一种珊瑚砂地基深层振冲配合浅层洒水冲击碾压加固施工工法

摘要

本发明涉及珊瑚砂地基处理领域，具体涉及一种珊瑚砂地基深层振冲及浅层洒水冲击碾压加固施工工法。针对现场经过转运而重新堆填的吹填珊瑚砂地基较为松散、密实度较低、压缩性略大的特点，本工法提出采用在地基深度1.0m以下采用振冲法、浅层地基（深度1.0m以内）采用洒水冲击碾压法相结合的地基处理方法。本发明的施工工法结合两种地基处理方式，能显著提高吹填珊瑚砂地基压实度、提高地基承载力、减小地基工后沉降，具有操作简单、针对性强、效果好的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及珊瑚砂地基处理技术领域，具体涉及一种珊瑚砂地基深层振冲配合浅层洒水冲击碾压的加固施工工法。

背景技术

吹填造岛，是以开挖珊瑚礁泻湖中的礁石和珊瑚砂，通过绞吸船的泥浆泵泵送到礁坪上，在水分散失后由礁石和珊瑚砂堆积成陆域，形成人工岛的远海造地过程。吹填人工岛地基主要是珊瑚礁碎块和珊瑚砂的混合物，称之为“珊瑚礁砂”或“珊瑚砂”。在珊瑚礁上吹填造陆，为了提高地基承载力，降低地基的工后沉降量，因此需要对吹填珊瑚砂地基进行加固处理。

在地基处理施工中，应根据地基土层情况采用适宜的施工方法。吹填人工岛地基形成条件特殊，刚吹填的地基往往存在饱和度较高、地基较为松散且细粒夹层的现象。所以，应根据吹填地基特殊情况，对不同深度及不同土质情况采取相应的处理措施。

目前，对于砂土地基加固的常见处理方法有置换法、碎石桩搅拌法、强夯法、高压喷射注浆法、水泥土搅拌法和振冲法。置换法只适合处理浅层土体不均匀的地基，处理深度以及面积有限，不适合深层珊瑚礁地基的处理。碎石搅拌桩法需要水泥胶凝材料，与桩间土和褥垫层一起形成复合地基，施工工艺较为复杂，且需要使用大量的胶凝材料，岛礁远离大陆，原材料供给不便，且运费较为昂贵，采用水泥粉煤灰搅拌桩复合地基处理法不经济。高压喷射注浆和水泥土搅拌法均要求土体处于饱和状态，且需大量使用水泥，施工时产生大量的水泥浆易随着地下水位的变化流失，处理质量很难达到保证，且会对海洋环境产生较大污染。强夯法是砂土地基最常用的也是最有效的处理方式之一，具有加固原理简单明了，施工流程清晰等优点。然而，强夯法施工时会产生巨大的冲击荷载，礁坪层胶结程度一般，且受流水冲刷后表层多孔洞，在冲击荷载作用下其强度及稳定性会受到较大影响，这对岛礁的整体稳定性也是不利的，所以应该慎重采用该处理方法。

振冲法是振动水冲法的简称，按加固原理不同又分为振冲置换法和振冲密实法两种。振冲置换法也称振动水冲碎石桩法，适用于处理抗剪强度较低且不排水抗剪强度大于20kPa的粘质土、粉质土、饱和黄土等地基。其加固机理是利用振冲器在一定控制电流值下，产生一定频率和振幅的水平向振动力，同时振冲器底端喷出高压水冲击地层，边冲边振，在软弱粘质土地基中成孔，然后在孔内分批填入碎石并连续振冲形成密实的桩体，并与桩周土构成复合地基。对于吹填场地中低洼处沉积的细砂、粉砂层，或当珊瑚砂中粒径小于0.075mm的细粒含量超过30％以上时，宜采用此种方法进行地基处理。

振冲密实法主要适用于加固粘粒(粒径小于0.075mm)含量小于10％的粗颗粒松散钙质砂层地基，加固原理是依靠振冲器的强烈振冲使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列、孔隙减小。依靠振冲器的水平振动力，把振冲中填入的大量粗集料挤入周围砂层使地基密实度增加、孔隙比减少、抗液化性增强。吹填钙质砂地层大多以粗砂及砾砂为主，细粒含量一般不大于10％，且刚经过绞吸船泵送形成的地基土体内部多孔疏松，珊瑚砂地基的这一特性十分满足振冲挤密法的施工要求。

