振冲法

砂土地基通过加水振动可以使之密实的原理发展起来的地基加固方法

振冲法，又称振动水冲法，是指砂土地基通过加水振动可以使之密实的原理发展起来的地基加固方法，后来又被用于黏性土层中设置振冲置换碎石桩。振冲法是为改善不良地基，以满足建(构)筑物基础要求的地基加固处理方法。

起源发展

1937年德国凯勒公司基于混凝土振捣棒原理，设计制造出具有现代振冲器雏形的机具，并首次用于处理柏林市郊一幢建筑物的粗砂地基，没有外加填料。加固后地基承载力提高了一倍多，相对密度由40%提高到80%。其后人们通常认为这种有着鱼雷状外形，通过往复插入土体内部，依靠自身产生的强烈振动和挤压加之辅以压力水冲的“家伙”，可以振密和挤密砂类土地基，在大量工程实践的基础上其有效性和经济性逐渐被人们所认识。20世纪40年代传入美国，50年代被引进到英国和法国，60年代在非洲得到应用。20世纪50年代末、60年代初，英国、德国和美国相继通过回填碎石等粗颗粒填料形成密实粗颗粒桩的方式又把这一技术拓宽到用于黏性土地基的加固处理，从而使得振冲法逐渐发展成两大分支：一是不添加碎石等外加填料的无填料振冲法(国内称之为振冲密实法)，二是添加碎石等外加填料的填料振冲法(国内称之为振冲置换法或振冲碎石桩法)，其中前者主要用于中、粗砂等粗颗粒土的加固，而后者多用于细颗粒的黏性土加固。日本于1 957年引进振冲法，因20世纪60年代经历新渴和十胜冲地震后，经振冲处理过的砂基，其破坏情况远较没有未经处理砂基的破坏程度大，因而振冲法作为砂基抗震防止液化的有效措施而被进一步推广应用。

原理

振动作用能有效地增加很湿至饱和状态的非密实砂土的相对密实度。振冲法就是根据这个原理发展起来的一种深层地基处理方法。振冲法施工的主要设备是振冲器，它类似于插入式混凝土振捣器，由潜水电动机、偏心块和通水管三部分组成。振冲器在吊机就位后，通过同时启动电动机和射水泵，在高频振动和高压水流的联合作用下下沉到预定深度。然后进行清孔，用循环水带出孔中较稠泥浆。清孔后，就一边向孔中逐段填入砂石料，一边喷水振动，使填料振捣密实。逐段填料振密，逐段提升振冲器，直至地面，从而在地基中形成一根较大直径的密实的碎石桩体。

振冲器在砂土中振动时，使其周围的饱和砂土液化。液化后的土粒在重力、上部土层覆盖压力以及填料的挤压力作用下重新排列，土的孔隙比减小，从而增加了密实度。振冲挤密后，砂土地基不仅提高了承载力和变形模量，而且使砂土预先经历了人工振动液化，提高了砂土的抗振能力；已形成的碎石桩，作为良好的排水通道，可使地基振动时产生的孔隙水压力消散。砂土地基振冲挤密的加固设计与挤密砂桩相同。

如果土中的黏粒含量超过总质量的30%，则挤密效果显著降低。对于饱和黏性土来说，由于土的渗透性小，在振动作用下产生的超静孔隙水压力不易消散，因此挤密效果常不佳。但随着桩孔处土的排出和碎石、砂的填充(置换)而在土中形成直径较大的桩体，并与周围的土共同组成复合地基。在复合地基中，碎石桩承受荷载后，产生径向变形，并引起周围黏性土产生被动抗力。如果碎石桩得不到所需的侧向抗力，则碎石桩的作用将降低。

分类

振冲法可从施工工艺、加密方式、填料形式、施工环境以及悬挂方式和悬挂数量等不同角度进行分类。

(1)按施工工艺分类，振冲法施工可分为湿法和干法两类。湿法振冲在施工中辅以压力水冲，在高压水的冲击之下，有利造孔和加密的进行，同时还能对振冲器起到冷却作用，保证机具正常地运行。

