振衝法

1937年德國凱勒公司基於混凝土振搗棒原理，設計製造出具有現代振衝器雛形的機具，並首次用於處理柏林市郊一幢建築物的粗砂地基，沒有外加填料。加固後地基承載力了，提高一倍多，相對密度由40%提高到80%。其後人們通常認為這種有着魚雷狀外形，通過往復插入土體內部，依靠自身產生的強烈振動和擠壓加之輔以壓力水衝的“傢伙”，可以振密和擠密砂類土地基，在大量T程實踐的基礎上其有效性和經濟性逐漸被人們所認識。20世紀40年代傳人美國，50年代被引進到英國和法國，60年代在非洲得到應用。20世紀50年代末、60年代初，英國、德國和美國相繼通過回填碎石等粗顆粒填料形成密實粗顆粒樁的方式又把這一技術拓寬到用於黏性土地基的加固處理，從而使得振衝法逐漸發展成兩大分支：一是不添加碎石等外加填料的無填料振衝法(國內稱之為振衝密實法)，二是添加碎石等外加填料的填料振衝法(國內稱之為振衝置換法或振衝碎石樁法)，其中前者主要用於中、粗砂等粗顆粒土的加固，而後者多用於細顆粒的黏性土加固。日本於1 957年引進振衝法，因20世紀60年代經歷新渴和十勝衝地震後，經振衝處理過的砂基，其破壞情況遠較沒有未經處理砂基的破壞程度大，因而振衝法作為砂基抗震防止液化的有效措施而被進一步推廣應用。 ^[1] 

振動作用能有效地增加很濕至飽和狀態的非密實砂土的相對密實度。振衝法就是根據這個原理髮展起來的一種深層地基處理方法。振衝法施工的主要設備是振衝器，它類似於插入式混凝土振搗器，由潛水電動機、偏心塊和通水管三部分組成。振衝器在吊機就位後，通過同時啓動電動機和射水泵，在高頻振動和高壓水流的聯合作用下下沉到預定深度。然後進行清孔，用循環水帶出孔中較稠泥漿。清孔後，就一邊向孔中逐段填入砂石料，一邊噴水振動，使填料振搗密實。逐段填料振密，逐段提升振衝器，直至地面，從而在地基中形成一根較大直徑的密實的碎石樁體。

振衝器在砂土中振動時，使其周圍的飽和砂土液化。液化後的土粒在重力、上部土層覆蓋壓力以及填料的擠壓力作用下重新排列，土的孔隙比減小，從而增加了密實度。振衝擠密後，砂土地基不僅提高了承載力和變形模量，而且使砂土預先經歷了人工振動液化，提高了砂土的抗振能力；已形成的碎石樁，作為良好的排水通道，可使地基振動時產生的孔隙水壓力消散。砂土地基振衝擠密的加固設計與擠密砂樁相同。

如果土中的黏粒含量超過總質量的30%，則擠密效果顯著降低。對於飽和黏性土來説，由於土的滲透性小，在振動作用下產生的超靜孔隙水壓力不易消散，因此擠密效果常不佳。但隨着樁孔處土的排出和碎石、砂的填充(置換)而在土中形成直徑較大的樁體，並與周圍的土共同組成複合地基。在複合地基中，碎石樁承受荷載後，產生徑向變形，並引起周圍黏性土產生被動抗力。如果碎石樁得不到所需的側向抗力，則碎石樁的作用將降低。 ^[2] 

振衝法可從施工工藝、加密方式、填料形式、施工環境以及懸掛方式和懸掛數量等不同角度進行分類。

(1)按施工工藝分類，振衝法施工可分為濕法和幹法兩類。濕法振衝在施工中輔以壓力水衝，在高壓水的衝擊之下，有利造孔和加密的進行，同時還能對振衝器起到冷卻作用，保證機具正常地運行。

