振冲工法在软土地基加固工程中的应用

振冲工法在软土地基加固工程中的应用北京振冲工程机械有限公司软土与软土地基处理方法简述1目录2振冲法国内工程应用的发展简介振冲法加固地基的机理及加固效果34振冲法分类及使用范围近年来振冲施工工艺的发展56振冲施工设备简介振冲法加固软基的设计方法和要点78振冲法施工要点简介9振冲施工的质量控制、检测和验收10振冲工程案例软土与软土地基处理方法简述按土层性质按土层类别压缩稳定所需时间长强度低、纵向侧向变形量大孔隙比大、含水量高、压缩性高其它高压缩性软弱土层松软填土和杂填土淤泥、淤泥质土什么是软土地基特征指标名称天然含水量（%）天然孔隙比十字板剪切强度（kPa）指标值≥35（或液限）≥1.0<35软土地基的特点和不良影响软土与软土地基处理方法简述强度和稳定性问题沉降变形大、水平沉降和不均匀沉降问题饱和土液化、失稳和震陷问题软土与软土地基处理方法简述软土地基处理需要达到的目的避免地基产生超过允许值的沉降、水平位移以及不均匀沉降，影响构筑物的安全性避免地基在承受正常荷载时发生局部或整体的剪切破坏，影响构筑物的安全性增加地基土的透水性能，加快固结，加速承载前的沉降发生，避免地基土的液化和失稳提高抗剪强度改善压缩性能改善透水性能常见软土地基的处理办法置换法分类加固原理换土垫层法、挤淤置换法、强夯置换法、石灰桩法、振冲桩置换法排水固结法用物理力学性质较好的材料置换天然地基中部分或全部软弱土层，形成双层或复合地基加载预压法、超载预压法、真空联合堆载预压法、降低地下水位法饱和软弱土在外部荷载作用下排水固结，孔隙比减小、抗剪强度提高灌入固化物法深层搅拌法、高压喷射注浆法、挤密灌浆法振密挤密法强夯法、沉管碎石桩法、振冲碎石桩法采用振冲法等在地基种形成碎石桩，对周围土层产生挤密作用，同时形成碎石桩复合地基向土体灌入或拌入水泥、石灰或其它化学固化浆材，使其在地基中形成增强体加筋法加筋垫层法、低强度混凝土桩、钢筋混凝土桩、长短桩符复合地基在地基中设置强度高、模量大的筋材，如土工格栅、土工织物等软土与软土地基处理方法简述振冲法在国内工程应用的发展简介在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层中形成碎石等粗粒料加强体，并与原地基土组成复合地基处理方法。40年的发展和应用，振冲法已成为地基处理成熟和常用的工法1977-19941994-20052005-2017振冲技术萌芽期振冲市场推广期振冲业务成熟期前水电部北京院主导研发国内第一台振冲器，开始在电力行业领域应用振冲技术在多个领域推广使用，施工工艺逐渐成熟。振冲设备种类、型号逐渐齐全，振冲技术行业标准发布实施振冲法加固地基的机理及加固效果振冲工法对原有地基产生的外部干涉振动水冲填料振冲器带动土体强烈振动，产生液化高压水冲带出土体，形成置换填入骨料并振密，形成挤密碎石桩振冲器构造振冲工法的加固机理土壤颗粒在强烈振动下液化重新排列，变得更加密实振动加密用物理力学性能更好的挤密碎石桩体置换软弱土层，形成复合地基弱土置换形成的碎石桩体成为地基中的下水管道，改善排水条件形成透水桩体减小空隙比，完成预沉降和应变，减少超孔隙水压力的产生，提高抗剪强度，减少沉降和变形强度更大的复合地基承载体系，提高地基承载力加快地基固结，更快速消散地震时产生的土体超孔隙水压力，提高抗震能力振冲法加固地基的机理及加固效果振冲法加固地基的机理及加固效果振冲工法的加固效果在地基承受构筑物荷载之前完成大部分沉降，减少绝对沉降量土体孔隙比减小，减少不均匀沉降和水平位移改变地基承载力体系，提高地基承载力提高排水性能，加快土体固结，减小沉降、提高承载力的同时改善土体抗液化性能1.预沉降2.土体挤密3.形成复合地基4.