振動沉管砂樁擁有兩方面的優勢，一是成本低，二是零汙染，因此該技術被廣泛應用於處理軟黏土、淤泥質土和鬆散砂性土特質的地基中。本文首先引入了工程實例，對軟黏土地基中應用振動沉管砂樁施工技術進行了分析。
1工程概況
某原料堆場的軟土地基加固處理中用到了振動擠密砂樁法，該地基由黃褐色亞粘土、淤泥質粘土以及灰色淤泥質亞粘土組成，其土質擁有含水量高、承載力低以及壓縮性大等特徵。該土層擁有約78.5~98kPa的承載能力，而砂石堆所能承載的最大值為400kPa，這一承載能力將遠超天然地基的承載能力，技術研究人員通過將多方案進行對比研究論證，最後決定使用分組堆載預壓振動擠密砂樁處理方案。
2振動擠密砂樁法處理軟土地基的原理
根據工程試驗所呈現的結論，振動擠密砂樁法詳細是利用振動荷載使砂進入軟土地基，該方法可以達到多種效果，不僅會形成較大直徑的密砂樁，而且有助於軟土地基抗剪能力的提升，還能降低沉降量，進一步加固地基。可是針對不同的土質，該技術所產生的效果以及實施的目的是不同的。當針對軟弱粘性土時，因為地基由軟黏土、砂樁共同組成，所以該技術可以增強軟土地基的承載力以及提升抗剪強度，還能避免滑動造成的影響；施工時需要利用應力將砂樁集中到地基，使軟土地基固結沉降量降低；針對軟土地基，砂樁體可充當垂直排水通道，使飽和軟土地基的固結速度更加迅速，從而縮減軟土地基的穩定時間。
3振動沉管砂樁施工技術
3.1 工藝流程
鋪設、平整砂墊層→組裝、調試砂樁設備→試樁→在砂樁點位放樣→砂樁機到達指定位置→振動插管、管內灌砂→插管長度為設計長度、留振→振動拔管、管內補砂→砂樁機到達指定位置→砂樁施打→在下一樁位重複操作。
3.2 施工方法
（1）砂墊層施工。將透水性比較理想的中砂和粗砂使用在砂墊層，其中中砂和粗砂中泥的含量應該≤4%，細度模數≥2.3，砂墊層的幹密度在1500kg/m以上，同時砂墊層的寬度應該比地基處理的範圍≥1m。土地基控制在50cm就可以，但是對於特殊的地段需要在100cm。
（2）砂樁施工。一次性拔管法被應用在利用振動沉管砂樁成樁的工序中，一般需要將直徑377mm的砂井樁以梅花形的形狀進行布置，且每個樁間隔在2.8m，樁的設計長度是23.0~30.0m。樁間距d及樁深l的參數設置由地質勘探結果和軟粘土層厚度決定。
（3）材料準備。所用韓江河砂中的中粗砂，具體要求是含泥量＜4%，細度模數≥2.3，幹密度≥1500kg/m。
（4）施工機械準備。砂樁機所用到的是振動沉管式機械，所用鋼管為鋼製活瓣樁尖，張瓣的提升、下料在活瓣沉管閉合的情況下進行。機組由發電機、振動錘（DZ90型和DZ75型）、驅動設備共同組成。
（5）場地準備。施工前，首先要檢查施工場地的安全性是否達到標準。要求，場地平整並且有足夠的承載力。
3.3 工藝性試樁
按照設計規定，應該在施工前完成工藝性試樁，一般為了確定施工參數的最優值，例如成樁時間、壓放砂量、拔管速度，可以通過技術參數的檢驗得到確定。決定試樁位置時，不能忽視軟土的厚度和地質特徵，所選位置要有代表性，在試樁的過程中施工的甲乙雙方必須在場，並且將相關參數記錄完整。
3.4 測量放樣
（1）開始施工時依據圖紙進行測量，樁位依梅花形布置，該過程中要精準確定軸線，並用小木樁進行標識，多次測量。
（2）在區域交界線處確定樁位時，為了防止遺漏需要多放樁位，且相互之間的距離按照設計要求安置。
3.5 振動沉管、灌砂
（1）沉管之前需要保證樁尖葉瓣合攏，確定在閉合的情況下沒有縫隙，精準確定位置方可進行沉管。
（2）沉管時，對於料鬥灌砂的速度要合理控制。該過程中可以利用水來確保灌砂量的準確性。
（3）沉管時，利用經緯儀來確定樁管的垂直度，如果發生傾斜立即停止沉管。重新確定好位置後才能繼續進行。應當保持樁管的傾斜度＜1.5%，當超過該範圍時需要拔出樁管，立即補打。