经振冲处理后的地基，在表层存在约1m厚度的较松散层。对于表层松散地基的压实处理，工程上大多采用冲击碾压法。在实际施工中，常使用冲击式压路机以及光面振动压路机两种压实机械，对地基进行多次碾压以提高压实度。通过冲击碾压设备的冲击动能将珊瑚砂颗粒间的空气挤压出来，颗粒材料在冲击力的作用下结合更加紧密，确保在后期使用中能够承受更大的压力，有效减小地基在工后沉降量，提高地基的稳定性。冲击碾是由牵引车带动非圆形轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成低频率、大振幅冲击力压实土体，周期性地冲击地面，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的传播特性，其压实深度可随碾压遍数递增。25kJ冲击压实机的高能量可对填料作深层压实，从而降低土的渗透性，提高地基密实度和承载力。

在对比目前几种适用于砂土地基的处理方式的基础上，考虑珊瑚礁地基成因及其所处的特殊环境，同时为满足施工经济及适用性的要求，本工法提出采用深部振冲法和浅层冲击碾压相结合的地基处理方法对珊瑚礁吹填地基进行处理，以满足地基设计的压实度和承载力要求。

发明内容

吹填珊瑚礁地基，一般以砾砂及粗砂为主，且存在一定含量的珊瑚礁块。在吹填施工过程中，珊瑚礁砂经过水力分选作用，存在颗粒粗、细分层沉积的现象，在吹填地基中存在一定厚度的粉土夹层。因此，这种吹填地基的加固处理适合采用振冲法。经吹填形成的珊瑚礁地基含水率高、局部地基较为松散，传统的机械冲击碾压通常适合浅层地基处理，难以使深层地基得到有效压实。经过振冲法处理后的地基，深层土体在振冲器的振动荷载及水力冲击作用下，土体在振冲时得到液化，使得粗细颗粒在液化过程中重新排列，深层处土体进而得到密实，而表层厚度约1.0米内的地基，在振冲过程中加密效果较差，而浅层地基经冲击碾压后，压实效果良好。

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种操作简单、处理效果好的珊瑚砂地基深层振冲及浅层洒水冲击碾压的地基联合加固施工工法，具体方案如下：

一种珊瑚砂地基深层振冲配合浅层洒水冲击碾压的加固施工工法，依次包括如下步骤：

(1)整平场地，做好振冲前的施工准备工作(通水、通电、桩位布点等)，接着根据设计参数要求，采用不同的间距进行两点共振试验，通过试验确定合适的密实电流、留振时间及振冲点间距等试验参数，使其振冲后地基满足密实质量的设计要求；

(2)采用振冲法进行振冲，根据步骤(1)得到的密实电流、留振时间及振冲点间距等试验参数进行成孔施工，启动吊机使振冲器慢速下沉至设计深度上方0.5m处，然后匀速提升振冲器以保障施工机械操作安全，直至孔口；

(3)在场地振冲完成后，根据施工的路基设计要求进行地基振冲质量检测(包括地基处理沉降量的量测、标准贯入试验、密实度检测、荷载试验、回弹模量测定等，具体检测项目根据路基设计方案进行)，在所有检测项目达到设计要求后进行步骤(4)，否则重复步骤(2)直至所有检测项目达到设计要求；

(4)场地内所有振冲孔振冲完毕后，用推土机平整场地(用推土机来回推1-2遍)，推的同时配合洒水，保证地基土体的含水量达到设计要求(含水量≥20％)；

(5)然后用25kJ三边形冲击压路机进行冲击碾压，冲击碾压的同时始终配合洒水，保证地基土体的含水量≥20％，直至地基压实；

(6)最后用25t振动光面压路机碾压(5-10遍)至无明显轮迹。

进一步的，在所述步骤(2)振冲开始前，若地基土体含水量低于20％，应该对土体用水泵进行灌水处理以保证含水量达到设计要求(含水量≥20％)，灌水完毕后应立即进行振冲处理。

进一步的，所述步骤(2)中振冲法采用功率为130-180kW振冲器，并采用两点振冲法进行施工，按正三角形布置，振冲点间距为2.5-3.5m。

进一步的，所述步骤(2)中成孔时振冲器应缓缓下沉至地基处理深度上方0.5m处,留振时间15-25s；然后振冲器进行匀速提升以保障施工机械操作安全，每提升0.5m留振时间为10-15s，直至孔口。

