东帝汶Tibar港新建630m高桩集装箱码头，吹填形成27万m ^[2]陆域，位于环太平洋地震带上，设计采用碎石桩复合地基作为抗液化和提高承载力的加固措施，共18.5万m ^[2]碎石桩地基处理施工，平面布置如图1所示。碎石桩陆上处理深度达-15.2m，水上处理深度最大达-36m。地基处理范围内主要为钙质珊瑚礁砂，由松散到中等密实的含泥钙质砂和砾石组成。

　　 平面布置图中各区因使用功能不同，对密实度和承载力要求也不同，碎石桩采用不同桩径和桩间距(见表1)。但碎石桩布置形式统一采用梅花形。

　　 钙质砂土形成过程中具有的高孔隙率及钙质成分，其物理力学性质相对于硅质砂土表现为具有较强的压缩性和破碎性。其振冲挤密效果和成桩质量与普通砂层不同，为此在大面积进行碎石桩施工之前进行了试桩试验研究，本次试桩在陆上F1区域后方外围进行，桩位如图2所示。

　　 1)试验振冲设备在珊瑚礁砂地质条件下的穿透能力，及成桩施工工效。

　　 2)通过试验确定施工时的密实电流、留振次数和时间、上拔和下插长度、填料量等各项施工参数，以及在此施工参数下所形成的桩径。

　　 3)碎石桩施打完后检测桩间土的加固处理效果。

　　 试桩施工采用振冲设备底部出料的方法，施工工艺流程为:桩位放样→振冲器对准→空压机启动→振冲器启动并造孔→造孔达到指定深度→提升振冲器底出料→反插振冲密实→保持深度不变留振→继续提升振冲器底出料(循环此步骤直至孔顶完成1根桩施工)。施工工艺如图3所示。振冲器是通过电动机带动偏心块绕竖直轴转动，从而产生水平方向旋转的摆动。

　　 采用GPS将碎石桩中心的位置坐标放样，振冲设备竖起后调整位置使得振冲器的底部中心对准放样坐标。试桩的振冲设备外形及主要参数如图4所示。根据振冲设备自重和起吊高度，选择300t履带式起重机进行起重作业。为了避免下料导杆在竖起过程中产生过大挠度导致破坏，增加1台50t起重机配合振冲设备竖起就位。

　　 先后启动空压机、振冲器。振冲器运转正常后，记录空载电流等数据，正常情况下空载电流为100A左右。放松起吊钢丝绳，振冲器在重力和激振力作用下开始造孔。造孔过程中下导杆通入压缩空气，防止孔内泥水涌入导杆内堵塞。若振冲器遭遇硬层，进入缓慢或者困难，可增大造孔气压。造孔过程中记录各土层造孔电流和时间等。

　　 造孔达到设计桩底标高，开始往压力仓内加料，每次1斗。保持振冲器振动，缓慢上拔0.8～1m。导杆内石料在振冲器的激振力和高压气体作用下，从振冲器两侧的管口落入孔中。保持振冲器振动，将振冲器向下反插0.4～0.6m，留振5～10s，碎石在激振力作用下密实且挤入周围土体中，记录此时的密实电流。振冲器继续上拔0.8～1m，以此反复分段提升反插、挤密碎石，直至振冲器提升到地面以上，完成该桩位施工，移机开始下个桩位施工。

　　 填料量、密实电流和留振时间是碎石桩施工中的3个控制条件，施工过程中应记录加密电流和时间、留振时间、深度、投料量等数据，以作为质量控制依据。同时，记录造孔水压、造孔气压、单根桩完成时间等数据。

　　 在碎石桩试桩前和施工后，分别采用CPT设备或SPT设备检测桩间土的相对密实度，以确定碎石桩对桩间土的振冲挤密效果能否达到技术要求。

　　 试桩时选择BL03和BL07 2个钻探孔附近进行造孔试验，以检验振冲设备的穿透能力，2个钻探孔各土层的SPT标贯N值如图5a,5b所示。在ProBL09孔附近TA1-19试桩施工过程中出现无法穿透情况，该钻探孔各土层的SPT标贯N值如图5c所示。

　　 BL03孔附近最大造孔深度24.09m，造孔时间40min左右。造孔振冲器频率为50Hz,3.490～0.500m土层为绞吸船水力吹填珊瑚礁砂，密实度较高且掺杂着大块礁块，造孔电流较大，为120～196A。0.500～-18.500m土层为含砾石的粉土或中砂，强度软弱，造孔电流较小，为114～142A。-18.500m以下为千枚岩，强度较高，造孔电流为177～207A，振冲器进尺缓慢，无法穿透。BL07距离BL03孔19m，该孔附近最大造孔深度24.86m，造孔时间约30min。造孔振冲器频率为50Hz,3.400～0.500m造孔电流为110～187A,0.500～-18.500m造孔电流为110～150A,-18.50m以下造孔电流在206A以上，振冲器进尺缓慢，无法穿透。

