中国港湾建设
Experimental study on vibration density of block stone cushion of
immerd tube tunnel under composite foundation
LI Jin 1,JIN Wen-liang 1,WANG Qiang 2,KOU Xiao-qiang 2,FU Bai-yong 3,GUAN Wei-dong 3
（1.Shenzhen-Zhongshan Link Administration Center,Zhongshan,Guangdong 528400,China;2.CCCC First Harbor
Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China;3.CCCC Highway Bridges National Engineering Rearch Centre Co.,Ltd.,Beijing 100088,China ）
Abstract ：Relying on Shenzhen -Zhongshan Link deep cement mixing method (DCM)composite foundation treatment
project,the onshore process vibration density test study of the block stone cushion of the immerd tube tunnel in the
engineering area was carried out,the influence of vibration time of the block stone cushion,vibration hammer speed and excitation vibration force,cushion thickness,vibration ttlement,deformation modulus and other factors on the ttlement of
DCM pile top,the stress change characteristics of pile top and the soil between piles.The test results show that reasonable hydraulic vibration hammer speed,excitation force,and vibration density time can produce effective vibration density for the rock layer;increasing the thickness of the rock and appropriately increasing the pre-lift can reduce the impact on DCM pile
while meeting the vibration density effect.It is recommended that the amount of vibration ttlement should be controlled at
20%;the ttlement of DCM piles during the compaction process mainly occurs during the initial compaction process,and the subquent ttlement is basically convergent.
Key words ：deep cement mixing pile;composite foundation;vibration density test;vibration density effect
摘要：依托深中通道深层水泥搅拌法（DCM ）复合地基处理项目，对工程区域沉管隧道块石垫层开展陆上工艺振密
试验研究，分析块石垫层振密时间、振动锤转速、激振力、垫层厚度、振沉量、变形模量等因素对DCM 桩顶沉降、桩顶及桩间土应力变化特性的影响。试验结果表明：合理的液压振动锤转速、激振力、振密时间可以对块石层产生有效的振密；增加块石厚度，适当提高预抬量，可在满足振密效果的同时降低对DCM 桩的影响，建议振沉量按照20%控制；DCM 桩在夯密过程中沉降主要发生在初始夯密过程，后续沉降基本呈收敛态势。关键词：深层水泥搅拌桩；复合地基；振密试验；振密效果中图分类号：U656.1；TU352
文献标志码：A
文章编号：2095-7874（2021）
01-0039-05doi ：10.7640/zggwjs202101009
复合地基条件下沉管隧道块石垫层振密试验研究
李进1，金文良1，王强2，寇晓强2，付佰勇3，管维东3