幹法振衝則是在施工中不加水衝，但幹法振衝常輔以壓縮空氣以利造孔和加密的進行。幹法振衝不用水，因此不存在泥漿的排出問題，造孔時通過振衝設備的振擠作用，將土擠入周圍土體中進行加密，但由於振衝器潛水電機冷卻系統原因，幹法振衝適用的土類、制樁深度等均受到限制，因此國內較少採用。

(2)按照地基土加密方式分類，振衝法可分為振衝擠密和振衝置換兩類。振衝擠密是指經過振衝法處理後地基土本身強度有明顯提高。振衝置換則是指經過振衝法處理後地基土強度沒有明顯提高，主要通過用強度高的碎(卵)石置換出部分原土體，從而形成由強度高的碎(卵)石樁柱與周圍土體組成的複合地基，從而提高地基強度。

(3)按照填料形式不同，振衝法分成孔口填料和底部出料兩類。孔口填料是指石料在地表面，從振衝器導杆側壁與孔壁間填人孔內。底部出料是指通過上料機構將石料從地平面運送至料艙，再從料艙進入導料管，最終直接進入振衝器底部。

(4)按照施工環境分類，可分為水上振衝施工法和陸上振衝施工法。顧名思義，水上振衝法是指在水面上設立振衝施工平台，如方駁等，振衝起吊設備固定到平台之上，水上振衝也分為孔口填料(一般為水下墊層法)和底部出料兩種施工工藝；陸上振衝法即是常規的用吊車起吊振衝設備在陸地上面實施的振衝工藝。

(5)按照振衝器的懸掛方式，可分為吊車懸掛、固定樁架懸掛等。按照振衝器的懸掛數量可分為單點、雙點、三點施工等。 ^[1] 

(1)振衝擠密法。振衝擠密法一般的施工順序如下：

1)振衝器對準加固點。打開水源和電源，檢查水壓、電壓和振衝器的空載電流是否正常。

2)沉入砂基。使振衝器以l1～2m/min的速度徐徐沉入砂基，並觀察振衝器電流變化。電流最大值不得超過電機的額定電流。當超過額定電流值時，必須減慢振衝器下沉速度，甚至停止下沉。

3)當振衝器下沉到在設計加固深度以上30～50cm時，需減小沖水，其後繼續使振衝器下沉至設計加固深度以下50cm處，並在這一深度上留振30～60s。

4)以1～2m/min速度提升振衝器。每提升振衝器30～50cm就留振30～60s，並觀察振衝器電機電流變化，其密實電流一般超過空振電流25～30A。記錄每次提升的高度、留振時間和密實電流。

5)關機、關水和移位。在另一加固點上施工。

6)施工現場全部振密加固完後，整平場地，進行表層處理。

(2)振衝置換法。振衝置換法施工工藝流程：成孔→清孔→填料→振密。

(1)振衝施工可根據設計荷載的大小、原土強度的高低、設計樁長等條件選用不同功率的振衝器。施工前應在現場進行試驗，以確定水壓、振密電流和留振時間等各種施工參數。

(2)升降振衝器的機械可用起重機、自行井架式施工平車或其他合適的設備。施工設備應配有電流、電壓和留振時間自動信號儀表。

(3)施工現場應事先開設泥水排放系統，或組織好運漿車輛將泥漿運至預先安排的存放地點．應儘可能設置沉澱池重複使用上部清水。

(4)樁體施工完畢後應將頂部預留的鬆散樁體挖除，如無預留應將鬆散樁頭壓實．隨後鋪設並壓實墊層。

(5)不加填料振衝加密宜採用大功率振衝器，為了避免造孔中塌砂將振衝器抱住，下沉速度宜快，造孔速度宜為8～10m/min，到達深度後將射水量減至最小，留振至密實電流達到規定時，上提0.5m，逐段振密直至孔口，一般每米振密時間約1min。在粗砂中施工如遇下沉困難，可在振衝器兩側增焊輔助水管，加大造孔水量，但造孔水壓宜小。

(6)振密孔施工順序宜沿直線逐點逐行進行。 ^[3]