欧盛花
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摘要：水工建筑物地基处理十分重要，具体操作期间，应结合地基沉降率、承受力与渗透性，水工建筑物设计期间选择最佳的地基加固技术直接影响水工建筑物安全与稳定性，基于此，文章就振冲法在地基加固处理中的应用展开详细分析，希望能对水工建筑地基处理带来一定帮助。
关键词：振冲加固技术；水工建筑物；地基处理；施工应用
引 言
地基作为建筑物的主要支撑，地基加固十分重要，其与建筑结构安全稳定性密切相关，但是在土质松软的土地中，由于不能将其作为天然地基，有必要对其进行人工处理，以此为基础，不断提升地基承载力与稳定性。水利建筑物地基引起自身特点，地基结构除了要具备一定稳定性与承受例外，还应具备较好的防渗性。因此，水工建筑设计期间，应做好地基加固工作。
1 不同的地基加固技术适用性分析
不同的土质对地基的加固技术有所不同，较软的土基类型的地基要使用换土夯实技术、沙井预压技术、振冲技术、打桩技术和钻孔灌注桩技术；而岩基类的土层需要用岩基灌浆技术、破碎带技术和断层裂隙的技术。如表1所示不同的地基加固技术及特点。
表1不同的地基加固技术及特点
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2 振冲加固技术的作用机理与适用条件
振冲法加固地基机理主要通过以下两种方式实现：①应力集中效应：由于碎石桩的刚度和强度均远大于桩间土，当两者协调共同工作时，地震剪应力按刚度分配多集中于碎石桩上，桩间土的地震剪应力随之大为减小，也就减小了产生液化的超孔隙水压力。利用横向挤密作用，使地基土粒彼此靠紧，孔隙被填满和压紧，孔隙减少。桩体具有较高的承载力，以致桩和原土组成复合地基，达到加固的目的。②振冲机挤密作用：通过振冲器使得水平软土中孔隙水压能较快地消散，从而加快地基沉降固结速度，提高土的固结度，增大地基承载力和抗震性能加振作用。见图1。
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图1振冲加固技术施工原理
振冲加固法适用于处理砂土、粉土、素填土等各类地基，原则上只要小于0.005mm的粘粒含量不超过10%，土壤的挤密效果会显著提升。当粘性土壤粒的含量大于30%时，土壤粒多为砾石和粗砂，砂石之间的摩擦阻力会大幅上升，挤密效果反而会下降。
当土壤挤密度在合理区间范围内，抵抗填料的阻力就会越小，打桩时所需的桩体半径就会越大，土与桩之间的结合力就越大，地基加固效果就会好。但是土壤挤密度过低就会引起桩体松动，土壤与桩体的结合就达不到平衡。此时地基加固效果就会欠佳，一般认为桩体的抗剪切力应不低于16kPa，否则该地的土壤条件就不适用振冲加固法。
3 水工建筑物设计中地基处理振冲加固技术的应用
3.1 施工准备
在设计水土建筑物的过程中应用地基处理振冲加固技术，可提高建筑物的稳定性与坚实度，由此确保在抵御外来水源侵袭期间展现出较强的防御效果，以免水资源肆意流淌而影响其利用率。在具体操作环节，应切实做好施工准备工作，以此为后期施工内容的有效落实创造有利条件。
（1）对水土建筑物施工现场进行有效清理，以免在布置振冲碎石桩阶段出现杂物而影响施工质量及施工进度。若施工范围内存在大量的淤泥等不易清理的物质，可采用抛石挤压法将淤泥挤出施工点，这样才能保证振冲加固技术的顺利应用。待场地处理工作完成后，需对施工场地进行碎石填筑操作，之后再进行碾压处理，促使施工场地具有良好的加固基础。
（2）结合碎石桩的分布位置实施测量放样。一般施工人员常需要根据设计图纸上标注的碎石桩点位进行固定。其中需格外注意的是，测量放样时应以“标记法”为主，对每个碎石桩的布置点进行反复核对并标记，确保实际施工内容与设计图纸保持一致性。
（3）当确定好碎石桩位置后需对施工人员进行技术交底，促使施工人员在全面了解施工方案与振冲加固技术的应用技巧情况下合理处理地基，并保证振冲加固技术发挥出真正的强化地基紧密效果的作用，这样可最大程度地降低施工失误率。另外，在水土建筑物地基处理部分应用振冲加固技术还应事先准备好相应的材料与施工设备，包括起重机、振冲器、碎石填料、金属材料、复合材料等，从而在保障施工质量的基础上提高施工效率。
3.2 明确加固范围
振冲法操作简单，使用范围非常的广。从细沙到含砾石的粗砂都可以适用。如图2为振冲法的实用范围图。如图所示，振冲法适用范围分为B.C三个区域。其中B区域的技密效果最好，利用振冲技术可以把地基加固到最优值；A区域为含有砾石的粗砂区。由于在加固地基时砾石之间有很大的阻力，使的地基松弛，效果不佳；C区域为比较多的粘度颗粒，挤密效果非常的差，用此方法加固地基不是很理想。因此，振冲法加固地基的最好的土质为挤密效果最好的B区域。
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图2振冲法的适用范围
当土质的挤密较低时，抵抗填料的阻力越小打桩时所使用的桩体就越粗，土与桩的结合力就越紧，地基就越牢固；当土质的挤密过低时，与桩的挤压一直不能达到平衡，使桩松动，不牢固，地基也会因此不牢固。此状态下不易用振冲法。一般认为，桩子的抗剪切力度应超过16KPa。