（1.深中通道管理中心，广东中山
528400；2.中交第一航务工程局有限公司；天津300461；
3.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京100088）
第41卷第1期
2021年1月
Vol.41
No.1
Jan.2021
收稿日期：2020-11-19
修回日期：2020-12-08
基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2019B111105002
）作者简介：李进（1973—），男，山东青岛人，高级工程师，深中通道管理中心副总工，主要从事港航沉管隧道工程研究。E-mail ：****************
0引言
沉管隧道作为一种跨江跨海的交通基础设施已被越来越多地应用于水下工程领域。在港珠澳大桥以前，国内的沉管隧道多修建于内河。内河
下雨天歌词沉管隧道的水文地质条件好、埋深浅、占地规模小[1]，基础不均匀沉降问题不突出。随着近几年跨海沉管隧道的修建与运营，因其地基基础不均匀沉降已严重威胁沉管隧道结构受力和接头安全，
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2
试验区布置及监测点布设
2.1试验区布置
试验地点选择在深中通道S06标中交二公局陆上堆场西侧的空地区域，面积约为5000m 2，主要地质为淤0.5m 厚种植土，于19.2m 厚淤泥，盂10.2m 厚淤泥质粉质黏土，榆11.9m 厚细砂，虞3.9m 厚砾砂。2.2振密试验参数
狗的英语单词采用260t 的履带吊吊起APE600液压振动锤和4m伊5m 夯板进行振密试验，振动锤转速1600r/min ，激振力为150kN/m 2，振密分区有1m 搭接范围。试验区内水位没过夯板30cm ，见图1。2.3试验分组及测试仪器布置
为保证DCM 复合地基段振密试验测试数据的准确性，本文进行了C-1~C-4四组模拟试验。
C-1~C-4组试验采用
“APE600振动锤+夯板”振密设备按各自方式对试验区块石垫层进行振密，振
密顺序为4号区寅3号区寅2号区寅1号区。土压力计埋设原则：先将试验区开挖至桩顶，整平后
在桩顶埋设土压力计，最后在桩间土埋设土压力计。位移计埋设原则：在土压力计埋设完成后，回填碎桩渣18.1cm ，在振密区埋设位移计，继续抛填块石至0.6m ，在振密区埋设位移计，继续抛填块石至垫层标高。以C-1组为例，试验振密次序及仪器埋设位置如图2所示。
才开始引起学者们的广泛关注[2-3]。
沉管隧道软土地基处理主要有开挖换填、钢管桩、PHC 管桩、水泥粉煤灰碎石桩（CFG ）、挤
密砂桩、高压旋喷桩、深层水泥搅拌桩（DCM ）等多种方式，其中DCM 是近些年国内引进的一种软土处理工艺，因其施工效率高、经济性显著等优点而得到迅速推广[4]。
深中通道E1—E22管节地基较差，因此基础采用碎石垫层+块石振密+深层水泥搅拌桩（DCM ）处理软弱地基[5]，同时碎石、振密块石垫层及桩基在水中作业时存在平整度、振密参数、振密后块
石质量不确定性等问题[6-7]，因此开展了复合地基条件下沉管隧道块石垫层振密试验，研究块石振密效果以及振密对DCM 桩顶沉降、桩顶及桩间土
应力的影响。
1工程概况
深中通道跨越珠江口海域，是连接深圳、中山、广州三地的大型集群工程，项目全长约24km ，其中沉管隧道长5035m ，由32节管节组成[8]。地貌上属于河口三角洲，为珠江入海口，海底由于河流堆积作用形成了巨厚的软土层，厚度10耀20m 。其沉管隧道最大基槽开挖深度达30.3m ，地层条件复杂多变，基底应力差异大。
隧道沉管段各区段基础处理方案如表1所示。天然地基段及DCM 区段均采用了1.1m 厚块石振密层+1.0m 碎石垫层结构。DCM 处理区段采用DCM 单簇布置形式，单簇直径2.3m ，由4根直径1.3m 的单桩互相搭接0.3m 形成。
表1隧道沉管各段基础处理方案
Table 1Basic treatment plan for each ction of tunnel immerd pipe
区段管节
地层情况基础处理方案
西岛斜坡段E1—E5淤泥质土1m 厚碎石垫层+1.1m 厚块石振密层+深层水泥搅拌桩
（E1局部高压旋喷）矾石水道两侧E6—E12全强风化、中风化1m 厚碎石垫层，其中E7管节局部为1m 厚碎石垫层+0.7m 厚碎石振密层机场支航道
E22a
全强风化、残积土
1m 厚碎石垫层+1.1m 厚（15耀30cm ）振密块石层
浅埋中间段E13—E21、E22b 淤泥质土、粉质黏土、砂层
1m 厚碎石垫层+1.1m 厚块石振密层+5.6m 桩长的DCM 、1m 厚碎石垫层+1.1m
厚块石振密层
图1现场振密试验
Fig.1Field vibration density test
summery40窑窑
