地基处理之振冲法

1、2022-3-11 33 振冲法（振动水冲法）振冲法（振动水冲法）一、振冲法的概念一、振冲法的概念 利用利用振冲器振冲器在松软地基中在松软地基中成孔成孔，然后填入砂或碎，然后填入砂或碎石等材料，做石等材料，做成桩成桩型，型，以挤密周围土体以挤密周围土体或与土体或与土体形成复合形成复合地基，地基，达到地基加固之目的。达到地基加固之目的。二、施工设备二、施工设备 振冲法最早是上世纪振冲法最早是上世纪三十年代三十年代中期由中期由德国德国的的斯图门斯图门发明的，我国于发明的，我国于七十年代七十年代引入。最初只用于振密中粗砂引入。最初只用于振密中粗砂和部分粉细砂地基。和部分粉细砂地基。自自50年代末年代

2、末60年代初年代初开始应用于加开始应用于加固粘性土地基固粘性土地基。(改良改良,石家庄、承德石家庄、承德)主要机具主要机具：振冲器、起重机、水泵和控制设备等。：振冲器、起重机、水泵和控制设备等。2022-3-12B90 起重机起重机 810吨履带式吨履带式、轮胎式起重机、轮胎式起重机等。等。 水泵水泵 要求水压力为要求水压力为400600kPa，流，流量量2030m3/h。 控制设备控制设备电流操作台、电流操作台、150A电流表、电流表、500V电压表、电压表、供水管、加料斗供水管、加料斗等。等。2022-3-13 振冲器振冲器(1) 构造与尺寸构造与尺寸 类似混凝土插入式振捣棒。类似混凝土插

3、入式振捣棒。 d=270450mm, L=1.63m, G=820KN W=1375kW(2)工作原理工作原理: 利用利用电机旋转电机旋转带动一组带动一组偏偏心块心块产生一定频率和振幅的产生一定频率和振幅的水水平振动平振动，压力水压力水（400600kPa）通过空心竖轴从振冲器）通过空心竖轴从振冲器下端下端喷口喷出喷口喷出，在振动和水冲作用在振动和水冲作用下快速形成桩孔，周围土体也下快速形成桩孔，周围土体也在振动和高压水的喷射下得到在振动和高压水的喷射下得到加密加密。 振振:偏心轮旋转偏心轮旋转,振动加密振动加密,使使颗粒移动；颗粒移动； 冲冲:高压水冲切高压水冲切 ,使土颗粒振使土颗粒振浮液

4、化固结。浮液化固结。2022-3-14B89三、施工工艺三、施工工艺 振冲器就位；振冲器就位； 打开下喷水口，启打开下喷水口，启动振动器；动振动器； 振冲下沉达设计深振冲下沉达设计深度（度（12m/min）；）； 上提上提30cm，清孔；，清孔； 关闭下喷水口，打关闭下喷水口，打开上喷水口，向孔内边开上喷水口，向孔内边填料，边喷水振动，使填料，边喷水振动，使填料密实后逐渐上提振填料密实后逐渐上提振冲器（冲器（12m/min）。）。 振冲器提出地面，振冲器提出地面，形成振冲桩。形成振冲桩。2022-3-15四、加固机理四、加固机理 在砂性土地基中在砂性土地基中 振冲器对土施加重复的振冲器对土施加

5、重复的水平振动水平振动和和侧向挤压侧向挤压作用作用，使土结，使土结构破坏，孔隙水压力升高。构破坏，孔隙水压力升高。结构破坏结构破坏后的土粒便向低势能位后的土粒便向低势能位置转移，重新排列，使土体由松变密。置转移，重新排列，使土体由松变密。孔隙水压力上升孔隙水压力上升到一到一定程度后，土体开始液化，随后孔隙水消散，土体得到固结。定程度后，土体开始液化，随后孔隙水消散，土体得到固结。（液态区（液态区 过渡区过渡区 挤密区挤密区 弹性区）弹性区） 在粘性土地基中在粘性土地基中 振动振动不能使粘性土液化不能使粘性土液化，除了非饱和土和粘粒含量少的，除了非饱和土和粘粒含量少的2022-3-16粘性土外，