在加固时地基的外围边缘加宽4m，地基内满堂加固。在地基的外围如果要求比较严格可在外围加固3～4根振动随时桩。在水利建筑上需要对地基抗液化的性能，这就需要，在地基的边缘的地带加固振动碎石桩之后还需要，在地基的面积上全面加固碎石桩，使地基更加的牢固，不松动。碎石桩的加固要根据工地的具体情况来进行。如果是单独的地基碎石桩不超出地基的面积，条形的稍微露出，大型的就需要完全填满了。
3.3 计算地基荷载力
计算地基承载力时，应该保证承载力能够承受建筑
压力，并采用式（1）计算。
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式中：fkc和fkp分别为荷载力的标准值和碎石桩荷载标准值；AC为桩的作用面积；Ap为桩的截面积；m为面积置换；fak为天然地基承载力特征值。
3.4 计算孔位间距
计算打桩孔位间距时，应保持桩和桩之间有着足够的阻力，以此发挥桩体的承受能力。对于大面积的水工建筑，建议采用三角形地基，凭借三角形的稳定性加固地基。使用振冲器时应根据土质情况，如果土质紧密，建议使孔的排布紧密一些，对于1.5m左右的孔，建议采用式（2）式（3）计算孔和孔之间的间距。
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式中：d为孔间距；a为系数，即等边三角形中系数为1.075；VP为桩的填料量，取值在0.3～0.5；V为地基在紧密度情况下的填料量；e0为土质孔隙比；ez为桩孔隙比；e为要求孔隙比；fke为填料桩标准荷载力。
3.5 确定桩长
桩长的选择主要看所建地基的土质。如果在建的地基的土质，有非常深的软土那么就需要非常长的桩。当土质上面有一层较浅的软土层，下面为岩石，那么就可以用较短的桩。打桩需要考虑到经济成本，不能盲目的施行，一般来说，当碎石桩在10m以内其经济成本非常的少，当桩的长度大于10m时，成本会急剧增加，为施工增加了成本非常不划算。因此，当土质中的软土较厚实，可以用小于10m的短桩，并且使桩的密度增大。这样既可以节约成本还可以提高地基的稳定性和承载能力。振冲深度对加固地基也是非常重要的一个操作。振冲深度的大小也与土质有关，当土质的砂层深度不是很深时可以振穿整个砂层，全面加固。当砂层较厚时，要根据地质的情况具体操作，若地质的抗震级数高时，可以尽力去打穿整个砂层。
3.6 填料施工
填料施工能够发挥碎石振冲效果，将桩体挤压到软土层中。受地基力的影响，石料间的相互作用可以更好地稳定地基。石料间存在孔隙，可影响水的渗透效果，如果振冲挤密疏松砂石地，建议将石料和砂砾混合填充，让小直径的砂砾填入大直径砂砾缝隙内。砂砾具有较强的渗水能力，可以让地基不再积水。
3.7 质量控制
3.7.1 施工过程质量管控
一，振冲碎石桩施工期间应严格控制水量，确保桩孔水量足够，防止塌孔的情况出现。二，严格控制水压，水压调控期间应结合地基土性质判定，通常来讲，高强度软土中应加强水压，低强度软土中应减少水压，同时成孔操作期间如果接近设计深度，此时应降低水压，防止其影响桩孔地端土层。
3.7.2 施工安全控制
振冲碎石桩施工期间，为了确保电压稳定，应做好安全控制工作。如果施工期间电压比额定范围高，则可以立即停工，避免其超过额定电流状况下继续施工。另外，施工期间还应与施工条件相结合确认振冲器具体位置及留振时间，通常来讲，若其符合规定的设计深度，一般要控制留振时间为，作业期间做好各项防护措施，避免施工安全事故问题出现。
3.7.3 施工质量检验
通常来讲，振冲碎石桩完成后的一个月，就可以对其进行质量检查，确保施工数据可靠合理，控制检验数量超过桩孔总量2%，地基处理后还可以使用动力触探、静载试验等方法检测桩间土与桩质量，保证桩基质量符合设计要求。
5 实例分析
5.1 试验准备
仿真是用电脑模拟现实的工程，对其设置一定的实际参数，得出理想的结果，来指导现实的工程。为保证本文提出的水工建筑物设计中地基加固技术的有效性，进行实例分析，试验过程中，选择传统地基加固技术作为对比对象，进行试验验证。验证过程中，要对数据进行准备，其中数据包括自然土基的性质及挤密度，碎石桩长度、空隙密度和横截面积，石料的颗粒对和振冲器的型号。
5.2 试验过程与结果分析
本文采用FLAC3D模拟软件对地基的加固进行模拟。选用的振冲机的型号为ZCQ55。首先添加材料，设置材料性质，通过以上公式计算孔位间距，然后打孔填料，设置填料的性质。最后设置振冲机的参数，进行实验。最终得到如表2数据。
表2 仿真实验结果表
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试验结果显示，一般的地基加固的地基承受载荷为170kPa。而通过振冲后的地基所承受的力达到了510kPa。通过振冲得到的地基其承载力提高了3～4倍，大大提高了地基的承载能力。而通过防渗试验得出，当有积水渗透使地基的沉积量比一般的地基加固方法的沉积量减少了二分之一到三分之二，大大减小了由于渗水导致水工建筑出现危险的概率。通过稳定计算可得出θ的值提高了4°，振冲法加固后的地基更加的稳定。
结束语
综上，将振冲法合理应用到水工建筑物地基处理期间，既可以确保设计施工效果，又可以结合实际施工需求与地基特征，选择最佳施工方法，从而确保施工技术的合理化应用，另外，通过加强技术质量控制、检验及安全管理，可以为施工技术落实奠定良好基础，确保振冲法在地基加固施工中充分发挥实际效用。
参考文献
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