　　 TA1-19试桩造孔深度17.76m，造孔时间107min。造孔振冲器频率为50Hz,5.750～0.500m造孔电流为120～290A,0.500～-10.750m造孔电流为110～130A,-10.750～-12.010m以下造孔电流为100～150A，此高程范围造孔时间75min，振冲器进尺缓慢，电流也基本在105A左右，无法穿透。

　　 该振冲设备对于标贯N值30以内的珊瑚礁砂基本可穿透，吹填层中大块的礁石对振冲器的穿透能力影响较大，造孔电流较大，造孔时长15min左右，没有出现无法穿透的情况。造孔过程中加气加水可增加振冲器的穿透能力，可加快造孔进度，节约造孔时间30%左右，其中加水会造成塌孔扩径，且形成大量泥浆会混入碎石桩内，影响碎石桩的成桩质量，所以该方法在本项目中被严禁使用。另外，在遭遇较硬土层进尺较慢时，可以通过上下插拔提高穿透能力。

　　 在Pro-BL09孔附近的几根试桩在-10.500m左右位置均遭遇了硬夹层(N值约15)，厚度约1m，进尺非常缓慢，加水加气有所改观，但仍然出现3根桩无法穿透的情况，造孔时电流不大，基本维持在105～125A。地质柱状图显示，该层为中密的含中砂和粉土的珊瑚礁石，可能存在胶结板块，再加上如果遭遇个头较大的珊瑚礁石，因为振冲器只有水平方向的摆动，垂直方向仅依靠振冲设备自重，缺乏向下的冲击力，造成振冲器难以穿透此土层。

　　 从上述振冲穿透试验来看，在珊瑚礁砂地质情况下，振冲器的穿透能力与SPT标贯相关性不明显，振冲器的穿透能力应通过现场试桩来确定。

　　 振冲器的电流大小反映的是振冲头所受阻力的大小。通常情况下，在振密初期密实电流波动较大，之后逐渐趋于一定值，这反映了振冲碎石桩成桩过程中桩体密实度的动态变化。本工程试桩施工时对造孔电流和成桩电流进行了统计，从统计的结果来看，造孔电流和成桩电流波动与振冲器所处的土层关系较大，如果从桩顶到桩底控制同一个密实电流，可能会造成局部土层中成桩实际桩径很大。据某工程实践，实际桩径达到原设计桩径的4倍，不合理。如果针对各土层分别确定不同的密实电流较合理，但由于现场各土层厚度分布不均，土层标高难以准确统计。因此，如采用密实电流作为碎石桩施工控制参数，现场难以操作。

　　 JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》推荐充盈系数取1.2～1.4。现场试桩时采用了1.0～1.42不同的充盈系数进行试验，试桩填料量情况如表2所示。碎石桩采用20～50mm级配碎石，洛杉矶磨损<35%碎石。试桩开始前先进行碎石堆积密度试验，按JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中规定的步骤开展紧密密度试验，取得碎石在紧密状态时的密度值为1 710kg/m ^[3]。

　　 成桩填料过程中无法建立密实电流与回填密实度之间的对应关系，因此无法通过密实电流来控制成桩施工，试桩时主要以填料方量来控制成桩过程，振冲器上拔时导杆落料，下插时碎石向外扩散，填充桩孔。试桩时通过履带式起重机操作员控制手柄来进行振冲器的上拔和下插，根据操作员的习惯和现场经验，采用振冲器上拔1.0m、反插0.6m的操作行程。每次上料方量控制在0.7m ^[3],3个操作循环填完1斗料，形成的理论桩径计算公式如下:

　　 式中:v为每次上料方量，本次试桩取0.7m ^[3];α为每斗料回填完毕所经过的上拔下插循环次数，本次试桩取3次;γ为碎石在松散与密实两种不同状态下的密度比值，本试验取1.08;h为每个上拔下插循环过程振冲器提高的绝对调程，本次试桩为0.3m。

　　 经计算，使用试桩时施工参数中施工理论桩径为0.83m，满足桩径和充盈系数的要求。现场控制时，如每斗料量3个循环没有回填完时，应继续增加反插次数;当然如每斗料量不到3个循环便回填完，则说明此段土层造孔时扩径或土质软弱造成碎石外扩导致用料增加，应及时上料，施工完后此段桩径将比理论桩径大。