6、在振动挤压作用下粘性土外，在振动挤压作用下不可能使四周土密实不可能使四周土密实，尤其，尤其对饱和软粘土，甚至扰动了土的结构。孔隙水压力升高降对饱和软粘土，甚至扰动了土的结构。孔隙水压力升高降低了有效应力，使土的强度降低。故低了有效应力，使土的强度降低。故振冲器主要起成孔作振冲器主要起成孔作用用，并将填入孔中的，并将填入孔中的粗颗粒材料振挤密实粗颗粒材料振挤密实，靠，靠振冲置换作振冲置换作用用形成复合地基。形成复合地基。 此外，还有此外，还有排水固结作用排水固结作用。五、方法特点及适用土质五、方法特点及适用土质 方法特点：方法特点：技术可靠，机具设备与施工操作简单，技术可靠，机具设备与施工操作简

7、单，可就地取材，加固速度快，造价低，振动小，噪音低。但可就地取材，加固速度快，造价低，振动小，噪音低。但孔内返出大量泥水，对环境有污染。孔内返出大量泥水，对环境有污染。2022-3-17桩体材料具有良好的透水性，可加速地基固结，复合地基桩体材料具有良好的透水性，可加速地基固结，复合地基承载力可提高承载力可提高13倍，沉降量可减少倍，沉降量可减少1/22/3；振冲预震效；振冲预震效应，可使砂土地基增加抗液化能力。应，可使砂土地基增加抗液化能力。 适用土质适用土质 振冲置换法振冲置换法 适用于不排水抗剪强度适用于不排水抗剪强度Cu不小于不小于20kPa的粘性土、粉的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土

8、等地基（桩周土强度过低，土的土、饱和黄土和人工填土等地基（桩周土强度过低，土的约束力始终不能平衡填料的挤入力，则难以成桩。而且易约束力始终不能平衡填料的挤入力，则难以成桩。而且易发生鼓胀破坏）。发生鼓胀破坏）。 2022-3-18 软粘土软粘土砂石桩的鼓胀破坏砂石桩的鼓胀破坏2022-3-19六、六、 振冲桩的设计振冲桩的设计 设计步骤设计步骤 (1)充分充分掌握土体物理力学性质与指标掌握土体物理力学性质与指标，尤其是淤泥或淤，尤其是淤泥或淤泥质粘土的厚度变化。初步论证用碎石桩加固的可行性，如泥质粘土的厚度变化。初步论证用碎石桩加固的可行性，如果可行，但资料不全，应针对存在的问题进行补勘。果可

9、行，但资料不全，应针对存在的问题进行补勘。 (2)编制综合剖面图编制综合剖面图，确定加固层的厚度、深度及力学指，确定加固层的厚度、深度及力学指标；编制淤泥平面分布或等厚线图，为确定桩长、合理布桩标；编制淤泥平面分布或等厚线图，为确定桩长、合理布桩提供基础资料。提供基础资料。 (3)掌握上部结构特征、荷载分布及对地基处理的要求，掌握上部结构特征、荷载分布及对地基处理的要求，为加强桩、合理布桩提供依据。为加强桩、合理布桩提供依据。 (4)综合分析上述条件，确定采用碎石桩加固地基后，综合分析上述条件，确定采用碎石桩加固地基后，确确定桩长定桩长。 振冲密实法振冲密实法 适用于处理砂土和粉土等地基；粘粒

10、含量小于适用于处理砂土和粉土等地基；粘粒含量小于10%的粗的粗砂、中砂地基，可不加填料原地振冲密实。砂、中砂地基，可不加填料原地振冲密实。2022-3-110 、设计内容、设计内容 加固范围加固范围根据建筑物重要性和场地条件确定，一般均根据建筑物重要性和场地条件确定，一般均大于基底面积。通常可在基础外增加大于基底面积。通常可在基础外增加12排桩，可液化地基排桩，可液化地基增加增加24排桩。排桩。 桩的布置形式桩的布置形式 片筏基础：等边三角形；片筏基础：等边三角形； 独立或条形基础：正方形、矩形、等腰三角形等；独立或条形基础：正方形、矩形、等腰三角形等； 园形或环形基础：放射形布置。园形或环形

11、基础：放射形布置。(5)桩长确定后，根据建筑物基础对加固土层的强度与变形要求桩长确定后，根据建筑物基础对加固土层的强度与变形要求，按有关公式，按有关公式试算试算复合地基承载力标淮值及压缩模量预估值，复合地基承载力标淮值及压缩模量预估值，从而确定碎石桩的直径、桩间距、置换率、布桩方式、加固范从而确定碎石桩的直径、桩间距、置换率、布桩方式、加固范围、加固效果，围、加固效果，形成初步加固方案形成初步加固方案。(6)按照初步方案，结合地基条件、机械条件、场地条件进行按照初步方案，结合地基条件、机械条件、场地条件进行试试打打。试打组数不少于两组。试打组数不少于两组6根。根据试打后的结果对初步方案进根。根

