堆載預壓加強夯法在處理飽和軟土地基中的應用

■戴 敏 ■福建兆翔臨港置業(yè)有限公司，福建 廈門 361000

1 前言

某填海工程為機場擴建的前期工程，原為沿海洼地，淤泥層厚度為3.0～6.0m，后經吹填海砂和填筑黏性土形成陸地，其中海砂層頂標高為+4.0m，黏性土填筑標高為+5.5m。工程擬采用堆載預壓加強夯法進行加固，在填筑海砂到+4.0m后插入塑料排水板，梅花形布置，間距為1.1～1.5m。其深度穿過底部淤泥層進入下伏砂質土層不小于0.5m。設計要求處理后的地基承載力不小于140kPa，總沉降不小于10cm，差異沉降不小于5cm。

2 堆載預壓法和強夯法加固地基的機理

由于采用強夯加固的土體大致可以分為飽和土、細顆粒和非飽和、粗顆粒的土，其加固機理的共同點是破壞土體的天然結構、使其土顆粒達到新的穩(wěn)定、密實狀態(tài)。不同點在于前者由于透水性極低，采用強夯難以使其內部的孔隙水壓力迅速消散，因此沒有形成排水固結的條件，而土的觸變性恢復較慢，反而使土層擾動，降低了地基土的抗剪強度。

堆載預壓法:孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結變形，同時，隨著超靜孔隙水壓力的慢慢消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。

堆載預壓法加強夯法加固地基須滿足兩個體條件，即加載系統和排水系統。其加固地基的機理可以概括為動力夯實和動力固結，動力固結又分為三個階段:即加載階段、卸載階段和固結階段。

3 現場試驗

根據地質條件和上部荷載的變化，選擇兩個典型的試驗區(qū)，A、B試驗區(qū)分別選在塑料排水板間距為1.1m和1.3m的區(qū)域，兩塊區(qū)域的淤泥埋深分別為－1.0m～－4.5m和－1.5m～－5.0m，各項試驗參數如下:

⑴夯擊能:A塊試驗區(qū)的點夯夯能為2500kN.m，夯錘為扁平錘(直徑2.4m，錘重28.75T，落距8.70m);B塊試驗區(qū)的點夯夯能為3500kN.m，夯錘為扁平錘(直徑2.4m，錘重28.75T，落距為12.18m);

⑵夯擊擊數:兩塊試驗區(qū)均為每序3擊(不含滿夯)。

⑶夯擊序數:3序，每序3擊。

⑷滿夯夯能:二塊試驗區(qū)均為1000KN.m，錘印相接。

監(jiān)測儀器布置:⑴靜力觸探試驗:①通過測試比貫入阻力隨深度的變化，評價地基的均勻性、壓縮性質和密實度，重點評價淤泥層經上覆自重土壓力和強夯加固后的提高幅度。②通過測試各土層的比貫入阻力隨時間的變化曲線，重點評判強夯加固的序與序之間的間歇時間;⑵孔隙水壓力測試:通過測試土層中的孔隙水壓力的增長與消散，評價土層的加固效果;⑶分層沉降測試:通過測試各層土體的變形量，評價各層土體的加固影響深度;

堆載預壓加強夯法試驗的目的:根據不同深度、不同距離土層的各項力學指標，分析其隨深度、距離的變化規(guī)律，確定最佳夯點間距、合理的夯擊擊數和強夯影響深度以及合理的間歇時間等。

4 試驗結果與分析

靜力觸探比貫入阻力隨深度的變化:

分別在強夯之前、強夯完成后第四天和強夯完成后一個月對兩試驗區(qū)進行靜力觸探測試，試驗曲線如圖1和2所示。

從圖中可以看出:第一，不同土層的比貫入阻力有不同程度的增長，其中砂土層強度增長最為明顯，黏性土其次，底部淤泥強度增長不明顯，這是由于淤泥中的超靜孔隙水壓力在強夯產生的動應力作用下迅速上升，而砂土的滲透性較好，孔隙水壓力得以迅速消散，強度增長明顯，結合孔隙水壓力的測試曲線來看，淤泥層頂部即砂層底部附近孔隙水壓力幾乎瞬間消失，難以測得其最大值。淤泥層由于在巨大的沖擊波作用下，孔隙水壓力迅速上升，而自身排水性能較差，使得其內部土顆粒之間的有效應力降低，達到液化的臨界狀態(tài)，因而其比貫入阻力增長不明顯，總體趨勢為淤泥層上下兩端由于具有良好的排水條件，強度增量大，中部強度增量小;第二，土層強度的增長隨時間變化顯著，通過對比強夯后第四天和一個月的靜力觸探測試曲線可知，強夯場地靜置一個月后，由于孔隙水壓力的消散，土層的附加應力轉化為土顆粒之間的接觸應力，由此可知，強夯增加的孔隙水壓力的消散是一個隨時間變化的過程，通過增加間歇時間可以使處理后的地基達到更好的效果;第三，通過對比A、B兩試驗區(qū)的靜力觸探資料可知，由于A、B標段排水板間距分別為1.1m和1.3m，其地基處理的效果顯著不同，因此，土層透水性的高低對強夯加固效果起著至關重要的作用。

孔隙水壓力隨深度的變化:

分析孔隙水壓力隨深度的變化規(guī)律，確定強夯有效影響深度。根據強夯后不同深度的孔隙水壓力實測數據，繪制不同深度(A試驗區(qū)－7.0m、－8.5m和－10.0m)孔隙水壓力隨著時間的變化曲線，如圖3所示，可知，在強夯(2009年3月3日～2009年3月17日)施工期間，不同深度的孔隙水壓力有不同程度的增長，－7.0m超靜孔隙水壓力為20kPa，－8.5m處超靜孔隙水壓力為30kPa，而到－10.0m出超靜孔隙水壓力則降為10kPa，說明強夯影響深度在10.0m處的孔隙水壓力增量不明顯，初步判定2500kNM其加固有效深度為10.0m，達到該區(qū)域淤泥層底部標高。

根據孔隙水壓力的消散規(guī)律，確定相鄰2序夯擊的間隔時間，本工程監(jiān)測數據表明，孔隙水壓力峰值消散80%的時間為7～14d。

5 大面積施工采用的堆載預壓加強夯法參數

圖3 堆載預壓加強夯法試驗A區(qū)孔隙水壓力測試曲線

根據試驗區(qū)監(jiān)測結果的綜合分析，大面積施工中采用的堆載預壓加強夯法工藝及主要參數如下:(1)采用四序強夯施工工藝，即每序點夯四遍，前三遍夯擊能為2500kNM，第四遍夯擊能增大到3500kNM，然后在以1000kNM的夯擊能滿夯;(2)夯點間距4.5m，正方形布置，滿夯時錘印相接;(3)每序的間歇時間為兩周;(4)塑料排水板間距為1.1m，正三角形布置，其深度應穿過淤泥層不少于0.5m。

6 堆載預壓加強夯法處理效果檢驗

為檢驗堆載預壓加強夯法處理地基的加固效果，試驗后采用靜力觸探、動力觸探和載荷試驗三種方法進行檢測。采用靜力觸探取得的各土層的比貫入阻力對比詳見表1。此外，動力觸探測試表明，上部填筑的黏性土擊數為6擊，經換算，其地基承載力達120kPa，略低于靜載前試驗所得的fak=140kPa，但動力觸探技術N63.5的數據差別較大，從3.0擊到24.0擊，因此，可以認為此其滿足設計要求。對于試驗區(qū)堆載預壓加強夯法后靜載荷試驗表明，場地的地基承載力特征值 fak為140kPa，最終沉降量均小于4.5mm，滿足設計要求。

表1 堆載預壓加強夯法試驗區(qū)土層前后比貫入阻力對比表

7 結語

⑴堆載預壓加強夯法處理飽和軟土地基的加固機理為動力夯實和動力固結，相鄰兩序強夯之間應設置間歇時間，間歇時間對地基強度的增長較為可觀，合理的間歇時間為視孔隙水壓力的消散情況而定;

⑵通過各種測試手段進行檢測，說明通過堆載預壓加堆載預壓加強夯法的強夯參數是合理的，地基處理的效果是顯著的。

⑶本文提出的強夯試驗參數可以為臨近及類似的工程設計和施工提供參考。

［1］JGJ79－2002，建筑地基處理技術規(guī)范〔s〕.

［2］曾國熙.地基處理手冊M.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.