Page 35 - 2025年第56卷第11期

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2 2 π d 0
η = 或 2 3 时，d s 取最小值。当 η = 时，△O 1 O 2 O 3 为等边三角形，此时 m = ，d s =
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3 3 2 3 S p
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3 S p ；当 η = 2 3 时，△O 1 O 2 O 4 为等边三角形，顺时针旋转 90°即与 η = 的情况等价。
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根据上述推导可知，从施工期土体挤密和振密、运行期桩间土排水固结和消散孔压的角度分析，
等边三角形布置能取得最佳工程处理效果。
3.3 选定装备工艺 振冲碎石桩施工装备选型需结合工程地质条件和可选施工装备进行比选，应遵循
技术可行、施工高效、经济合理、质量更优的原则。振冲碎石桩施工的核心装备包括振冲器、起吊或
导管支撑装备、填料装备及配套的供水供电设施。装
备 比 选 宜 采 用 科 学 的 决 策 理 论 ， 如 采 用 层 次 分 析 法
［37-38］
（Analytic Hierarchy Process，AHP） 对定性问题进行
定量分析。振冲碎石桩施工装备层次分析包含：目标
层为振冲装备决策，准则层则从地层适应性、施工能
力、施工条件、质量保证、施工成本等准则来评估不
同方案优劣，为工程决策提供科学依据。
振冲器的参数对振冲效果有重要影响。大量研究
表明，振冲过程会扰动原始地层，破坏土体的结构性。
当振冲器与土体共振时，土体也会得到最佳振密效果。
增大激振力可以提高加固效果和增大影响范围，但加
固效果和激振力不是线性关系 ［39］ 。振动加速度和振动
［7］
孔压随距振中距离的增加而呈指数关系衰减 。总结
已有工程经验 ［25］ ，振冲碎石桩桩径受振冲器功率和土 图 6 不同地层承载力和振冲器功率成桩桩径关系
（单位：m）
层力学性能影响，如图 6 所示。
当振冲器无法直接在其上部覆盖的卵砾石地层造孔或效率过低时，需要选择引孔设备，常见包括
冲击钻、长螺旋钻机、旋挖钻机、潜孔锤等。不同引孔方式对施工地层，尤其是卵砾石层，作用机理
尚不清晰。但已有研究初步指出，冲击钻引孔或潜孔锤引孔对周边土具有挤密作用 ［40-41］ ，而长螺旋成
孔和旋挖成孔对周边土挤密作用很小 ［42-43］ 。
常见振冲碎石桩施工工艺：（1）常规振冲碎石法：适用于浅层砂砾土、软黏土等。施工时先由振
冲器造孔，制桩时振冲器边振边上升，进而形成完整碎石桩。（2）引孔振冲法：适用于上覆卵砾石层
的地基，在施工时，使用辅助装备进行引孔，然后再利用振冲器制桩，具体可以分为全引孔工艺和部
分引孔工艺。其中，全引孔工艺是指造孔过程全部由辅助装备实施，而部分引孔工艺是指部分地层由
辅助装备成孔，剩余地层由振冲器直接造孔。（3）底部出料振冲工艺：振冲器需配备输料管道，振冲
器到达设计深度后，由管道填料，边填边振制桩，尤其适用水下软土地基处理 ［44］ 。
在选定施工工艺后，应开展现场工艺试验，确定加密电流、留振时间、水压、填料量等施工参
数。试验应覆盖不同的地层条件，保证施工参数能在特定地层条件下满足建造深度、密实度、桩径
等，确保处理后的复合地基符合设计要求。
3.4 质量控制与检测 过程质量控制应依托在线数字管理平台，如图 7（c）所示。基于碎石桩施工质
量自动监控装置，获取整个造孔、制桩施工中的过程参数，包括振冲器位于地面以下的深度和振冲器
电机的电流；基于深度和电流的时序数据，分析每段桩体的密实电流及留振时间，根据留振过程的合
格性评估施工质量，并通过对比工后检测结果，反馈施工参数。
基于施工过程划分算法，可将成桩的每次留振过程精细划分出来，单次留振过程从填料开始，经
过振冲器下降、留振和振冲器上升三个阶段。在每个留振阶段 i，提取留振时间 T i 、留振位置 D i 和累
ˉ
计填料量 V i ，以合格留振长度比例 REL 和平均桩径 d i 作为过程质量控制关键指标，如式（7）—（9）所
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