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振冲法在国外30年代就已经开始用于加固松散砂土地基,50年代就已经开始用于加固软枯土地基,目前不仅有水冲振动,而且有气冲振动。我国于70年代试验成功,在成都地区应用也有十年之久,由于其具有施工方便、效率高、成本低、节约“三材”等优点而得到推广为提高并完善振冲技术,大力推动振冲技术在成都地区的发展,本文针对近几年来成都地区振冲加固设计、施工和加固效果的工程实际资料进行了综合分析。但由于工程实际资料地区和数量的局限性,故本文的结论,仅供实际工作中参考。
1 振冲碎石桩的加固原理
振冲法是用具有强大水平振动力的振冲器,迫使土体由中心向四周挤出,填粗骨料后又用振冲器经过挤密或振密形成碎石桩体。当土体为砂土或粉土,在侧向挤出时,受到瞬时的振动力,使振冲孔周围的孔隙水压力迅速升高,颗粒处于运动状态,产生振动液化,液化后的土颗粒在重力、上覆土压力以及填料的挤压力作用下重新排列,使孔隙减小,而成为较为密实的砂土地基。因此, 振冲法是利用砂土的振动液化原理而实现加密效果的。砂土的振动液化在特定条件下与加速度的大小有关,同时还取决于上覆土压力、砂的密实特性、砂的渗透性、边界排水条件以及振动的持续时间或次数,最有效的压实是当砂层的自振频率接近振动频率时,即产生共振,使碎石填料向四周挤密或振密达到提高地基土承载力的目的。
对于软粘性土,由于渗透性小,土中水不易排走,当受到水平方向振动力时,形成的瞬时超孔隙水压力使土体处于塑性变形状态,振入的碎石填料主要起到置换作用,形成复合地基桩的刚度要比土大,地基中的应力按材料变形模量进行重分布,因此大部份荷载将由振冲桩承担,振冲桩承受荷载后,产生径向变形,并引起周围的粘性土产生被动抗力,如果粘性土的强度过低,不能使桩得到所需要的径向支持力,那么就达不到加固的目的。
2 成都地区地基特性
成都平原为岷江水系形成的一系列第四系冲洪积扇,由于沉积时水动力条件不一致和运动方式存在极大的差异性,导致砂土、粉土、软粘性土及卵石层无论是厚度、埋深、密实程度及物质组成变化极为复杂,均匀性差。上部土层为粉土、砂土及枯性土,下部为卵石层,卵石层顶板埋深一般2.50～6.00m,土层的容许承载力一般为110～160kPa,卵石层的容许承载力一般为280～450kPa,对一般建筑物(单位荷载为200～2500kPa)基础持力层不得不采用卵石层,而卵石层变化大,均匀性差,密实程度变化复杂, 给设计及施工质量控制(桩基)带来困难,施工费用高,而振冲法加固地基具有节约三材, 施工简便, 费用低,故在成都地区发展较快。
3 加固設计与加固效果的检测
振冲法加固应以基础形状、尺寸及地基土力学性质特点等为设计依据,地基加固效果的好坏与加固设计紧密相关,因此,在设计工作开始前应详细了解场地工程地质勘察报告,上部结构对地基的要求,如容许承载力、变形及是否需要消除液化等条件建筑物基础平面图及基础构造图等资料设计工作的主要内容是确定布桩形式和桩距设计。下面就搜集的成都地区近年来加固工程实际资料来论述如下关系。
3.1 不同布桩形式与加固效果的关系
不同的基础类型具有不同的布桩形式。一般分为正三角形和正方形（或长方形）两种,对于条型、矩型基础宜采用正方形布桩,大面积整体基础宜采用正三角形布桩,这主要是考虑基底应力能均匀地传递到桩体上。现剖析两个工程实例加以说明（见表1）。
由表1可得出如下两点：
（1）当振冲碎石桩直径（d）、桩距(1)和加固地层相同时,正三角形加固效果较之正方形要好,这主要是正三角形的布桩密度大于正方形的布桩密度,相应的面积置换率亦大于正方形。
（2）振冲碎石桩复合地基承载力较原地基土承载力提高3.49～8.42%。