12、据试打后的结果对初步方案进行修改调整，最终确定施工方案。行修改调整，最终确定施工方案。2022-3-111桩位布置a:正方形;b:矩形;c:等腰三角形;d:放射状2022-3-112 桩长确定桩长确定 根据地层条件，建筑结构，荷载，桩的用途等要求具根据地层条件，建筑结构，荷载，桩的用途等要求具体确定。但桩长一般不宜小于体确定。但桩长一般不宜小于4m。 桩的直径桩的直径 根据地基土质条件和成桩设备等因素确定。如根据地基土质条件和成桩设备等因素确定。如30kW振振冲器施工的碎石桩可达冲器施工的碎石桩可达0.71.0m。一般为。一般为0.81.2m。 桩的间距桩的间距 根据建筑物的荷载大小和原地基土

13、的抗剪强度确定。根据建筑物的荷载大小和原地基土的抗剪强度确定。荷载大或强度低时取较小间距，反之则较大。对桩端无硬荷载大或强度低时取较小间距，反之则较大。对桩端无硬持力层的短桩，应取小间距。一般为持力层的短桩，应取小间距。一般为1.52.5m。2022-3-113、复合地基承载力的计算、复合地基承载力的计算 1复合地基承载力标准值计算复合地基承载力标准值计算 复合地基的承载力标准值应按现场复合地基载荷试验确定，复合地基的承载力标准值应按现场复合地基载荷试验确定，也可用单桩和桩间土的载荷试验按下式确定：也可用单桩和桩间土的载荷试验按下式确定：2022-3-114七、振冲桩的施工要点七、振冲桩的施工

14、要点 振冲法加固软弱地基，对不同的地层，有不同的振冲法加固软弱地基，对不同的地层，有不同的加固机理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。加固机理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。 振冲置换法施工操作要点振冲置换法施工操作要点 成孔成孔土体在振冲器激振力和压力水冲切作土体在振冲器激振力和压力水冲切作用下破坏，依靠自重贯入到设计深度形成桩孔。用下破坏，依靠自重贯入到设计深度形成桩孔。 孔径大小孔径大小与土质及振冲器直径、功率、水压作用与土质及振冲器直径、功率、水压作用时间等因素有关。土质及振冲器一定时，加大压力水时间等因素有关。土质及振冲器一定时，加大压力水冲切速度及振冲器上下往复次数，孔径将

15、增大（冲切速度及振冲器上下往复次数，孔径将增大（扩孔扩孔）。如地基中夹有硬层时可采用。）。如地基中夹有硬层时可采用。2022-3-115 清孔清孔成孔过程中，孔中粘粒、细砂等与回水搅混成孔过程中，孔中粘粒、细砂等与回水搅混为粘度较大的为粘度较大的泥浆泥浆，不利于填料下沉，直接影响成桩质量和，不利于填料下沉，直接影响成桩质量和施工进度。因此，施工进度。因此，成孔后应用压力水将孔内泥浆冲顶出地面成孔后应用压力水将孔内泥浆冲顶出地面。 填料填料向孔内倒入桩体材料。向孔内倒入桩体材料。填料方式视土质情况填料方式视土质情况： 将振冲器提出孔口将振冲器提出孔口，往孔内填料，再降下振冲器将填，往孔内填料，再

16、降下振冲器将填料振密。如此反复直至孔口。一般用于孔壁比较稳定，料振密。如此反复直至孔口。一般用于孔壁比较稳定，无塌无塌孔现象的地层。孔现象的地层。 振冲器仅上升一定高度振冲器仅上升一定高度，由孔口通过吊管与孔壁间隙，由孔口通过吊管与孔壁间隙往下填料，再下降振冲器振挤密实，如此反复直至孔口。适往下填料，再下降振冲器振挤密实，如此反复直至孔口。适用于土质较软，用于土质较软，孔壁不稳的地层孔壁不稳的地层。 由孔口连续向孔内填料由孔口连续向孔内填料，并缓慢提升振冲器，只要达，并缓慢提升振冲器，只要达2022-3-116到规定振密标准，即可继续上提，直至孔口。到规定振密标准，即可继续上提，直至孔口。适用