排水性能改善振冲法的情景化加固特点遇弱则强遇强则弱当土层强度大时，形成直径相对小的碎石桩当土层强度小时，形成直径相对大的碎石桩当存在多个不同条件的地层时，在各地层的成桩直径将不同，最终形成“葫芦”状桩体振冲法加固地基的机理及加固效果振冲挤密法振冲置换法孔口填料法底部填料法加密机理分类填料方式分类适用于无凝聚性的砂类土及碎（卵）石土通常用于改善压缩性能和提高抗震等级相对密度能提高到80%以上粘性土、软黏土、粉质土及其它土类通常用于改善压缩性能，提高地基承载力处理后复合地基承载力在400KN以下石料从孔口填入，落入孔底最常规的工艺，操作简单，经济高效使用常规振冲设备石料从振冲器都出料口填入孔底常用于Cu值低于20kpa的淤泥质黏土或水下施工使用下出料振冲设备振冲法的分类和适用范围振冲法的适用范围振冲法的分类和适用范围适用范围碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土及湿陷性黄土可液化土的加密和抗液化处理不排水抗剪强度Cu大20KPa的淤泥质土（传统孔口填料方式）突破底部出料振冲施工工艺的出现，振冲法突破以往不能处理不排水强度小于20KPa淤泥质土的局限，适用范围进一步扩大近年来振冲施工工艺的发展振冲施工设备和施工工艺相互推动底部出料振冲器液压振冲器干法施工振冲器2006年，底部出料振冲工法的出现，使得用振冲法处理Cu小于20KPa淤泥质土成为可能2006年，国内第一台液压振冲器出现，大大提高振冲器的激振力，使得振冲器的造孔能力和振动挤密效果大幅度提高，使用寿命延长2011年，干法振冲施工设备和施工工艺出现，振冲法开始适用于在排污水条件受限的地区施工振冲施工设备简介振冲器工作原理由电机带动偏心块产生强烈的振动，由高压水泵推动高压水从孔口喷出，协同作用，产生振动和水冲效果振冲器的功率型号目前国内生产振冲器的功率型号主要有：30KW,45KW,55KW,75KW,130KW,150KW,180KW和260KW。其中75KW，130KW，150KW和180KW使用最为广泛振冲施工设备简介振冲施工设备简介振冲器振动方式水平振动水平振动加垂直振动两种振动方式比较垂直振动器贯入和上提速度比振冲器大4倍要达到同等的加密效果，垂直振动器要比水平向振冲器加密点要多4-5倍不论振动点的距离大小，振冲器加密效果比垂直振动器大目前国内外均以单项水平振动为主振冲施工设备简介-振冲器BVEM振冲器的特点及优势采用最优结构设计，造孔效率高高性能电机，振幅和频率稳定最优化激振器，激振动力强劲国家专利的减震器，减震效果好，使用寿命长整体铸钢件设计，强度高，韧性好整体热处理锻件，耐磨性能优越导杆采用单根内嵌式连接，减少磨损加固效果成桩直径地质条件Cu值（淤泥土）挤密桩/置换桩承载力液化消除现有土的强度钻孔难度土层分布底部出料孔口填料直径大小桩间距综合考虑振冲器类型（功率、工艺）振冲器类型选择振冲施工设备简介振冲施工系统的中枢系统和“总指挥”控制振冲器、高压水泵的启动和停止设定振冲器加密电流，加密电流提醒和警示实时记录振冲器的工作电流、水压（气压）振冲法的施工主要设备简介--电控系统振冲施工电气控制柜BVEM电气控制柜的特点及优势采用符合国家3C认证标准的优质国标配件。配套高压水泵、排污泵、潜水泵控制开关及电源接口，增加施工便捷性。合理的过载保护功能，防止电机长时间过热。配备蜂鸣器报警装置。可向下兼容（造孔、加密、过载可调节）。振冲法的施工主要设备简介--电控系统BVEM振冲施工远程控制记录仪远程控制设备的启动和停止，可由现场不同人员控制提高现场施工效率便于施工管理人员监控施工过程实时记录电流、水压、气压、振冲器位置，以及填料量等参数简化施工队伍，减少人员成本振冲法的施工主要设备简介--电控系统BVEM振冲施工远程控制记录仪有效控制距离达到100米，实现对电流、成桩深度、调料量的准确检测，更好的控制施工质量采用高可靠性工业触控屏，能够方便快捷的设置参数、数据输入中英文两种语言界面地质剖面图振冲地基加固的设计振冲法加固软基的设计方法和要点同一地质条件下，不同的设计要求，振冲桩的设计也不同振冲桩的设计主要包括：承载力计算、沉降计算、桩径设计、桩深设计、振冲桩布置以及振冲桩的构造要求等振冲法加固软基的设计方法和要点振冲法设计依据振冲法设计需要的基本资料岩土工程勘察报告钻孔剖面图土的物理力学指标有关原始地基的资料有关工程建（构）筑物的资料对地基物理力学性能的要求工程等别建（构）筑物级别基础型式、荷载和抗震设防烈度符合地基承载力变形量抗剪强度指标《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）《水利工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T5214-2005）振冲法加固软基的设计方法和要点振冲工法设计的主要内容基本参数设计