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3.2桩顶沉降分析
采用桩顶埋设位移计的方法对振密过程中DCM 桩沉降量进行监测，考虑到陆上试验的局限性、DCM 桩未完全坐落于底板基础上；4组试验DCM 桩顶沉降均超过了60mm ，超出位移计量程。其中振密前后桩顶方格网测量结果显示，C-1组桩顶平均沉降12.1cm ，C-2组桩顶平均沉降7.1cm ，C-3组桩顶平均沉降6.5cm ，C-4组桩顶平均沉降6.3cm 。4组桩顶沉降历程表明：DCM
桩在夯密过程中沉降主要发生在初始夯密过程，后续沉降基本呈收敛态势。
3.3激振过程中桩顶及桩间土应力分析3.3.1激振过程中桩顶应力统计
C-1~C-4各试验区桩顶应力测试结果如表3所示，在夯板直落于桩顶上方激振过程中产生的最大激振力在457.8~834.5kPa ，45s 时间内桩顶产生的有效压应力在77.7~136.5kPa ，均远小于现场DCM 桩身设计强度1.2MPa 。
3DCM 复合地基振密试验结果分析
小孩大便带血是什么原因3.1块石垫层振密量分析
C-1~C-4组在同样桩间距（3m伊4m ）情况下，分别进行了1.10m 、1.17m 、1.21m 、1.76m 厚，15~30cm 块石的振密试验。振密结果如表2
所示。从表中可知：在桩间距和振密时间相同的情况下，块石垫层厚度为1.21m 时，振密效果较好；厚度1.76m 左右时，振密时间75s 时效果较好。综合整体工效和振密效果，15~30cm 块石垫层采用厚度1.21m 。
表2
C-1~C-4组试验振密成果统计表
Table 2Group C-1—C-4test vibration results statistics table
图2C-1组试验振密次序及仪器埋设布置图
（mm ）Fig.2Group C-1test vibrating quence and instrument layout diagram (mm)
试验垫层厚度/m 桩渣厚度/cm 振密时间/s
DCM 复合地基综合下沉量/cm 桩顶下沉量/cm
桩渣和块石综合振沉量/cm 桩渣和块石综合振密率/%C-1 1.2118.14542.1
12.130.021.57
C-2 1.7620.545+3032.6+9.37.1
27.6（45s ）/34.8
（75s ）15.70（45s ）/17.71
（75s ）C-3 1.1713.945
30.9 6.524.4
18.64
C-4
1.10
—
4526.6 6.320.316.92
李进，等：复合地基条件下沉管隧道块石垫层振密试验研究
41··
中国港湾建设
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试验编号
底板状态块石厚度/m
振密区域
振密时间/s
桩顶应力有效值/kPa
桩顶应力最大值/kPa
C-5
混凝土底板，30cm 厚2m伊2m 碎石桩
1.211号45144.1630.3
1.21
2号
45
310.5
1335.2
图3C-1组试验桩间土应力时程曲线
（2号电阻式压力计）
Fig.3Time history curve of soil stress between test piles
in group C-1(resistance pressure gauge No.2)
不同桩间距情况下，3m伊3m 桩间距
（C-1组）的桩顶平均有效应力及最大瞬时应力均最小，分别为77.7kPa 和457.8kPa ，最大瞬时激振力出现在3m伊5m 最大桩间距的C-3组，瞬时激振力达到了834.5kPa ，说明桩间距的不同对激振产生的应力分配有明显影响，桩间距越大，桩顶应力越集中。
3.3.2激振过程中桩间土应力分析
在4号振密区振密时，2号土压力计距振密源1.4m 位置，桩间土应力增长至14.3kPa ，振密结束后，产生9.4kPa 的应力松弛。振密系统在3号区振密时，2号土压力计距振密源0.0m 位置，桩间土应力瞬间增长，最大值为241.7kPa ，振密结束后，桩间土应力增长34.3kPa ，稳定后桩间土应力为36.7kPa 。在2号振密区振密时，2号土压力计距振密源0.0m 位置，桩间土应力瞬间增长，最大值为313.8kPa ，振密结束后，桩间土应力增长37.7kPa ，稳定后桩间土应力为74.4kPa 。在1号振密区振密时，2号土压力计距振密源1.4m 位置，桩间土应力增长至80.4kPa 。
绝情到底结合不同测点位置试验结果和桩间土应力时程曲线（图3）可知。在相同振密时间和激振力的
情况下，零距离测点产生的桩顶动土压力比距离2.05m 测点产生的桩顶动土压力大42倍、比距离1.40m 测点产生的桩顶动土压力大17倍。说明振密锤垂直向振密DCM 复合地基，对桩间土和DCM 桩有加固作用，而对周围土体和DCM 桩的应力影响比较小。尤其是振密桩间土后，土体的土压力显著增长（稳定后桩间土的土压力增长14倍），说明振密对复合地基桩间土的加固效果较明显。