3.2 不同桩距与加固效果的关系
桩距一般用下式计算确定：
式中：d——振冲碎石桩的直径（m）
——天然地基土空隙比
——加固后应达到的空隙比
上式中砂土的孔隙比难于准确测定（不易取出原状样），导致桩距计算的不准确性。要准确计算桩距,除应考虑桩径,地基土的性质外,尚与振冲器的功率、振幅、频率、水量等有关。笔者通过对近几年来成都地区采用的ZCQ-30型振冲器加固的砂土及软粘性土地基的加固设计、施工和效果检测的实际资料综合分析得出如下计算经验公式:
式中：d——振冲碎石桩直径（m）
——天然地基土标贯击数（击/30cm）
N——加固后应达到的标贯击数（击/30cm）
根据上述经验公式并在成都地区几项工程应用得出,在一定条件下桩距越小,地基加固效果越好,显示了桩距大小与加固效果成正比的规律性。详见表2。
3.3 深度与加固效果的关系
振冲碎石桩加固效果除与布桩形式,桩距有关外,还与深度有关（即上覆土压力有关）,从国营268厂生产车间两个点的测试可以看出,若地基上力学性质相同时,深度越深加固效果越好，这主要是越接近地表,侧向压力越小的原故,通过近百点的测试发现1.5～2.00m以上加固效果较差,详见下图,因此笔者认为对2.00至基础埋深段应浇灌素硅为宜。
4 几点体会
（1）由于振冲碎石桩能大大提高复合地基容许承载力,节约三材,施工费用低,质量较好控制等优点,结合成都地区地层结构特征,大力推广应用振冲碎石桩加固方法前景广阔,在今后的施工过程中应不断总结完善加固设计与施工技术。
（2）振冲碎石桩承载力的提高,多取决于侧向变形大小,而砂土侧向变形比软土小得多,再加之砂土的强度在振密后提高也比软土大得多,因此振冲碎石桩的加固效果,砂土较软土好。
（3）当振冲碎石桩直径(d)、桩距(L)和加固地层相同时,正三角形加固效果较正方形要好,因此对上部结构荷载较大的整体基础或独立桩基宜采用正三角形布桩形式,对荷载较小的条形基础宜采用正方形布桩形式。
（4）由于上部地基土侧压力较小,其加固效果较下部差,因此,对其上部(约1.5～2.00m)至基础埋深处采取浇灌素砼处理措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
1 振冲碎石桩的加固原理
振冲法是用具有强大水平振动力的振冲器,迫使土体由中心向四周挤出,填粗骨料后又用振冲器经过挤密或振密形成碎石桩体。当土体为砂土或粉土,在侧向挤出时,受到瞬时的振动力,使振冲孔周围的孔隙水压力迅速升高,颗粒处于运动状态,产生振动液化,液化后的土颗粒在重力、上覆土压力以及填料的挤压力作用下重新排列,使孔隙减小,而成为较为密实的砂土地基。因此, 振冲法是利用砂土的振动液化原理而实现加密效果的。砂土的振动液化在特定条件下与加速度的大小有关,同时还取决于上覆土压力、砂的密实特性、砂的渗透性、边界排水条件以及振动的持续时间或次数,最有效的压实是当砂层的自振频率接近振动频率时,即产生共振,使碎石填料向四周挤密或振密达到提高地基土承载力的目的。
对于软粘性土,由于渗透性小,土中水不易排走,当受到水平方向振动力时,形成的瞬时超孔隙水压力使土体处于塑性变形状态,振入的碎石填料主要起到置换作用,形成复合地基桩的刚度要比土大,地基中的应力按材料变形模量进行重分布,因此大部份荷载将由振冲桩承担,振冲桩承受荷载后,产生径向变形,并引起周围的粘性土产生被动抗力,如果粘性土的强度过低,不能使桩得到所需要的径向支持力,那么就达不到加固的目的。
2 成都地区地基特性
