1、2022-4-121 33 振沖法（振動水沖法）振沖法（振動水沖法）一、振沖法的概念一、振沖法的概念 利用利用振沖器振沖器在松軟地基中在松軟地基中成孔成孔，然后填入砂或碎，然后填入砂或碎石等材料，做石等材料，做成樁成樁型，型，以擠密周圍土體以擠密周圍土體或與土體或與土體形成復合形成復合地基，地基，達到地基加固之目的。達到地基加固之目的。二、施工設備二、施工設備 振沖法最早是上世紀振沖法最早是上世紀三十年代三十年代中期由中期由德國德國的的斯圖門斯圖門發明的，我國于發明的，我國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細砂地基。和部分粉細砂地基。自自50年代末年

2、代末60年代初年代初開始應用于加開始應用于加固粘性土地基固粘性土地基。(改良改良,石家莊、承德石家莊、承德)主要機具主要機具：振沖器、起重機、水泵和控制設備等。：振沖器、起重機、水泵和控制設備等。2022-4-122B90 起重機起重機 810噸履帶式噸履帶式、輪胎式起重機、輪胎式起重機等。等。 水泵水泵 要求水壓力為要求水壓力為400600kPa，流，流量量2030m3/h。 控制設備控制設備電流操作臺、電流操作臺、150A電流表、電流表、500V電壓表、電壓表、供水管、加料斗供水管、加料斗等。等。2022-4-123 振沖器振沖器(1) 構造與尺寸構造與尺寸 類似混凝土插入式振搗棒。類似混

3、凝土插入式振搗棒。 d=270450mm, L=1.63m, G=820KN W=1375kW(2)工作原理工作原理: 利用利用電機旋轉電機旋轉帶動一組帶動一組偏偏心塊心塊產生一定頻率和振幅的產生一定頻率和振幅的水水平振動平振動，壓力水壓力水（400600kPa）通過空心豎軸從振沖器）通過空心豎軸從振沖器下端下端噴口噴出噴口噴出，在振動和水沖作用在振動和水沖作用下快速形成樁孔，周圍土體也下快速形成樁孔，周圍土體也在振動和高壓水的噴射下得到在振動和高壓水的噴射下得到加密加密。 振振:偏心輪旋轉偏心輪旋轉,振動加密振動加密,使使顆粒移動；顆粒移動； 沖沖:高壓水沖切高壓水沖切 ,使土顆粒振使土顆粒

4、振浮液化固結。浮液化固結。2022-4-124B89三、施工工藝三、施工工藝 振沖器就位；振沖器就位； 打開下噴水口，啟打開下噴水口，啟動振動器；動振動器； 振沖下沉達設計深振沖下沉達設計深度（度（12m/min）；）； 上提上提30cm，清孔；，清孔； 關閉下噴水口，打關閉下噴水口，打開上噴水口，向孔內邊開上噴水口，向孔內邊填料，邊噴水振動，使填料，邊噴水振動，使填料密實后逐漸上提振填料密實后逐漸上提振沖器（沖器（12m/min）。）。 振沖器提出地面，振沖器提出地面，形成振沖樁。形成振沖樁。2022-4-125四、加固機理四、加固機理 在砂性土地基中在砂性土地基中 振沖器對土施加重復的振沖

5、器對土施加重復的水平振動水平振動和和側向擠壓側向擠壓作用作用，使土結，使土結構破壞，孔隙水壓力升高。構破壞，孔隙水壓力升高。結構破壞結構破壞后的土粒便向低勢能位后的土粒便向低勢能位置轉移，重新排列，使土體由松變密。置轉移，重新排列，使土體由松變密。孔隙水壓力上升孔隙水壓力上升到一到一定程度后，土體開始液化，隨后孔隙水消散，土體得到固結。定程度后，土體開始液化，隨后孔隙水消散，土體得到固結。（液態區（液態區 過渡區過渡區 擠密區擠密區 彈性區）彈性區） 在粘性土地基中在粘性土地基中 振動振動不能使粘性土液化不能使粘性土液化，除了非飽和土和粘粒含量少的，除了非飽和土和粘粒含量少的2022-4-12