进一步的，所述步骤(5)中冲击碾压的遍数为15-20遍。

进一步的，所述步骤(5)中冲击碾压的速度为10-12km/h；所述步骤(6)中25t振动光面压路机的速度为10-12km/h。

进一步的，所述步骤(4)和(5)中珊瑚砂含水量的最大值为：表层深度1.0m处珊瑚砂饱和状态的含水量。

进一步的，所述步骤(5)中采用洒水车配合洒水，洒水车与压路机速度相同，洒水车在压路机之前洒水，且洒水车与压路机距离在5-10m。

进一步的，所述步骤(4)中采用洒水车配合洒水，洒水车与推土机速度相同，洒水车在推土机之前洒水，且洒水车与推土机距离在5-10m。

进一步的，步骤(5)地基压实的要求是：采用重型动力触探试验(N_63.5)检测地基压实度，贯入深度1.0m内平均击数不得低于12击，且连续三次击数不得低于10击。

吹填珊瑚砂地基具有不同于一般陆源吹填土的物理力学性质，珊瑚砂是指由海洋生物(珊瑚、海藻、贝壳等)经海浪破碎后形成的、富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类物质的特殊岩土介质。由于其沉积环境特殊，而且在沉积过程中大多未经长途搬运，保留了原生生物骨架中的细小孔隙，因此，形成了颗粒多孔隙、形状不规则、易破碎、颗粒间易产生胶结等特点。珊瑚砂颗粒多孔隙特性导致渗流速度快，水容易流失，内孔隙中很难被水充满，在冲击荷载下，珊瑚砂颗粒之间无法形成高孔压，如果在冲碾过程中洒水，则能使孔隙中尽可能多的充满水，从而在冲击荷载下，珊瑚砂颗粒之间更易形成瞬时的高孔压，而瞬时的高孔压使珊瑚砂颗粒调整相互接触的状态，土颗粒更加紧密，地基密实度相应提高。而且钙质砂质脆，颗粒易破碎，在冲击碾压时，表层大量的颗粒发生破碎，从而形成细颗粒，洒水可以使细颗粒充填到大颗粒的孔隙当中，从而提高地基密实度。

本发明经实验测定，发现珊瑚砂的最大干密度随着含水量的变化呈现先减少后增大的趋势，在含水量达到20％以上时，容易达到最大击实干密度，加上岛礁上经常降雨且降雨量较大，珊瑚砂渗透性强，容易受到海水渗透的影响，所以在实际操作中控制含水量≥20％，即可以满足珊瑚砂的冲碾要求。

本发明的深层振冲配合浅层地基洒水冲击碾压施工工法具有以下优点和有益效果：

1.振冲法适合吹填完后多孔疏松的珊瑚礁地基，振冲能使珊瑚礁深部土体得到有效挤压，深层土体在振冲过程中通过冲击水的作用强行发生液化，粗细土颗粒得以重新排列，从而显著提高地基的抗液化性能；

2、振冲法未使用胶凝材料，施工作业时对岛礁周围海洋环境的影响较小，且对礁坪层的整体稳定性亦无明显影响；

3.振冲前进行试振，能为正式振冲施工提供有效的参考数据，优化施工方案，节约施工成本；

3.振冲完成后，对浅层土进行洒水冲击碾压，能有效提高珊瑚礁地基整体密实度，两种地基处理的有机结合，针对性强、处理效果好、质量稳定可控；

4.提高吹填岛礁地基的压实度和承载力、降低孔隙比、减小地基工后沉降，具有操作简单、处理效果好的优点；

5.冲击碾压的施工速度快，效率高，冲击碾的速度在10-12km/h，尤其对较长、较宽的地基段落，效率更高；

6.作用范围大，冲击碾的压实影响深度在1m左右，比传统的压实机械有更好的压实功效，有效解决普通压路机需要严格控制层厚的问题。

附图说明

图1为实施例1的珊瑚碎石土最大击实干密度随含水量变化曲线。

图2为实施例1的珊瑚砾砂最大击实干密度随含水量变化曲线。

图3为实施例1的珊瑚中砂最大击实干密度随含水量变化曲线。

图4为本发明的珊瑚砂地基深层振冲配合浅层地基洒水冲击碾压施工工艺流程图。

具体实施方式

下面基于发明内容中所述的技术方案，结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步的说明。

实施例1：吹填珊瑚砂的最大击实干密度随含水量变化的探讨

收集某吹填岛礁的珊瑚砂(珊瑚碎石土、珊瑚砾砂、珊瑚中砂)，分别向其中加入一定量的水后拌匀，按照土工试验规程进行烘干、含水量控制等处理，按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)检测最大击实干密度，研究其最大击实干密度随含水量变化的趋势，检测结果分别如图1-3所示。

