【摘 要】针对海域淤泥层较厚、风浪及潮汐侵扰影响较大等特点，本文对海上水下振冲碎石桩的施工难点、工艺控制措施和质量保证措施进行了详细的介绍。施工过程中对施工工艺进行了改进，提出了中空导杆下出料法进行施工，大大缩短了石料进入孔底的行程。通过对不同方案的对比，对振冲桩的设计方案进行了优化，结果表明桩间距为1.7m等边三角形布置为最优布置。
【关键词】振冲碎石桩；复合地基；地基处理；施工方法
0 引言
随着国民经济的快速发展，工程建设项目日益增多，建设用地日益紧张，一些沿海城市因为受到建设用地保有量有限和发展经济等因素的压力，而需在海岸边进行工程项目的建设。而海域地基承载力低、结构松散、压缩性大、物理力学性质差。采用这种地基作为建筑物的基础时，必须对其进行加固处理，才能确保建筑物的安全性和稳定性，海域地基处理技术成为一项亟待解决的课题。
振冲碎石桩加固松软地基，就是利用振冲器在软土地基中成孔，并向孔内分批填入碎石形成桩体并与软土组成一个整体，共同承受外部荷载在松软土中构筑刚度较软土大得多的碎石桩，组成复合地基，共同承受外部荷载[1，2]。碎石桩加固软土地基具有施工速度快、适用性广、效果好、造价低等显著的优点，在处理松散砂土地基、一般黏性土地基及饱和砂土地基中得到广泛应用，并积累了丰富的实践经验[3-5]。目前振冲法加固在陆域上已属成熟的处理地基技术，在港口工程地基处理中也开始逐步得到应用[6-8]。
由于海域条件复杂，海阔水深，以及风、浪及潮汐等的侵扰，振冲碎石桩未能在海域渔港码头工程的地基处理领域得到广泛应用。本文结合某水工护岸工程，针对阻碍振冲技术在海域应用的问题，拟定了相应解决的措施，对海上水下振冲碎石桩的施工工艺进行了改进，建立了海域施工各相关技术措施，为在海域复合地基软基处理中广泛推广振冲碎石桩法提供了成功的经验。
1 工程概况
1.1 工程地质条件
大连港东部某项目永久护岸，上部主体采用直立式大圆筒结构。根据岩土工程勘察报告，场地地层结构和岩层特征及物理力学特征如下：
本次勘察揭露的场地地层结构自上而下分别为：流泥和淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、强风化板岩。
1）流泥和淤泥：为饱和流动、流塑状态，有机质含量较高，多见贝壳碎片，不能采取原状试样。该层在整个场地均有揭露，厚度2.6～6.4m。
2）淤泥质粉质粘土：流塑状态，偶见贝壳碎片，部分钻孔底部强度有所增加，偶见薄层软塑粉质粘土。该层在整个场地均有揭露，顶面埋深6.2～10.2m，厚度2.3～6.4m。
3）粉质粘土：软塑-可塑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等，切面稍有光泽。部分钻孔底部有薄层砾卵石或板岩、石英岩砾石，含量50～60%，粒径0.1～5cm，以棱角形为主。该层分布于场地大部分地段，顶面埋深9.8～15.8m，厚度1.7～7.7m。
4）强风化板岩：岩体具散体结构，风化裂隙很发育，岩芯呈碎石土状，属极软岩，极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。该层分布于场地内大部分地段，顶面埋深14.50～19.80m，厚度0.5～1.6m。
1.2 设计地基处理方案