振冲桩布置型式

振冲桩桩径设计

振冲桩桩距设计振冲桩桩深设计地基承载力验算

地基变形验算承载力&位移验算

检测和检验标准

检测内容

检测方式检测数量振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密加固设计理念振冲置换加固设计理念目前振冲工法设计的主要分类无填料加密填料加密振冲碎石桩复合地基振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密桩的设计振冲法加密地基的设计方法还没有成熟规范，主要根据试验和工程实践经验来进行振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密桩的加固机理振挤作用振浮作用固结作用振冲器的水平作用力通过土的骨架传递将周围土挤压密实振冲器的振动是周围土体内超孔隙水压力升高，促使土粒间结构破坏载形成稳定的结构形式在砂土上覆有效应力的作用下超孔隙水压力消散时产生排水固结压密流态区：土体处于流态，土颗粒时而连接，时而不连接，加密效果最好振冲法加固软基的设计方法和要点振冲作用下周围土的状态振冲器中轴线剪胀区：加速度值大，砂土剪胀，加密效果差过渡区：砂土结构破坏但颗粒保持连接弹性区：振动影响小，土体处在弹性变形状态流态区范围是振冲挤密涉设计的重要依据不同功率振冲器流态区的范围不同随着振冲器的移动，流态区的位置在发生变化振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法适用的土类及工艺特点适用土类优点施工工艺无填料加密粗砂、中粗砂、砾质中粗砂采用就地加密工艺，施工速度快，造价低，效果好施工时将振冲器贯入到需要的加密深度，待周围砂被振密，达到加密电流标准向上提升振冲器30-50cm，逐段加密直到孔口。在孔口附近常因坍塌砂量少，可以采用高压水冲刷地表砂补充填料加密粉细砂，中细砂（流态区大，排水固结慢，回填粗骨料作为更好的排水通道）碎（卵）石（内摩擦角大，孔壁不易坍塌，坍塌量不足以弥补加密所需填料量）先将振冲器贯入到需要加密的深度，然后向孔内回填粗粒料，控制一定的加密电流，自下向上阻断加密至孔口布桩范围i1、高层或多层建筑基础需在基础外缘布设1-3排护桩2、可液化土地基，基础外缘处理宽度不小于基础底面下可液化土层厚度的1/2，并不小于5m振冲挤密桩布置布桩型式i1、大面积基础宜采用三角形布置2、对于独立基础和条形基础可采用三角形、正方形、矩形或混合型布桩振冲法加固软基的设计方法和要点振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法孔距和布孔方法方法一：现场试验法由于确定孔距受各种因素影响，没有可靠设计依据，最好通过现场试验确定。特别大型或重要工程应该通过现场试验确定孔距和加密电流、填料数量及施工工艺等技术参数振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法孔距和布孔方法方法二：填料量估算法：根据地基单位土体回填料数量估算加密后地基相对密度,可按下式计算：e=βd²(H±h)βd²H1+eₒ+βd²H1+eᵢ-1其中：β------面积系数，正方形布孔时为1.0，正三角形布孔时为0.866d------振冲孔间距（m)βd²---单个振冲桩控制面积（平方米）H------挤密土层厚度（米)h-------地表隆起（+）或沉降（-）V-------每个振冲孔填料量（立方米）振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法孔距和布孔方法方法三：经验公式法达阿波罗尼亚影响系数法索恩伯经验图表格林伍德建议影响系数距振冲点距离（英尺）相对密度（%）振冲器中轴线剪胀区流态区过渡区弹性区振冲器功率（千瓦）推荐桩间距范围（米）751.5-2.01302.0-3.01503.0-3.51803.0-3.52604.0-4.5不同功率振冲器有效间距振冲法加固软基的设计方法和要点振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法加密深度确定A可根据上部结构荷载应力分布和地基土强度确定，按建筑地基规范推荐公式计算。。