振冲

定义

振冲是振动水冲法的简称，指借助振冲器产生的高频振动与高压水流的联合作用，使松散土体密实，或在土中成孔后填筑碎石等材料形成桩体的一类地基处理方法^[1][6]。

按成桩时是否向孔内投料，振冲可分为两类：振冲密实法不填料，主要依靠振动直接加密土体，多用于中砂、粗砂等粗颗粒土；振冲置换法又称碎石桩法，在孔内分批填入碎石并振密成桩，多用于黏性土、粉土等细颗粒土^[2][7]。

成桩后，碎石桩与桩间土共同承担荷载，构成复合地基，可提高地基承载力、减少沉降并改善抗液化性能^[8][9]。

振冲法的适用土层较广，包括各类可液化土以及碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、湿陷性土等，既可用于加密防液化，也可用于一般软弱地基的加固^[1][10]。

原理

振冲的主要机具是振冲器，其冲头上部为潜水电机，下部中心轴上装有多块偏心块；电机启动带动偏心块转动，使振冲器产生水平向振动^[11]。施工时用起重机吊住振冲器并开启水泵输送高压水，在振动与射水共同作用下使其沉入土层至预定深度，再经过清孔、分批投料和逐段振密，在地基中形成桩体^[7]。

以振冲碎石桩为例，其典型工序为：

flowchart TD

A[振冲器就位] --> B[振动加水冲下沉至设计深度]

B --> C[清孔]

C --> D[分批投入碎石等填料]

D --> E[振动密实并分段提升]

E --> F[成桩]

在砂性土中，振冲以挤密为主要作用。强烈振动使饱和松砂产生液化趋势，土颗粒重新排列，孔隙比减小、相对密度增大，地基承载力随之提高，抵抗土体液化的能力也得到增强，工程实践中承载力提高幅度一般可达 2 至 5 倍^[7]。

黏性土的颗粒间结合力较强、渗透性低，振动难以将土中水排出，因此振冲在其间主要起置换作用而非挤密^[7]。施工时振冲器借助自重、水平振动力和高压水把土体搅成泥浆排出孔外，孔内随后填入碎石并振挤成桩；由于碎石桩刚度远大于周边软土，附加压力向桩体集中，桩体应力与桩间土应力之比通常在 3 至 5 之间^[7]。

发展历程

振冲工艺在 20 世纪 30 年代出现于德国，当时称为加压力水的振动处理方法，用于挤密砂石地基^[6]。1937 年，德国凯勒公司制造出具有现代振冲器雏形的机具，并成功用于砂石地基的挤密^[12]。

20 世纪 50 年代末至 60 年代初，德国和英国先后把原本只用于挤密砂体的振冲技术用于处理黏性土地基；因填料改用碎石，所形成的桩体被称为碎石桩^[12]。

中国引进振冲法始于 1977 年，由交通部水运规划设计院（现中交水运规划设计院有限公司）与南京水利科学研究院协同引入^[5]。至 1985 年，据不完全统计，全国碎石桩施工总进尺已达 120 万延米^[13]。

20 世纪 80 年代起，由于振冲碎石桩施工产生泥水、在城市和既有建筑附近应用受限，锤击法、振挤法、干振法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法等无水冲工艺相继出现；在碎石桩中掺加适量水泥和粉煤灰，则形成水泥粉煤灰碎石桩，即CFG桩^[12]。

针对深厚砂层成孔困难、易出现“抱孔”等问题，工程界对施工机械与工艺持续改进，发展出气协法等新工法^[14]；对于地基底部存在淤泥液化层的场地，底部出料等特殊振冲工艺与设备也被开发出来^[15]。

应用

水利工程中，振冲加固常用于土石坝坝基的抗液化处理，通过提高土体密实度增强坝基在地震作用下的稳定性^[16]。

砂性土地基是振冲挤密的典型对象。山东龙口发电厂的可液化砂土地基即采用碎石振冲桩施工，通过振密松散饱和砂层改善地基性能^[17]。

港口工程中，振冲法用于码头岸壁及吹填区的地基处理；有工程实例表明，振冲碎石桩加固十字板强度低于 20 kPa 的吹填软土可取得较好的处理效果^[15][18]。

道路与建筑工程方面，振冲碎石桩用于高速公路、铁路以及工业与民用建筑的软弱地基处理，可提高处理后地基土的承载力和有效加固深度，减少不均匀沉降，配合砂垫层等措施还能加快软土固结、缩短工期^[19][8][4]。

综合多类工程实践，采用振冲法处理地基可达到提高地基承载力、减小建（构）筑物沉降量、增强土石坝与堤防稳定性以及消除地基液化等目的^[1]。

局限

振冲法的加固设计目前仍处于半理论半经验状态，处理效果较多依赖施工参数的控制和工程经验^[20]。

在深厚砂土地基以及含卵砾的中粗砂地基中，施工常出现地基深处成孔缓慢、加固效果不理想、难以达到设计深度等问题，目前普遍使用的电动型振冲器不易解决这些难题^[21]。当地层含砂量高、处理深度又大时，还容易出现“抱孔”现象^[14]。

在地基底部存在淤泥液化层的场地，传统振冲工艺受到直接限制，需要采用特殊的振冲设备与工艺，而这类设备造价较高、实施困难、效率偏低，因此并不被很多项目采用^[15]。

此外，振冲碎石桩施工会产生泥水，对城市环境和既有建筑物附近施工不利，且存在软化土体的作用^[12]。饱和砂土地基在高频振动下的液化特性研究仍不充分，也制约了高频振冲器的开发与推广应用^[21]。

参见

• 碎石桩 —— 振冲置换法在软弱地基中形成的密实桩体，与桩间土共同构成复合地基。

• 复合地基 —— 由碎石桩与原地基土共同承担荷载的地基形式，是振冲加固的主要成果。

• 地基处理 —— 振冲法所属的工程领域，涵盖换填、排水固结、挤密等多种方法。

• 土体液化 —— 饱和砂土在地震等作用下丧失强度的现象，是振冲挤密主要针对的问题。

• CFG桩 —— 在碎石桩中掺加水泥和粉煤灰发展而成的桩型，属于碎石桩技术的延伸。

• 强夯法 —— 同样依靠振动与冲击使土体挤密的地基处理方法，与振冲法思路相近。