根据上述工程地质条件及结合设计断面图纸，淤泥质土厚度均在12.0m以上，其中淤泥厚度10.0m以上。地基处理采用振冲碎石桩法，初步设计碎石桩体长度在15.0～18.0之间，桩直径为1.2m，桩呈正三角形布置，桩间距为1.6～1.8m，见图1。
2 施工工艺及过程
2.1 施工顺序
振冲碎石桩复合地基广泛应用于软基处理中，主要是通过桩体置换和对桩间土的挤密作用，促进排水固结从而提高地基的承载力。振冲法施工一般包括造孔、清孔、填料、加密4个工序。具体施工工艺流程：碎石桩施工设备上船组装-水上施工平台就位固定-建立测量定位系统-振冲设备就位-振冲造孔施工-上料船就位-振冲加密施工-成桩-中间检测，调整施工参数。
本次施工按照1.8米桩间距→1.7米桩间距分4个小区域进行施工。由于1.8米桩间距在施工检测中发现加固效果不理想，根据设计和监理要求，在实际施工中，增加了1.6米间距的形式。其中1.8m间距的桩完成200根，1.6m间距的桩完成102根，1.7m的桩完成358根，累计完成660根。
具体施工过程分为二个阶段：
1）第一阶段：施工1.8m桩间距碎石桩，共计200根。由于本地区淤泥层比较深，施工造孔过程存在缩颈问题。在施工过程需要大距离提拉导杆方能将石料送至孔底，这样很大程度上影响了施工效率。由于淤泥对桩体的约束小，桩体顶部和底部密实度较高，中间部分密实度较差，决定在剩余的试验区域缩小桩间距同时改变送料方式进行施工。
2）第二阶段：施工1.6m桩间距碎石桩，共计102根。施工1.7m桩间距碎石桩，共计358根。
因此在施工过程中，按1.6米桩间距进行施工同时对现有施工设备进行升级改造，提出了中空导杆下出料法进行施工。大大缩短了石料进入孔底的行程，确保振冲器周边石料充足，桩体垂直度和连续性得到保证。
2.2 海上水下振冲桩施工控制要点
水上施工过程中关键控制工序要素主要有：船舶和桩位确定、施工深度控制、上料船配合填料以及海上成孔等，控制好水上施工的关键工序是保证施工质量和确保进度和关键。
1）船舶定位、移位和桩位控制
驳船被拖轮拖到施工区域内，下锚固定在施工范围内，此时，在桩位布置轴线的延长线上设置导标，利用GPS定位设备移动方驳到计划施工位置。吊车起吊设备就位后要使成桩后的桩位偏差达到规范要求，在造孔时要控制孔位偏移。造孔过程中发生孔位偏移原因及纠正方法如下： （1）由于土质不均匀，造孔时向土质软的一侧偏移。纠正方法可使振冲器向硬土一边开始造孔，偏移量多少在现场施工中确定，也可在软土一侧倒入填料阻止桩位偏移；
（2）振冲器与导管安装时中心线不在垂直线上或导管弯曲。纠正方法调整振冲器与导管的中心线在垂直线上，对弯曲的导管应调直或更换；
（3）由于潮位的变化引起桩位偏差。本工程中对桩位影响比较大的是潮位的变化。潮水位的急剧变化容易引起水上施工平台的偏移，从而造成桩位偏差。针对这种情况，在施工时要求施工机组时刻观察潮位的变化，及时调整施工方驳的锚索，保证施工平台的稳定和固定。
2）桩长控制
水上施工的桩长根据海平面的潮落位控制。首先在施工前，在每根振冲桩施工前测量水深，作为振冲器造孔终止深度的依据，同时根据勘察报告加固软弱层深度和造孔电流最终确定成孔深度。并且在加密快完成时，再次测量水深确定制桩的桩顶标高。在振冲器和导管安装完后，应用钢尺丈量并在振冲器和导管标出长度标记，一般0.5m为一段，使操作人员据此控制振冲器入土深度；施工中当水面出现上涨或下降时，根据水尺的标记，确定水位高程和振冲器上的标尺，确定振冲器入土深度。
3）填料控制
