云南省水利水电勘测设计研究院 云南昆明 650000
摘要：根据振冲技术的作用机理与施工方法，以软基振冲加固工程为例，介绍了复合地基设计计算的方法、桩位布置原则和施工中各参数的控制方法。该工程施工前后的荷载试验数据证明了振冲加固技术能有效提升软基的承载力，起到对水工建筑物地基的加固作用。
关键词：振冲法；施工参数控制；承载力
引言
水工建筑物是为了开发再利用水资源、控制水流预防水患所建设的建筑物，在能源再利用和国土安全保护中承担着重要作用。而地基作为决定建筑安全性和稳定性的核心，需要严格按照设计应用加固技术处理。水工建筑地基不同于普通建筑地基，不仅需要保证良好的承受力和稳定性，更需要具备防渗透性能，以适应环境要求，因此需要灵活应用地基加固技术，保证水工建筑物安全性。
1振冲加固技术的作用机理
1.1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。
1.2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。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。
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图1 振冲加固技术施工原理
2水工建筑物设计中地基处理振冲加固技术的应用
2.1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。
2.1.1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。
2.1.2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。
2.1.3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。
2.2明确加固范围
采用振冲法进行加固，使用范围十分广泛，可用于细沙和含砾石的粗砂中。应用振冲技术可以将地基加固到最优质的状态，如果在加固地基时发现砾石之间存在阻力，导致地基松弛，建议将振冲技术用于土质挤密效果良好的区域。土质挤密效果较低时，抵抗填料的阻力越小，在打桩时就要用到越粗的桩体，以此提升土体和桩体的结合力，使地基更加牢固。一般情况下，桩体的抗剪切力度应当大于16kPa。在地基加固外围加宽4m，实现地基的满堂加固，也可以在外围加固几根振动桩和碎石桩，使地基不再松动。
2.3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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（1）
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。
2.4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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（2）
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（3）
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。
2.5桩位布置
一般情况下，桩位分为矩形布桩形式、正方形和等边三角形三种形式，等边三角形一般用于单独基础等小面积加固，而正方形加固主要用于大面积加固。桩间距的确定应考虑现场的地质条件，如果现场的自然土强度大，可以适当加大桩的距离，如果现场的自然土强度低则适当减小桩距，分解成软弱层的厚度计算出桩的长度，即沉桩深度。本工程桩位设置见图2。
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图2 桩位设置图
2.6质量控制
2.6.1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。
2.6.2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。
2.6.3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。
3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。
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