　　 在穿透能力测试中，加气加水有助于提高振冲器穿透能力，特别是加水可明显减少造孔时间。但是加气加水会带来另一个问题即扩孔，据现场观察，加气加水造孔时返浆量较多，孔口直径较大，造成碎石填料量增加。

　　 为控制造孔桩径，减少碎石填料量损耗，造孔施工时应限制使用加水措施。只有当遭遇到硬层，进尺<50mm/min，持续时间>30min，可考虑间断性加水造孔，加水水压控制在3～4bar(1bar=0.1MPa)，持续时间1～2min，间隔10min加水1次，加水时和加水后振冲器应保持在孔底部，停止上下拔插。

　　 据试桩现场观察，加气造孔对扩径影响较小，也考虑到振冲器设备的实际情况，关气造孔会导致导杆孔堵塞，所以在造孔过程中需保持一个最小气压0.2MPa。当土层较硬进尺缓慢时，逐步增大气压。以Pro-BL09孔附近地质条件为例，2～5m吹填层造孔时气压0.8～1MPa;穿透此吹填层后，进尺速度较快，气压降到最小值;16～18m土层进尺缓慢，逐步增大气压至1.2～1.3MPa;穿透此夹层后，气压降至0.3MPa。

　　 填料时气压对碎石料扩散、提高充盈系数有帮助，气压还有助于下料顺畅，减少导杆堵管发生，故在填料成桩时应保持一定气压，孔深5m内保持最小气压0.2MPa，孔深每增加5m，加大气压0.1MPa。

　　 通过碎石桩桩间土的加固效果检测综合评价复合地基抗液化能力，考虑珊瑚砂地质条件下CPT误差较大，本次试桩选择SPT方法。在碎石桩施工前后均进行SPT检测，第1阶段试桩选择一个完整的正六边形进行检测，桩位、SPT孔位如图2所示。

　　 碎石桩施工22d后SPT检测结果与施工前对比如图6a所示，从图中可看出，碎石桩施工后桩间土强度增加明显，仅在-6～-8m及-14m左右增加不明显，查阅钻孔资料，该标高分别为含粉土珊瑚礁砾石、含黏土和砂的珊瑚礁砾石。

　　 第1阶段试桩施工7根桩经一定固结期后进行检测。经深入分析，正六边形外围的碎石桩施工对六边形内的桩间土也可能有加固作用，因此第2阶段试桩选择了将正六边形外围一圈的碎石桩全部施工完成经一定固结期后再进行检测。

　　 正六角形7根碎石桩施工完成后7d进行SPT检测，21d和24d外围一圈的碎石桩全部施工完成后又分别进行了SPT检测，检测结果与施工前对比如图6b所示。从图中可看出，碎石桩施工后桩间土强度增加明显，随着工后时间的增加，桩间土强度有较明显增加，说明该地质条件下碎石桩加固后土层需一定时间进行排水固结。

　　 另外可发现，在-11.5m左右碎石桩施工后SPT值反而减小，查阅钻孔资料，该标高为含中砂、含粉土珊瑚礁砾石，土层中粉土含量较高，经施工扰动后土层变软。而施工过程中采用了与其他标高土层相同的施工参数和碎石填充量，但在土层中要达到相同的加固效果，碎石的填充量应加大。

　　 1)根据振冲器的工作原理，振冲器对于小颗粒的砂性土具有较好的穿透性，但是对颗粒较大或胶结的珊瑚砂穿透能力差，与SPT向下冲击的工作原理完全不同，因此SPT的击数与珊瑚礁砂地层的穿透性关系不明显。

　　 2)对于软硬不均、土层分布复杂的工程区域，碎石桩施工采用密实电流作为施工控制参数难度大，也会造成回填碎石的较大损耗。

　　 3)试桩时由于受施工设备的限制，采用振冲器上拔1.0m、反插0.6m的操作行程，对桩径的均匀性不利，后期采用桩架式，建议采用振冲器上拔0.5m、反插0.3m的操作行程。

　　 4)加气加水有助于提高振冲器穿透能力，但对造孔桩径控制不利，应严格控制。

　　 5)试桩区域土质较软，造孔时扩径较明显，回填料充盈系数应按规范要求的上限1.42取值，有利于保证桩间土的挤密效果。

　　 6)SPT检测结果显示，桩间土加固效果明显，但不同土层加固效果偏差较明显，特别是局部软弱土层，施工后SPT值偏低，不满足设计要求。