17、于土质适用于土质较软，间隙较大，填料粒径较小的情况较软，间隙较大，填料粒径较小的情况。（松砂地基）。（松砂地基） 对对孔壁易坍塌的软弱地层孔壁易坍塌的软弱地层，还常采用，还常采用“先护壁，后成孔先护壁，后成孔”的方法，即成孔过程中，对易坍塌层段，从上至下分段填的方法，即成孔过程中，对易坍塌层段，从上至下分段填料振挤使孔壁密实，直至设计加固深度，再按常规要求制料振挤使孔壁密实，直至设计加固深度，再按常规要求制桩。桩。 加料时宜加料时宜“少填勤填少填勤填”，每次加料以堆至孔底高约，每次加料以堆至孔底高约0.81.0m为宜。为宜。 振密振密将振冲器沉入填料中工作，使填料振实，将振冲器沉入填料中工作，

18、使填料振实，并将部分填料挤入孔壁土中，从而使桩径增大。并将部分填料挤入孔壁土中，从而使桩径增大。 随着填料的不断挤入随着填料的不断挤入，孔壁土的，孔壁土的约束力约束力不断提高，桩不断提高，桩体密实度逐渐增大，振冲器体密实度逐渐增大，振冲器振动负荷振动负荷也越来越大，振冲器也越来越大，振冲器电机的电机的电流值电流值也随之升高，因此振冲器电机的电流值可间也随之升高，因此振冲器电机的电流值可间接反映桩体的接反映桩体的密实程度密实程度。表明某深度处桩体已经振密的电表明某深度处桩体已经振密的电2022-3-117流值称为流值称为“密实电流密实电流”。 密实电流的大小根据土质情况、设计要求由制桩试验或密实

19、电流的大小根据土质情况、设计要求由制桩试验或经验确定。通常要超出空振电流经验确定。通常要超出空振电流3545A。 振冲挤密法施工操作要点振冲挤密法施工操作要点 加料方式加料方式根据砂土的性质可采用根据砂土的性质可采用加填料振密加填料振密或或不不加填料振密加填料振密两种方法处理。两种方法处理。 对对中砂或粗砂地基中砂或粗砂地基，由于在振密过程中振动区顶层中粗，由于在振密过程中振动区顶层中粗砂易坍落，成为自然补给料源，故可采用不加料处理工艺。砂易坍落，成为自然补给料源，故可采用不加料处理工艺。 对对粉细砂地基粉细砂地基，在振密时不易自行塌陷，宜采用加料的，在振密时不易自行塌陷，宜采用加料的处理工艺

20、。处理工艺。 关键是控制水量大小、留振时间、密实电流和填料量：关键是控制水量大小、留振时间、密实电流和填料量： 2022-3-118 水量大小水量大小要保证砂土充分饱和要保证砂土充分饱和，同时使返回水流不携，同时使返回水流不携带出大量细颗粒为原则。带出大量细颗粒为原则。 留振时间留振时间是指振冲器在孔内某一深度处振动的时间是指振冲器在孔内某一深度处振动的时间。 只有在砂土充分饱和并有足够的留振时间的条件下，才能使只有在砂土充分饱和并有足够的留振时间的条件下，才能使砂土砂土“完全液化完全液化”并形成一定的并形成一定的“液化区液化区”。 密实电流密实电流可间接反映砂土被挤密的程度可间接反映砂土被挤

21、密的程度。 填料量填料量可直接反映桩体直径的大小可直接反映桩体直径的大小。 一般控制标准：供水量为一般控制标准：供水量为200400L/min；留振时间为；留振时间为 3060S； 密实电流不小于密实电流不小于50A；填料量为每米不小于；填料量为每米不小于0.6m3。 施工顺序施工顺序 一般采用一般采用“由里向外由里向外”或或“一边向另一边一边向另一边”这两种方式这两种方式有利于挤走部分软土，从而使后续制桩比较容易。当地基土有利于挤走部分软土，从而使后续制桩比较容易。当地基土抗剪强度较低时宜抗剪强度较低时宜“间隔跳打间隔跳打”。另应考虑相临建筑。另应考虑相临建筑。2022-3-119由里向外由里向外由一边向另一边由一边向另一边间隔跳打间隔跳打 临临近近建建筑筑物物2022-3-120八、质量控制八、质量控制填料要求填料要求 振冲置换法振冲置换法可用含泥量不大的碎石可用含泥量不大的碎石、卵石、角砾、卵石、角砾、园砾等硬质材料。常用碎石粒径为园砾等硬质材料。常用碎石粒径为2050mm，最大不宜大于，最大不宜大于80mm。 振冲挤密法振冲挤密法宜用碎石宜用碎石、卵石、角砾、园砾、砾砂、卵石、角砾、园砾、砾砂、粗砂、中砂等硬