6、6粘性土外，在振動擠壓作用下粘性土外，在振動擠壓作用下不可能使四周土密實不可能使四周土密實，尤其，尤其對飽和軟粘土，甚至擾動了土的結構。孔隙水壓力升高降對飽和軟粘土，甚至擾動了土的結構。孔隙水壓力升高降低了有效應力，使土的強度降低。故低了有效應力，使土的強度降低。故振沖器主要起成孔作振沖器主要起成孔作用用，并將填入孔中的，并將填入孔中的粗顆粒材料振擠密實粗顆粒材料振擠密實，靠，靠振沖置換作振沖置換作用用形成復合地基。形成復合地基。 此外，還有此外，還有排水固結作用排水固結作用。五、方法特點及適用土質五、方法特點及適用土質 方法特點：方法特點：技術可靠，機具設備與施工操作簡單，技術可靠，機具設備

7、與施工操作簡單，可就地取材，加固速度快，造價低，振動小，噪音低。但可就地取材，加固速度快，造價低，振動小，噪音低。但孔內返出大量泥水，對環境有污染。孔內返出大量泥水，對環境有污染。2022-4-127樁體材料具有良好的透水性，可加速地基固結，復合地基樁體材料具有良好的透水性，可加速地基固結，復合地基承載力可提高承載力可提高13倍，沉降量可減少倍，沉降量可減少1/22/3；振沖預震效；振沖預震效應，可使砂土地基增加抗液化能力。應，可使砂土地基增加抗液化能力。 適用土質適用土質 振沖置換法振沖置換法 適用于不排水抗剪強度適用于不排水抗剪強度Cu不小于不小于20kPa的粘性土、粉的粘性土、粉土、飽和

8、黃土和人工填土等地基（樁周土強度過低，土的土、飽和黃土和人工填土等地基（樁周土強度過低，土的約束力始終不能平衡填料的擠入力，則難以成樁。而且易約束力始終不能平衡填料的擠入力，則難以成樁。而且易發生鼓脹破壞）。發生鼓脹破壞）。 2022-4-128 軟粘土軟粘土砂石樁的鼓脹破壞砂石樁的鼓脹破壞2022-4-129六、六、 振沖樁的設計振沖樁的設計 設計步驟設計步驟 (1)充分充分掌握土體物理力學性質與指標掌握土體物理力學性質與指標，尤其是淤泥或淤，尤其是淤泥或淤泥質粘土的厚度變化。初步論證用碎石樁加固的可行性，如泥質粘土的厚度變化。初步論證用碎石樁加固的可行性，如果可行，但資料不全，應針對存在的

9、問題進行補勘。果可行，但資料不全，應針對存在的問題進行補勘。 (2)編制綜合剖面圖編制綜合剖面圖，確定加固層的厚度、深度及力學指，確定加固層的厚度、深度及力學指標；編制淤泥平面分布或等厚線圖，為確定樁長、合理布樁標；編制淤泥平面分布或等厚線圖，為確定樁長、合理布樁提供基礎資料。提供基礎資料。 (3)掌握上部結構特征、荷載分布及對地基處理的要求，掌握上部結構特征、荷載分布及對地基處理的要求，為加強樁、合理布樁提供依據。為加強樁、合理布樁提供依據。 (4)綜合分析上述條件，確定采用碎石樁加固地基后，綜合分析上述條件，確定采用碎石樁加固地基后，確確定樁長定樁長。 振沖密實法振沖密實法 適用于處理砂土

10、和粉土等地基；粘粒含量小于適用于處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，可不加填料原地振沖密實。砂、中砂地基，可不加填料原地振沖密實。2022-4-1210 、設計內容、設計內容 加固范圍加固范圍根據建筑物重要性和場地條件確定，一般均根據建筑物重要性和場地條件確定，一般均大于基底面積。通常可在基礎外增加大于基底面積。通常可在基礎外增加12排樁，可液化地基排樁，可液化地基增加增加24排樁。排樁。 樁的布置形式樁的布置形式 片筏基礎：等邊三角形；片筏基礎：等邊三角形； 獨立或條形基礎：正方形、矩形、等腰三角形等；獨立或條形基礎：正方形、矩形、等腰三角形等； 園形或環形基礎：放

11、射形布置。園形或環形基礎：放射形布置。(5)樁長確定后，根據建筑物基礎對加固土層的強度與變形要求樁長確定后，根據建筑物基礎對加固土層的強度與變形要求，按有關公式，按有關公式試算試算復合地基承載力標淮值及壓縮模量預估值，復合地基承載力標淮值及壓縮模量預估值，從而確定碎石樁的直徑、樁間距、置換率、布樁方式、加固范從而確定碎石樁的直徑、樁間距、置換率、布樁方式、加固范圍、加固效果，圍、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，結合地基條件、機械條件、場地條件進行按照初步方案，結合地基條件、機械條件、場地條件進行試試打打。試打組數不少于兩組。試打組數不少于兩組6根。根據試打后的結

