不同工藝下軟土地基處理的靜力觸探結(jié)果分析

鄺曉婷，韋未，張偉鋒，郭澤鋒，陳盛原

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院廣州501642）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展也在不斷地加快。由于我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，且該地區(qū)地質(zhì)條件大多為軟土，對此，解決軟基問題成為我國城市建設(shè)的重大任務(wù)。

其中，靜力觸探試驗(yàn)在巖土工程中的研究也在不斷深入［1-3］。黃飛［4］通過海床式靜力觸探實(shí)驗(yàn)得到砂土內(nèi)膜查繳等物理力學(xué)指標(biāo)略大于室內(nèi)試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；閆偉等人［5］通過靜力觸探CPT 對水力吹填土地基進(jìn)行承載力的相應(yīng)評估；田樂海［6］針對砂土液化情況對辨準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)進(jìn)行比較分析；陳維家等人［7］利用靜力觸探對成層土模型進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到成層土界面效應(yīng)的規(guī)律性。

本文以中山市民眾鎮(zhèn)某變電站廠區(qū)的軟土地基為研究對象進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，針對該軟土條件，結(jié)合現(xiàn)階段常用的堆載預(yù)壓及攪拌樁施工工藝，在現(xiàn)場進(jìn)行水泥攪拌樁聯(lián)合堆載預(yù)壓排水不同方式處理軟土地基的試驗(yàn)研究，探究“先堆載預(yù)壓后樁處理（DPZ）”及“先樁后堆載固結(jié)處理（ZDP）”兩者工藝條件下的工程特性，綜合分析兩種不同的工藝下軟土地基的靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，并對其進(jìn)行相關(guān)評價。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)

本項(xiàng)目位于廣東省中山市民眾鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目范圍內(nèi)存在較深厚的軟土地基情況［8，9］，由于軟弱土層的物理特性會在在建設(shè)階段會對施工過程造成一定的不良影響，且在后期軟土固結(jié)會造成建構(gòu)筑物的不均勻沉降，因此需對場地軟土地基進(jìn)行加固處理。項(xiàng)目區(qū)各巖土體工程地質(zhì)分層如表1所示。

對現(xiàn)場試驗(yàn)場地進(jìn)行平整，在相應(yīng)區(qū)域鋪設(shè)砂墊層，插入塑料排水板。然后先對DPZ 區(qū)進(jìn)行2.5 m 的堆載預(yù)壓，當(dāng)DPZ 區(qū)沉降逐漸穩(wěn)定下來后，對DPZ、ZDP區(qū)同時打樁，在樁后7 d對ZDP區(qū)進(jìn)行堆載2.5 m。靜力觸探試驗(yàn)是以靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中，量測其貫入阻力（錐頭阻力、側(cè)壁摩阻力、摩阻比），并按其所受阻力的大小劃分土層，確定土的工程性質(zhì)，在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用廣泛［10，11］。為了對比各區(qū)不同處理方式對軟基處理的效果，明晰其土層間力學(xué)性能在處理前后的變化關(guān)系，在各區(qū)特征位置設(shè)置了靜力觸探檢測點(diǎn)，檢測總共分為兩批進(jìn)行，分別是處理前的原狀土及不同方式處理后的改善土，第2 批檢測時兩區(qū)樁體齡期為“28 d”。主要位置分布在“DPZ”及“ZDP”堆載區(qū)的樁間土。圖1 為靜力觸檢測測孔平面布置圖，圖2為檢測時的現(xiàn)場圖片。

表1 項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)情況Tab.1 Geological Conditions of the Project Area

圖2 靜力觸探試驗(yàn)現(xiàn)場Fig.2 Static Penetration Test

圖1 靜力觸探測孔平面布置Fig.1 Survey Hole Layout of Static Penetration Test

2 結(jié)果分析

現(xiàn)場試驗(yàn)靜力觸探結(jié)果如表2所示。

2.1 DZ區(qū)靜力觸探實(shí)測數(shù)據(jù)分析

DZ 區(qū)介于ZDP 與DPZ 區(qū)之間，處于原始樁的樁間土。DZ區(qū)在打樁前后的靜力觸探數(shù)據(jù)如圖3所示，可以看出來淺層的素填土錐頭阻力增加了1.64 MPa，淤泥層的錐頭阻力增加了0.02 MPa，但淤泥質(zhì)砂土層則減少0.02 MPa，而下層土體（淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土）分別增加了0.06 MPa、0.02 MPa和0.23 MPa。DZ 區(qū)受到DPZ 堆載區(qū)與ZDP 堆載區(qū)兩則共同的側(cè)向壓力作用，下部土層的錐頭阻力值整體增大了。雖然DZ 區(qū)位于樁間土中，在打攪拌樁的施工過程中會使樁間土的土體變松散，但是其兩側(cè)同時又受到堆載區(qū)的擠壓作用，所以該區(qū)域處理后的土體會變得更密實(shí)，錐頭阻力自然也會增加。

