力有密切关系，成桩的效果和承载与桩径、桩间距、密实电流、留振时间等参数的关系较大，应通过试验验证，以达到理想的效果。
（4）振冲碎石桩在北海市北部海堤外沙岛段的深淤泥基础处理中的成功应用，可为类似堤防深软基的处理提供参考。
参考文献：
[1]《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T5214-2005）
[2]赵进坤.振冲碎石桩在软土地基处理中的应用.水运工程.2001（7）
[3]段树强，李海燕，郭擎瀛.振冲碎石桩在汾河二坝西干节制闸地基处理中的施工工艺和质量检测.山西省水利学会.2008.12
论文作者:王浩
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：地基论文; 碎石论文; 淤泥论文; 基础论文; 海堤论文; 承载力论文; 工程论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;