12、果對初步方案進根。根據試打后的結果對初步方案進行修改調整，最終確定施工方案。行修改調整，最終確定施工方案。2022-4-1211樁位布置a:正方形;b:矩形;c:等腰三角形;d:放射狀2022-4-1212 樁長確定樁長確定 根據地層條件，建筑結構，荷載，樁的用途等要求具根據地層條件，建筑結構，荷載，樁的用途等要求具體確定。但樁長一般不宜小于體確定。但樁長一般不宜小于4m。 樁的直徑樁的直徑 根據地基土質條件和成樁設備等因素確定。如根據地基土質條件和成樁設備等因素確定。如30kW振振沖器施工的碎石樁可達沖器施工的碎石樁可達0.71.0m。一般為。一般為0.81.2m。 樁的間距樁的間距 根據建

13、筑物的荷載大小和原地基土的抗剪強度確定。根據建筑物的荷載大小和原地基土的抗剪強度確定。荷載大或強度低時取較小間距，反之則較大。對樁端無硬荷載大或強度低時取較小間距，反之則較大。對樁端無硬持力層的短樁，應取小間距。一般為持力層的短樁，應取小間距。一般為1.52.5m。2022-4-1213、復合地基承載力的計算、復合地基承載力的計算 1復合地基承載力標準值計算復合地基承載力標準值計算 復合地基的承載力標準值應按現場復合地基載荷試驗確定，復合地基的承載力標準值應按現場復合地基載荷試驗確定，也可用單樁和樁間土的載荷試驗按下式確定：也可用單樁和樁間土的載荷試驗按下式確定：2022-4-1214七、振沖

14、樁的施工要點七、振沖樁的施工要點 振沖法加固軟弱地基，對不同的地層，有不同的振沖法加固軟弱地基，對不同的地層，有不同的加固機理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。加固機理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。 振沖置換法施工操作要點振沖置換法施工操作要點 成孔成孔土體在振沖器激振力和壓力水沖切作土體在振沖器激振力和壓力水沖切作用下破壞，依靠自重貫入到設計深度形成樁孔。用下破壞，依靠自重貫入到設計深度形成樁孔。 孔徑大小孔徑大小與土質及振沖器直徑、功率、水壓作用與土質及振沖器直徑、功率、水壓作用時間等因素有關。土質及振沖器一定時，加大壓力水時間等因素有關。土質及振沖器一定時，加大壓力水沖切速度

15、及振沖器上下往復次數，孔徑將增大（沖切速度及振沖器上下往復次數，孔徑將增大（擴孔擴孔）。如地基中夾有硬層時可采用。）。如地基中夾有硬層時可采用。2022-4-1215 清孔清孔成孔過程中，孔中粘粒、細砂等與回水攪混成孔過程中，孔中粘粒、細砂等與回水攪混為粘度較大的為粘度較大的泥漿泥漿，不利于填料下沉，直接影響成樁質量和，不利于填料下沉，直接影響成樁質量和施工進度。因此，施工進度。因此，成孔后應用壓力水將孔內泥漿沖頂出地面成孔后應用壓力水將孔內泥漿沖頂出地面。 填料填料向孔內倒入樁體材料。向孔內倒入樁體材料。填料方式視土質情況填料方式視土質情況： 將振沖器提出孔口將振沖器提出孔口，往孔內填料，再

16、降下振沖器將填，往孔內填料，再降下振沖器將填料振密。如此反復直至孔口。一般用于孔壁比較穩定，料振密。如此反復直至孔口。一般用于孔壁比較穩定，無塌無塌孔現象的地層。孔現象的地層。 振沖器僅上升一定高度振沖器僅上升一定高度，由孔口通過吊管與孔壁間隙，由孔口通過吊管與孔壁間隙往下填料，再下降振沖器振擠密實，如此反復直至孔口。適往下填料，再下降振沖器振擠密實，如此反復直至孔口。適用于土質較軟，用于土質較軟，孔壁不穩的地層孔壁不穩的地層。 由孔口連續向孔內填料由孔口連續向孔內填料，并緩慢提升振沖器，只要達，并緩慢提升振沖器，只要達2022-4-1216到規定振密標準，即可繼續上提，直至孔口。到規定振密標