圖3 ZJ區(qū)處理前后土體錐尖阻力的對比Fig.3 Comparison of Ssoil Cone Tip Resistance before and after Treatment in DZ Area

表2 靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of Static Penetration Test

2.2 DPZ區(qū)和ZDP區(qū)靜力觸探實(shí)測數(shù)據(jù)分析

在DPZ 區(qū)和ZDP 區(qū)堆載前后的靜力觸探變化如圖4 所示，可以看出來每個土層在堆載后錐頭阻力都有增加，特別是淺層的素填土錐頭阻力增加的幅度最大，DPZ區(qū)和ZDP區(qū)分別達(dá)到了2.01 MPa、1.90 MPa，其次兩個區(qū)域錐頭阻力增加量第2的分別為DPZ區(qū)的淤泥質(zhì)砂土層和ZDP 區(qū)的粉質(zhì)黏土層，兩者在堆載后錐頭阻力各增加了0.42 MPa和0.6 5MPa。而DPZ區(qū)底層的粉質(zhì)黏土在堆載后錐頭阻力也相應(yīng)增加了0.38 MPa。

圖4 DPZ區(qū)和ZDP區(qū)處理前后土體錐尖阻力的對比Fig.4 Comparison of Soil Cone Tip Resistance before and after Treatment in DPZ Area and ZDP Area

2.3 兩種工藝對比分析

對比先堆載后打樁和先打樁后堆載這兩種施工工藝處理軟土后的錐尖阻力變化（見圖4），可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過“DPZ”及“ZDP”區(qū)各處理方式后的軟基都有一定變化，處理后的各土層間的錐尖阻力都得到了提升。并得到ZDP 堆載區(qū)在素填土層、淤泥層和淤泥質(zhì)砂土層的錐頭阻力均比DPZ 區(qū)的大，而DPZ 堆載區(qū)在淤泥質(zhì)黏土層和粉質(zhì)黏土層均比ZDP 區(qū)的大?？傮w上表現(xiàn)為：先堆后樁的施工工藝對軟土地基淺層的土體作用效果較明顯，錐頭阻力較大；先樁后堆的施工工藝對軟土地基深層的土體作用效果較明顯，錐頭阻力較大。ZDP堆載區(qū)的前3層土體的錐頭阻力比DPZ區(qū)要小，說明水泥土攪拌樁發(fā)生變形起到一定的支撐作用，因此ZDP 堆載區(qū)的樁間土固結(jié)度不高，后期還會固結(jié)沉降，同時印證了在現(xiàn)場試驗(yàn)中測得ZDP 區(qū)的總沉降量比DPZ區(qū)的小。

軟土層的錐尖阻力與土體抗剪強(qiáng)度及承載力間呈一定的正相關(guān)關(guān)系，則處理后的軟土在力學(xué)性質(zhì)上得到了改善。相比未處理的原狀軟土地基，不管是先堆后樁還是先樁后堆的施工工藝，總體上軟土的錐頭阻力都比原狀土增加了，說明地基承載力也增大了。

先堆后樁的施工工藝在工程實(shí)踐中運(yùn)用的比較廣泛，處理過后的軟土地基的承載力也相對較好，但是相對先樁后堆的施工工藝，先堆后樁的施工工藝其工期較長，大約是先樁后堆的2倍甚至更長。因此，在軟土地基承載力要求相對較低的工程中（如圍墻工程），可以考慮采用先樁后堆的施工工藝，這樣既可以縮短工期，同時也會節(jié)省工程投資。

3 結(jié)語

⑴ DZ 區(qū)位于樁間土中，在試驗(yàn)過程中其兩側(cè)同時受到“DPZ”及“ZDP”堆載區(qū)的擠壓作用，所以該區(qū)域處理后的土體會變得更密實(shí)，從而錐頭阻力增加。

⑵ 對比先堆載后打樁和先打樁后堆載這兩種施工工藝處理軟土后的錐尖阻力變化可知，經(jīng)過“DPZ”及“ZDP”區(qū)各處理方式后的軟基都有一定變化，承載力都得到相應(yīng)的提高；并且對比兩種工藝下可得到，先堆后樁的施工工藝對軟土地基淺層的土體作用效果較明顯，錐頭阻力較大；先樁后堆的施工工藝對軟土地基深層的土體作用效果較明顯，錐頭阻力較大。

⑶ 先堆后樁處理過后的軟土地基的承載力也相對較好，但是先堆后樁的施工工藝其工期較長。對于軟土地基承載力要求相對較低的工程中，可以考慮采用先樁后堆的施工工藝，以降低工程的經(jīng)濟(jì)成本。