3.4振密前后桩顶完整程度分析
在振密前后，对桩顶完整性进行了现场开挖探查，发现振密后DCM 桩头基本完整，未出现明显的开裂和断开情况，说明在整个激振过程中，激振力对桩顶未造成明显破坏。3.5DCM 桩顶极限应力分析
为进一步分析振密过程中DCM 桩在完全不沉降时的桩顶极限应力分布情况，在天然地基的基础上，增加1组桩顶振密过程的极限应力模拟试验。采用直径2m 、铺设30cm 厚的碎石层模拟DCM 桩，桩周铺设同等厚度的淤泥质黏土层，后
填1.21m 厚块石垫层，在垫层顶部按照1m 搭接宽
度进行2次振密
（振密参数：1600r/min ，150kN/m 2，45s ）
，在碎石桩顶埋设土压力计，观测振密过程中碎石桩顶应力发展情况。
激振过程桩顶极限应力以及土压力时程曲线如表4和图4所示。发现瞬时桩顶极限应力达到设计强度值，其原因应与振密过程中，块石持续出现再排列有关。在振密过程中，土压力盒位置振动应力传递在某一时刻瞬时达到最大集中应力，其后块石持续再排列，出现局部应力拱效应，桩顶振动应力降低，这种瞬时应力对桩顶影响比较
有限，在出现最大瞬时应力的整个振密过程（45s ）
内，桩顶瞬时压力绝大多数在1000kPa 以下，45s 内有效桩顶应力仅约为310.5kPa ，远低于桩身设计强度值1.2MPa 。
表3各区激振过程桩顶应力统计
Table 3
Statistics of pile top stress during excitation in each area
试验编号
桩间距
块石厚度/m 振密区域振密时间/s 桩顶应力有效值/kPa 桩顶应力最大值/kPa
C-13m伊3m 1.213号4577.7457.8
C-23m伊4m 1.762号45184.7459.7C-33m伊5m 1.174号45140.3834.5C-43m伊4m
1.10
1号
45
136.5
550.6
表4激振过程桩顶极限应力统计
Table 4
Statistics of ultimate stress on pile top during excitation
350300250200150100500
-50
4500
20002500100035000
时间/s
1500300050040001号振密区
2号振密区
3号振密区
4号振密区42窑窑
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4结语
通过对复合地基条件下沉管隧道块石垫层进行振密试验研究分析，得出如下结论：
1
）DCM 复合地基陆上试验结果表明，APE600液压振动锤转速1600r/min ，激振力150kN/m 2，振密时间45~75s ，夯板尺寸4m伊5m ，搭接宽度1m 等施工参数，可对1.2m 、1.8m 块石层产生有效的振密，能够满足现场施工要求。
2
）试验实测数据显示，振密率较天然地基段大，分析原因为块石、桩渣陷入淤泥内。3m伊3m 、3m伊
4m 、3m伊5m 桩间距，1.2m 厚块石DCM 复合地基垫层在45s 振密时间内，振沉量在20.3~30.0cm ，振密率为16.92%~21.57%，含桩渣层的振密率在20%左右。
3
）不同块石厚度对振密施工各项指标影响明显，1.8m 厚块石垫层累计振密时间75s 时可达
到或接近1.2m 厚块石垫层45s 振密效果
（以振密率指标为依据），同时，提高块石垫层厚度可显著
降低振动锤荷载对桩顶的影响。
4）考虑到陆上试验的局限性、DCM 桩未完全坐落于底板基础上；4组试验DCM 桩顶沉降均超过了60mm ，超出位移计量程。4组桩顶沉降历程表明，DCM 桩在夯密过程中沉降主要发生在初始夯密过程，后续沉降基本呈收敛态势。
5）试验振密过程中，桩顶压力随振密过程呈瞬时波动状态，其中瞬时最大压应力值在369.1~834.5kPa ；4组试验桩顶最大瞬时压应力均未超过DCM 的桩身强度设计值1.2MPa 。
6）考虑本次试验在有侧限（基坑壁侧限）情况下实施，应力传递情况明显优于现场实际情况，
现场普遍分布的桩顶桩渣层也存在一定应力扩散效果，极限压力测试结果应比现场实际工况偏大。
立碑的碑文怎么写7
）综合振沉量测试结果，增加块石厚度，适当提高预抬量，可在满足振密效果的同时降低对
DCM 桩的影响，建议振沉量
（预抬量）按照20%进行控制。参考文献：
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图4土压力时程曲线
Fig.4Time history curve of earth pressure
1400120010008006004002000-200
1000
400
600
200
800
时间/s
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