加固深度要适当大于计算确定深度B如果软弱土层下有强度高的地层，埋深又不大，可加固到强度高的地层；埋深大时，按允许变形确定。可液化地层按地震处理深度确定。C地基土表层1-1.5米加固效果较差，基础埋深应在1-1.5米左右，若条件不允许，则应对表层土做碾压或夯实等适当处理振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法的抗震防液化设计最大地面加速度易液化的Dr(%)可能发生液化的Dr(%)不易液化的Dr(%)7度0.1g<3333<Dr<54>548度0.15g<4833<Dr<73>730.2g<6033<Dr<85>850.25g<7033<Dr<92>92地震烈度7度8度9度相对密度Dr70%75%80%-85%我国抗震规范规定的不同烈度地震情况下的最低相对密度值振冲法加固软基的设计方法和要点振冲挤密法的抗震防液化设计中临界SPT值的确定式中：Ncr----砂土液化临界标贯击数N0-----当ds=3m,dw=2m是砂土液化临界标贯击数，称为标准临界标贯击数，当设计烈度为7、8、9度时，N0分别为6、10、16ds-----饱和砂土标准贯入试验深度（m)dw-----地下水位深度(m)Pc------粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均应采用3振冲法加固软基的设计方法和要点振冲置换桩的设计振冲置换法设计主要使用半经验半理论方法振冲置换桩的加固机理桩柱作用垫层作用排水作用压缩性能更高的碎石桩形成应力集中现象，附加应力集中到碎石桩上基础施加的应力不仅延碎石桩自上而下传递，同时也通过桩体侧向变形传递给周围土体。相当形成刚度较大的垫层扩散附加应力碎石桩有利于形成排水固结，提高粘性土强度，同时可使荷载产生的超空隙水压力快速消散，快速完成固结沉降，快速完成沉降稳定。振冲法加固软基的设计方法和要点振冲处理对粘性土强度的影响振冲法加固软基的设计方法和要点A粘性土收到振动影响后强度有所降低，降低值约20%，但振后20-30天可恢复到原来水平，60-90天后比天然强度提高5%-15%B振冲对高灵敏度软黏土（CU值小于20KPa）强度影响较大。但最新出现的下出料振冲工艺能有效减小对此类土的强度负影响C振冲对老黏土、一般性黏土前度影响不大，对轻亚黏土能有效提高强度。振冲置换法的适用土类振冲法加固软基的设计方法和要点

粉质土（<0IP<10)

一般性粘土（Ip>1,fk>100Kpa)

软粘土（fk<100Kpa)Cu值小于20Kpa时，宜采用下出料工艺

其它土类：杂填土、粉煤灰地基、湿陷性黄土振冲置换振冲置换法的设计要点振冲法加固软基的设计方法和要点满足上部建筑最大绝对沉降的要求使加固后的复合地基承载力满足上部建筑荷载要求使建筑物内部和建筑物之间的差异沉降满足规范或设计要求碎石桩承载力和置换率绝对沉降量相对沉降量振冲法加固软基的设计方法和要点布桩范围i1、按变形和稳定性计算确定范围2、建筑物基础需在基础内布桩，同时在基础外缘布设1-2排护桩3、独立基础、条形基础在基础范围内布桩，如基础外为软黏土等不利条件是，布设1-2排基础外护桩4、可液化土地基，基础外缘处理宽度不小于基础底面下处理深度的1/2振冲碎石桩布置布桩型式i1、大面积基础课采用三角形、正方形和矩形布置2、条形基础课沿基础中心线布桩，单排不能满足要求时可采用多排桩3、对于独立基础，可采用三角形、正方形、矩形或混合型布桩碎石桩桩径设计碎石桩的桩深设计承载力和变形要求抗滑稳定性处理深度超过最危险滑动面1.0米桩深到达下卧层时，进行下卧层承载力验算可液化地层，按GB50011和DL5073执行承载力和变形要求，计算最小置换率一般桩径按0.8-1.2