17、準，即可繼續上提，直至孔口。適用于土質適用于土質較軟，間隙較大，填料粒徑較小的情況較軟，間隙較大，填料粒徑較小的情況。（松砂地基）。（松砂地基） 對對孔壁易坍塌的軟弱地層孔壁易坍塌的軟弱地層，還常采用，還常采用“先護壁，后成孔先護壁，后成孔”的方法，即成孔過程中，對易坍塌層段，從上至下分段填的方法，即成孔過程中，對易坍塌層段，從上至下分段填料振擠使孔壁密實，直至設計加固深度，再按常規要求制料振擠使孔壁密實，直至設計加固深度，再按常規要求制樁。樁。 加料時宜加料時宜“少填勤填少填勤填”，每次加料以堆至孔底高約，每次加料以堆至孔底高約0.81.0m為宜。為宜。 振密振密將振沖器沉入填料中工作，使填

18、料振實，將振沖器沉入填料中工作，使填料振實，并將部分填料擠入孔壁土中，從而使樁徑增大。并將部分填料擠入孔壁土中，從而使樁徑增大。 隨著填料的不斷擠入隨著填料的不斷擠入，孔壁土的，孔壁土的約束力約束力不斷提高，樁不斷提高，樁體密實度逐漸增大，振沖器體密實度逐漸增大，振沖器振動負荷振動負荷也越來越大，振沖器也越來越大，振沖器電機的電機的電流值電流值也隨之升高，因此振沖器電機的電流值可間也隨之升高，因此振沖器電機的電流值可間接反映樁體的接反映樁體的密實程度密實程度。表明某深度處樁體已經振密的電表明某深度處樁體已經振密的電2022-4-1217流值稱為流值稱為“密實電流密實電流”。 密實電流的大小根據

19、土質情況、設計要求由制樁試驗或密實電流的大小根據土質情況、設計要求由制樁試驗或經驗確定。通常要超出空振電流經驗確定。通常要超出空振電流3545A。 振沖擠密法施工操作要點振沖擠密法施工操作要點 加料方式加料方式根據砂土的性質可采用根據砂土的性質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兩種方法處理。兩種方法處理。 對對中砂或粗砂地基中砂或粗砂地基，由于在振密過程中振動區頂層中粗，由于在振密過程中振動區頂層中粗砂易坍落，成為自然補給料源，故可采用不加料處理工藝。砂易坍落，成為自然補給料源，故可采用不加料處理工藝。 對對粉細砂地基粉細砂地基，在振密時不易自行塌陷，宜采用加料的，在振密時

20、不易自行塌陷，宜采用加料的處理工藝。處理工藝。 關鍵是控制水量大小、留振時間、密實電流和填料量：關鍵是控制水量大小、留振時間、密實電流和填料量： 2022-4-1218 水量大小水量大小要保證砂土充分飽和要保證砂土充分飽和，同時使返回水流不攜，同時使返回水流不攜帶出大量細顆粒為原則。帶出大量細顆粒為原則。 留振時間留振時間是指振沖器在孔內某一深度處振動的時間是指振沖器在孔內某一深度處振動的時間。 只有在砂土充分飽和并有足夠的留振時間的條件下，才能使只有在砂土充分飽和并有足夠的留振時間的條件下，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“液化區液化區”。 密實電流密實電流可間接反

21、映砂土被擠密的程度可間接反映砂土被擠密的程度。 填料量填料量可直接反映樁體直徑的大小可直接反映樁體直徑的大小。 一般控制標準：供水量為一般控制標準：供水量為200400L/min；留振時間為；留振時間為 3060S； 密實電流不小于密實電流不小于50A；填料量為每米不小于；填料量為每米不小于0.6m3。 施工順序施工順序 一般采用一般采用“由里向外由里向外”或或“一邊向另一邊一邊向另一邊”這兩種方式這兩種方式有利于擠走部分軟土，從而使后續制樁比較容易。當地基土有利于擠走部分軟土，從而使后續制樁比較容易。當地基土抗剪強度較低時宜抗剪強度較低時宜“間隔跳打間隔跳打”。另應考慮相臨建筑。另應考慮相臨建筑。2022-4-1219由里向外由里向外由一邊向另一邊由一邊向另一邊間隔跳打間隔跳打 臨臨近近建建筑筑物物2022-4-1220八、質量控制八、質量控制填料要求填料要求 振沖置換法振沖置換法可用含泥量不大的碎石可用含泥量不大的碎石、卵石、角礫、卵石、角礫、園礫等硬質材料。常用碎石粒徑為園礫等硬質材料。常用碎石粒徑為2050mm，最大不宜大于，最大不宜大于80mm。 振沖擠密法振沖擠密法宜用碎石宜用碎石、卵石、角礫、園礫、礫砂、卵石、角礫、園礫、礫砂、粗砂、中砂等