本工程所用桩体材料坚硬、具有一定的强度、水稳定型好，不易风化且级配良好且碎石含泥量不大于5%的碎石。碎石进场后使用前需要按照有关要求进行复试，合格后方能用于施工。
抛石船孔口上料使用斗容为0.5～1.5m3的反铲挖掘机，挖掘机将石料转倒进设置在作业平台边沿上的上料斗中。上料斗将升起，投放到导杆上端的接料斗内，完成一次投料过程。改变传统的投料方式可以确保投料的准确性和及时性，可提高施工效率。
4）成孔质量控制
水下施工时，表层土有淤泥存在，特别是在水下成孔时水流可能会受到海水影响，制约上流水流携带泥砂的能力。因此为保证成孔质量，确保石料能够顺畅进入孔内，保证成桩质量，在水下成孔时采用大水量冲孔。可以考虑在振冲器的减振器处将水管开孔，加强冲孔携渣能力。加密过程中，碎石桩会含一定的粘土，影响桩体碎石颗粒的啮合，从而降低桩体强度，为减少桩体的含泥量，施工中应加大加密水压，延长清孔过程，多次提拉振冲器至孔口，减慢加密速度。
2.3 实施效果
根据打设前后水深比较，1.8m间距的桩顶平均标高为-7.6m，平均桩长18.65m，打设后平均隆起0.65m；1.7m间距的桩顶平均标高为-7.0m，平均桩长19.26m，打设后平均隆起0.4m；1.6m间距的桩顶平均标高为-6.8m，平均桩长19.05m，打设后平均隆起0.6m。
通过实际投放石料与施工前后海底面隆起情况分析，以及对桩体重力触探结果分析，振冲碎石桩可以成桩且桩体连续，碎石桩置换作用得到充分应用。特别是通过对振冲碎石桩下料方式的调整，在施工速度及施工质量上有了进一步的改善。
3 结论
3.1 进行海上水下振冲桩施工时，桩的定位是施工控制的难点，施工前要完善实际桩点坐标，施工时实时掌握桩位的偏差，并不断地进行修正。
3.2 对于海域地基，因淤泥层较厚会产生缩颈现象，是碎石下落不到位，并且桩间距过大时，碎石桩周围约束小，导致桩体密实度稍差。1.8m桩间距由于桩与桩之间在淤泥层互相影响较小，密实度稍差；1.6m桩间距与1.7m桩间距成桩质量相差不大，较1.8m桩间距桩体质量有明显的改善。振冲碎石桩桩径1.2m，桩间距1.7m等边三角形布置、桩底深入粉质粘土1.0m，为最优设计方案。
3.3 本地区淤泥层较厚，淤泥对桩体侧限较小。通过对比检测数据，边桩对工程桩的桩体质量有一定的影响，因此，建议适当增加护桩排数，以利于提高复合地基的整体抗滑稳定性。
【参考文献】
[1]李琦瑛.振冲碎石桩工程施工[J].山西建筑，2012（5）：101-102.
[2]袁利平，宋延勇.振冲碎石桩地基处理在实际工程中的运用[J].工程建设与设计，2011（12）：90-92.
[3]李效明，袁伟.振冲碎石桩在易液化粉土地基处理中的作用[J].中国水运：下半月刊，2011（3）：228-229.
[4]胡晶国，姜广胤，衣凤林，等.振冲碎石桩在软弱土地基处理中的应用[J].特种结构，2011（6）：20-24.
[5]何俊，齐仁贵.振冲碎石桩在渠基液化处理中的应用[J].中国水利，2011（2）：49-50.
[6]尹永欣，乔帅，潘澍.振冲碎石桩在码头软土地基处理中的应用[J].中国水运：下半月，2011（4）：242-243.
[7]石晓东，陈巍.振冲碎石桩复合地基在沿海大型原油储备库中的应用[J].林业科技情报，2011（2）：129-130.
[8]陈自荣，刘年飞，张建侨.振冲碎石桩在山东石岛中心渔港工程中的应用[J].水运工程，2010（9）：124-127.