（4）施工時保證所用材料的質量合格。砂井樁中所用的砂需要保持含泥量在4%以下，細度模數不低於2.3，且施工中防止其他雜質出現在樁內。
（5）為了便於對砂樁的入土深度進行控制且符合設計要求，需要在相隔50cm的樁管間進行標識。
3.6 達到設計長度後留振
當沉管符合設計深度時需要在原位置留振，以便增加樁管內的砂密實度。當上一根砂樁自身的灌砂量較低時，可以利用延長留振時間的辦法增加砂量，一般延長10s以上。
3.7 拔管、補砂
（1）管的拔出應在樁尖葉瓣張開的情況下進行，保持砂的位置不變，完成成樁。
（2）拔管注意一次完成，不能過於拖沓，當拔管速度＞3m/min時可以使樁更加密實。
（3）拔管時需要注意補砂的及時性，以便砂樁的密實度增加，防止出現短樁。
3.8 質量檢查
（1）在安裝樁徑樁管之前先測量鋼管內徑。
（2）控制沉管的傾斜度時可利用經緯儀，設置成互相垂直的方向進行架設，時刻觀察。
（3）樁深就是沉管地面上方的樁管高度，鋼管外壁每50cm以自下而上的順序完成標識。
（4）灌砂量的檢測以及成樁深度的檢驗需要利用鑽芯法進行，具體是利用鑽芯將砂樣取出，並且對其砂量和鑽芯管的直徑兩者之間進行比較，便可知道灌砂量，所要檢測的數量一般是總樁數的5%。
（5）砂樁的施工中，如果出現不符合設計要求的樁需要重新補打。
4振動沉管砂樁施工技術在本工程中的應用
4.1 施工平面布置
該工程原料場軟土地基的面積很大，所需要的樁及較多，為了縮短施工時間可以將其劃分為50m×50m的小區域，設定樁號時依據這些區域進行，將樁機安裝在小區域的開端，以後退的方式進行施工。將上料系統、車輛行走路線設置在樁機的右邊，而左邊放置好空壓機、電纜線以及風管。
4.2 採取預灌砂和復打措施，以避免縮頸、斷樁
實踐表明，如果軟土地基出現震動，則鋼套管周圍的軟土會發生觸變。隨著鋼套管的打入，孔隙內的水壓也增大，泥漿倒灌現象會發生在套管底部，如果拉拔速度太快，縮頸短樁現象也會發生。因此，需要先投2~3鬥砂到管內，再將鋼套管入土，當標高符合設計要求後重複拉拔2~3次，以使砂分布均勻，將樁端土壤擠密，有利於成孔。
4.3 分級堆礦預壓效果
原料堆場軟土地基在進行擠密砂樁處理後，針對砂石進行三級堆載預壓的同時保證貯礦的管理，需要在堆礦前確定堆礦時間，以此縮減固結時間。地面沉降的測量是為了確保土的固結度；在對土的強度進行測量時，先計算出增高堆礦的安全度；提前測量地面的水平位移量，以便測試軟土地基有無滑動破壞的現象。
5工程實踐效果
1、2級堆載後，堆礦荷載（169~256kPa）＞天然地基的承載能力（80~1130kPa），複合地基出現較大的沉降，表1是沉降量匯總。當砂樁經過處理後會達到一個穩定的狀態，不會出現滑動破壞。由此可以得出，振動擠密砂樁載預壓處理軟土地基可以達到一定的效果。
表1 1、2級堆載後地基沉降量匯總
砂樁進行成樁時，因為軟弱粘性土會出現嚴重的擾動，使其強度快速降低，當擾動後強度僅為之前強度的66%。成樁後因為砂樁擠密會對粘性土發生擾動，其孔隙的水壓力會慢慢減少，從而讓強度漸漸增加。
完成擠密砂樁後第1層的強度增加了33%，第3層的強度增加到了54%；第1級堆礦荷載強度並沒有出現較大變化，因為其超固結壓力與經過砂樁處理後的壓力值相差無幾，且標貫值也大致一樣。以上數據表明，砂樁形成的軟土地基有了很大的優化。而第2級堆礦荷載，因為其超固結壓力＞砂樁處理后土的值，可見土的強度有所增加。
6結語
本文將理論和實踐結合在一起，分析了振動沉管砂樁施工的詳細工藝，對該施工技藝的關鍵點進行了詳細分析，並且對振動擠密砂樁的可行性進行了驗證，以期為以後類似工程提供有關實踐參考。
撰稿：張旺興，中交武漢港灣工程設計研究院有限公司工程師，研究方向：地基處理技術。
（轉自《中國高新科技》雜誌2020年第14期）