m设计平均桩径计算振冲法加固软基的设计方法和要点碎石桩的桩距设计影响桩距设计的主要因素有：1、土层条件、2、设计等级、3、荷载和变形一般可采用1.5-3m间距面积置换率m=dₒ²/dc²dₒ--平均桩径dc--单桩等效影响圆直径，等边三角形为1.05S，正方形为1.13S桩径1米，桩距2米情况：m=0.227总桩数：251X116=29116总进尺：291160米总填料量：285700m³桩径1.2米，桩距2.4米情况：m=0.227总桩数：209X96=20064总进尺：20064米总填料量：283504m³例：处理面积200X500=100000㎡，处理深度10米振冲法加固软基的设计方法和要点面积置换率是确定桩距和桩径的重要因素复合地基承载力特征值的验算和确定最准确较准确估算复合地基荷载试验方法见规范附录A通过复合地基荷载试验确定通过单桩和桩间土荷载试验确定通过计算公式估算振冲法加固软基的设计方法和要点振冲法加固软基的设计方法和要点复合地基沉降的计算复合地基弹性模量计算方法Ssp----------复合土层的平均变形Pi-------------基础底面的附加压力Zi，Zi-1-----基础每层土底面至碎石桩垫层底面的距离ai，ai-1-----平均附加应力系数E'sp----------复合地基的沉降模量加载等级分为8-12级最大加载不小于设计要求承载力标准值2倍单桩：最好荷载板直径与碎石桩直径相近多桩：按实际处理面积确定，圆形和方形、矩形出现下列现象可终止试验沉降急剧增大累计沉降量大于板直径或宽度的6%最大加载大于设计压力的2倍试验点不少于3点极差不超过平均值30%时，取平均值条形基础和独立基础一般取最小值记录每级荷载前后的沉降以后每0.5小时记录一次1小时沉降小于0.1mm时，可加下一级荷载复合地基承载力特征值的确定取荷载位移曲线的比例界限或极限荷载的1/2曲线光滑时，取s/b=0.01时的压力值振冲复合地基承载力静载试验要点振冲法加固软基的设计方法和要点静载试验振冲桩的其它设计要点桩顶加固振冲桩应超过有效桩顶高程1.0-1.5米振冲桩顶部应铺设0.2-0.5米厚密实碎石垫层桩体材料采用含泥量不大于5%的碎石、卵石、砾石、砾（粗）砂、矿渣。材料粒径20mm-150mm桩顶处理振冲法加固软基的设计方法和要点振冲法的施工要点简介振冲施工成套设备装载机振冲器导杆起重机储水箱高压水泵电器柜污水泵振冲桩施工流程成孔就位清孔填料清理平整场地，布置桩位，振冲器对准桩位启动设备垂直成孔至处理深度0,3米以下上提下沉振冲器几次，利用高压水清理孔壁提出填料，下放振冲器进行振密，直至超过密实电流分段成桩振冲法的施工要点简介无填料挤密填料挤密振冲置换振冲桩施工质量控制要点1采用加密电流、留振时间、加密长度作为控制标准，调料量指标作为参考值2桩体加密应从桩底标高开始，逐段向上进行，中间不得漏振。填料方式可采用强迫填料法、连续填料法和间断填料法3加密是记录电流、水压、加密段挤密时间和填料量。填料量与是要求相差较大时，应及时研究解决充盈系数定义为每根碎石桩实际灌入碎石量与设计桩径和桩长计算理论碎石桩体积的比值。碎石桩规范建议充盈系数为1.1到1.2

振冲法的施工要点简介振冲桩施工全过程质量控制理念振冲法的施工要点简介1、远程控制振冲