干法振冲则是在施工中不加水冲，但干法振冲常辅以压缩空气以利造孔和加密的进行。干法振冲不用水，因此不存在泥浆的排出问题，造孔时通过振冲设备的振挤作用，将土挤入周围土体中进行加密，但由于振冲器潜水电机冷却系统原因，干法振冲适用的土类、制桩深度等均受到限制，因此国内较少采用。

(2)按照地基土加密方式分类，振冲法可分为振冲挤密和振冲置换两类。振冲挤密是指经过振冲法处理后地基土本身强度有明显提高。振冲置换则是指经过振冲法处理后地基土强度没有明显提高，主要通过用强度高的碎(卵)石置换出部分原土体，从而形成由强度高的碎(卵)石桩柱与周围土体组成的复合地基，从而提高地基强度。

(3)按照填料形式不同，振冲法分成孔口填料和底部出料两类。孔口填料是指石料在地表面，从振冲器导杆侧壁与孔壁间填人孔内。底部出料是指通过上料机构将石料从地平面运送至料舱，再从料舱进入导料管，最终直接进入振冲器底部。

(4)按照施工环境分类，可分为水上振冲施工法和陆上振冲施工法。顾名思义，水上振冲法是指在水面上设立振冲施工平台，如方驳等，振冲起吊设备固定到平台之上，水上振冲也分为孔口填料(一般为水下垫层法)和底部出料两种施工工艺；陆上振冲法即是常规的用吊车起吊振冲设备在陆地上面实施的振冲工艺。

(5)按照振冲器的悬挂方式，可分为吊车悬挂、固定桩架悬挂等。按照振冲器的悬挂数量可分为单点、双点、三点施工等。

施工流程

(1)振冲挤密法。振冲挤密法一般的施工顺序如下：

1)振冲器对准加固点。打开水源和电源，检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常。

2)沉入砂基。使振冲器以l1～2m/min的速度徐徐沉入砂基，并观察振冲器电流变化。电流最大值不得超过电机的额定电流。当超过额定电流值时，必须减慢振冲器下沉速度，甚至停止下沉。

3)当振冲器下沉到在设计加固深度以上30～50cm时，需减小冲水，其后继续使振冲器下沉至设计加固深度以下50cm处，并在这一深度上留振30～60s。

4)以1～2m/min速度提升振冲器。每提升振冲器30～50cm就留振30～60s，并观察振冲器电机电流变化，其密实电流一般超过空振电流25～30A。记录每次提升的高度、留振时间和密实电流。

5)关机、关水和移位。在另一加固点上施工。

6)施工现场全部振密加固完后，整平场地，进行表层处理。

(2)振冲置换法。振冲置换法施工工艺流程：成孔→清孔→填料→振密。

施工要点

(1)振冲施工可根据设计荷载的大小、原土强度的高低、设计桩长等条件选用不同功率的振冲器。施工前应在现场进行试验，以确定水压、振密电流和留振时间等各种施工参数。

(2)升降振冲器的机械可用起重机、自行井架式施工平车或其他合适的设备。施工设备应配有电流、电压和留振时间自动信号仪表。

(3)施工现场应事先开设泥水排放系统，或组织好运浆车辆将泥浆运至预先安排的存放地点．应尽可能设置沉淀池重复使用上部清水。

(4)桩体施工完毕后应将顶部预留的松散桩体挖除，如无预留应将松散桩头压实．随后铺设并压实垫层。

(5)不加填料振冲加密宜采用大功率振冲器，为了避免造孔中塌砂将振冲器抱住，下沉速度宜快，造孔速度宜为8～10m/min，到达深度后将射水量减至最小，留振至密实电流达到规定时，上提0.5m，逐段振密直至孔口，一般每米振密时间约1min。在粗砂中施工如遇下沉困难，可在振冲器两侧增焊辅助水管，加大造孔水量，但造孔水压宜小。

(6)振密孔施工顺序宜沿直线逐点逐行进行。

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