成都平原为岷江水系形成的一系列第四系冲洪积扇,由于沉积时水动力条件不一致和运动方式存在极大的差异性,导致砂土、粉土、软粘性土及卵石层无论是厚度、埋深、密实程度及物质组成变化极为复杂,均匀性差。上部土层为粉土、砂土及枯性土,下部为卵石层,卵石层顶板埋深一般2.50～6.00m,土层的容许承载力一般为110～160kPa,卵石层的容许承载力一般为280～450kPa,对一般建筑物(单位荷载为200～2500kPa)基础持力层不得不采用卵石层,而卵石层变化大,均匀性差,密实程度变化复杂, 给设计及施工质量控制(桩基)带来困难,施工费用高,而振冲法加固地基具有节约三材, 施工简便, 费用低,故在成都地区发展较快。
3 加固設计与加固效果的检测
振冲法加固应以基础形状、尺寸及地基土力学性质特点等为设计依据,地基加固效果的好坏与加固设计紧密相关,因此,在设计工作开始前应详细了解场地工程地质勘察报告,上部结构对地基的要求,如容许承载力、变形及是否需要消除液化等条件建筑物基础平面图及基础构造图等资料设计工作的主要内容是确定布桩形式和桩距设计。下面就搜集的成都地区近年来加固工程实际资料来论述如下关系。
3.1 不同布桩形式与加固效果的关系
不同的基础类型具有不同的布桩形式。一般分为正三角形和正方形（或长方形）两种,对于条型、矩型基础宜采用正方形布桩,大面积整体基础宜采用正三角形布桩,这主要是考虑基底应力能均匀地传递到桩体上。现剖析两个工程实例加以说明（见表1）。
由表1可得出如下两点：
（1）当振冲碎石桩直径（d）、桩距(1)和加固地层相同时,正三角形加固效果较之正方形要好,这主要是正三角形的布桩密度大于正方形的布桩密度,相应的面积置换率亦大于正方形。
（2）振冲碎石桩复合地基承载力较原地基土承载力提高3.49～8.42%。
3.2 不同桩距与加固效果的关系
桩距一般用下式计算确定：
式中：d——振冲碎石桩的直径（m）
——天然地基土空隙比
——加固后应达到的空隙比
上式中砂土的孔隙比难于准确测定（不易取出原状样），导致桩距计算的不准确性。要准确计算桩距,除应考虑桩径,地基土的性质外,尚与振冲器的功率、振幅、频率、水量等有关。笔者通过对近几年来成都地区采用的ZCQ-30型振冲器加固的砂土及软粘性土地基的加固设计、施工和效果检测的实际资料综合分析得出如下计算经验公式:
式中：d——振冲碎石桩直径（m）
——天然地基土标贯击数（击/30cm）
N——加固后应达到的标贯击数（击/30cm）
根据上述经验公式并在成都地区几项工程应用得出,在一定条件下桩距越小,地基加固效果越好,显示了桩距大小与加固效果成正比的规律性。详见表2。
3.3 深度与加固效果的关系
振冲碎石桩加固效果除与布桩形式,桩距有关外,还与深度有关（即上覆土压力有关）,从国营268厂生产车间两个点的测试可以看出,若地基上力学性质相同时,深度越深加固效果越好，这主要是越接近地表,侧向压力越小的原故,通过近百点的测试发现1.5～2.00m以上加固效果较差,详见下图,因此笔者认为对2.00至基础埋深段应浇灌素硅为宜。
4 几点体会
（1）由于振冲碎石桩能大大提高复合地基容许承载力,节约三材,施工费用低,质量较好控制等优点,结合成都地区地层结构特征,大力推广应用振冲碎石桩加固方法前景广阔,在今后的施工过程中应不断总结完善加固设计与施工技术。
（2）振冲碎石桩承载力的提高,多取决于侧向变形大小,而砂土侧向变形比软土小得多,再加之砂土的强度在振密后提高也比软土大得多,因此振冲碎石桩的加固效果,砂土较软土好。
（3）当振冲碎石桩直径(d)、桩距(L)和加固地层相同时,正三角形加固效果较正方形要好,因此对上部结构荷载较大的整体基础或独立桩基宜采用正三角形布桩形式,对荷载较小的条形基础宜采用正方形布桩形式。
（4）由于上部地基土侧压力较小,其加固效果较下部差,因此,对其上部(约1.5～2.00m)至基础埋深处采取浇灌素砼处理措施。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。