从图1可以看出，珊瑚碎石土在干燥时的最大击实干密度为1.85g/cm³，随着含水量的增加，最大击实干密度呈先减少后增大的趋势，在含水量为14％时，最大击实干密度达到最小值；从图2可以看出，珊瑚砾砂的最大干密度为1.76g/cm³,最大击实干密度呈先减少后增大的趋势，在含水量为10％左右时，最大击实干密度达到最小值；从图3可以看出，珊瑚中砂的最大击实干密度为1.56g/cm³,最大击实干密度呈先减少后增大的趋势，在含水量为12％时，最大击实干密度达到最小值。吹填珊瑚砂以珊瑚砾砂、珊瑚中砂为主，可以确定的是：珊瑚砂的最大击实干密度随着含水量的变化呈现先减少后增大的趋势，在含水量达到20％以上时，最大击实干密度可达到1.45g/cm³以上，加上岛礁上经常降雨且降雨量较大，珊瑚砂渗透性强，地基底部容易受到海水渗透的影响，所以在实际操作中控制含水量≥20％，即可以满足珊瑚砂的吹填要求。

实施例2：一种珊瑚砂地基深层振冲及浅层冲击碾压加固施工工法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤一、整平场地，做好振冲前的施工准备工作(通水、通电、桩位布点等)，接着根据设计参数要求，采用不同的间距进行两点共振试验，通过试验确定合适的密实电流、留振时间及振冲点间距，本实施例中的振冲间距在2.5-3.5m之间，按正三角形布置，振冲深度在地基处理设计深度上方0.5m处。

步骤二、正式振冲施工时，若地基土含水量较低，施工前应对地基进行灌水保证含水量达到设计要求(含水量≥20％)，然后立即进行振冲。

步骤三、将振冲器(功率为130-180kW)对准桩位，开启水泵及振冲器，采用两点振冲法进行成孔施工，按三角形布置，振冲点间距为2.5-3.5m，启动吊机使振冲器在水平振动的同时利用其振动、高压水泵的冲击力量，慢速下沉至设计深度上方0.5m处(实际施工中的具体深度可视吹填厚度而定，一般为原礁坪面以上0.5m处)，留振时间15-20s(实际施工中的具体留振时间可由试打振冲孔的实际情况而定)；然后匀速提升振冲器以保障施工机械操作安全，每提升0.5m留振10-15s(留振时间可由实际施工中的试打振冲孔的实际情况而定)，直至孔口然后进行下一次打孔。

步骤四、在场地振冲完成后，根据施工的设计要求进行地基振冲质量检测，一般应包括地基处理沉降量的量测、标准贯入试验、密实度检测、荷载试验、回弹模量测定等，具体检测项目根据设计方案进行，在所有检测项目达到设计要求后再进行步骤五，否则重复步骤三直至所有检测项目达到设计要求。

步骤五、平整场地，用推土机来回推2遍，推的同时洒水车配合洒水，保证含水量达到设计要求(含水量≥20％)，洒水车与推土机速度相同，洒水车在推土机之前洒水，且洒水车与推土机距离在5m左右。

步骤六、用25kJ三边形冲击压路机以10-12km/h的速度冲击碾压18遍，直至地基压实，冲击碾压过程中，洒水车配合洒水，保证含水量达到设计要求(含水量≥20％)，洒水车与压路机速度相同，洒水车在压路机之前洒水，且洒水车与压路机距离在5m左右。

步骤七、整平压实，用25t振动光面压路机以10-12km/h碾7遍，至无明显轮迹；

在步骤七地基压实后进行地基压实度检测，采用重型动力触探试验进行检测，地基压实度的设计要求为贯入深度1.0m内平均锤击数(N_63.5)不得低于12击，且连续三次锤击数(N_63.5)不得低于10击。如果不满足要求，则重复步骤六和步骤七。

以某地吹填珊瑚砂为例进行试验，该珊瑚砂为珊瑚粗砂，按照上述方法进行冲击碾压加固施工，步骤二、五、六中控制含水量为25％，步骤三的振冲点间距在2.5-3.5m之间，按三角形布置，振冲深度在地基处理设计深度上方0.5m处，下沉过程中的留振时间为15-20s，每提升0.5m留振10-15s，步骤六中控制25KJ三边形冲击压路机以及25t振动光面压路机的速度为10-12km/h。在步骤七地基压实后进行地基压实度检测，采用重型动力触探试验(N_63.5kg)，贯入深度1.0m内平均击数为14击，且连续三次击数均不小于12击。