降水強(qiáng)夯加固軟土地基的質(zhì)量控制參數(shù)研究

張欽

（中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司，四川成都 610000）

0 引言

降水強(qiáng)夯法常用來(lái)處理位于江河湖泊灘涂的軟弱地基，針對(duì)含水量較大的特點(diǎn)，結(jié)合降水與強(qiáng)夯措施，提高地基的強(qiáng)度，增強(qiáng)密實(shí)度，改善地基承載力。

原位試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，不擾動(dòng)前提下對(duì)處理后的土層結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行測(cè)試，獲得土層的物理力學(xué)指標(biāo)。具有操作簡(jiǎn)潔、更直觀、無(wú)需取樣、成果易于監(jiān)控的特點(diǎn)，能更客觀反映處理效果。

降水強(qiáng)夯施工完成后，規(guī)范要求必須進(jìn)行原位測(cè)試，用來(lái)評(píng)價(jià)地基承載力。針對(duì)此目的，不同原位檢測(cè)手段得出的結(jié)論存在差異。究其原因，一是原位測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量存疑；二是區(qū)域地基土經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠。

某項(xiàng)目中，采用標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力值評(píng)價(jià)地基承載力參數(shù)時(shí)結(jié)論存在差別。對(duì)區(qū)域性場(chǎng)地，確定不同類原位測(cè)試參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，探尋評(píng)價(jià)結(jié)論差異原因，對(duì)評(píng)價(jià)檢測(cè)結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。

1 研究現(xiàn)狀及方向

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)強(qiáng)夯后地基土檢測(cè)參數(shù)做了大量研究，張紅[1]等以地基承載力為分析對(duì)象，在考證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系后，提出適合區(qū)域場(chǎng)地地基承載力評(píng)判的經(jīng)驗(yàn)公式。卞龍[2]等在分析各類檢測(cè)手段對(duì)強(qiáng)夯效果的評(píng)價(jià)能力后，對(duì)各種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了綜合對(duì)比分析，并強(qiáng)調(diào)指標(biāo)提高幅度來(lái)評(píng)價(jià)強(qiáng)夯效果較為合理。提出建立平板載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與其他間接檢測(cè)方法結(jié)果的對(duì)照關(guān)系，相較規(guī)范表格更可靠。

曾慶軍[3]等通過(guò)對(duì)地基承載力作經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)回歸分析，得出強(qiáng)夯后地基承載力是單夯擊能和點(diǎn)夯擊數(shù)的函數(shù)。通過(guò)系列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可以建立相對(duì)密度與地基承載力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為強(qiáng)夯設(shè)計(jì)提供依據(jù)手段。

孔令偉[4]等通過(guò)建立夯沉量與變形模量的關(guān)系曲線，運(yùn)用單值反分析法，依據(jù)達(dá)到夯實(shí)效果時(shí)的單擊夯沉量來(lái)確定地基土變形模量。根據(jù)平板載荷試驗(yàn)中變形模量與相對(duì)沉降的關(guān)系式，結(jié)合無(wú)粘性土p-s曲線無(wú)明顯拐點(diǎn)的特點(diǎn)，按相對(duì)沉降確定地基容許承載力值。以此技術(shù)路線，文章對(duì)諸多公開(kāi)發(fā)表的工程實(shí)例實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差較小，為改進(jìn)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方案提供了一種新的分析途徑。

本文以漢江平原地區(qū)某真空降水-強(qiáng)夯處理項(xiàng)目為依托，在場(chǎng)地強(qiáng)夯處理后現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)工后靜力觸探（CPT）、標(biāo)準(zhǔn)貫入(SPT)的數(shù)據(jù)樣本，針對(duì)江漢平原地區(qū)砂質(zhì)粉土和粉質(zhì)黏土的地質(zhì)特征，按對(duì)應(yīng)土層總結(jié)第二類原位測(cè)試參數(shù)之間的橫向關(guān)系，以供同類項(xiàng)目參考。

2 淺層平板載荷試驗(yàn)和地基承載力

江漢平原地區(qū)地下水位高，淺層多為砂質(zhì)粉土層和粉質(zhì)黏土層，其工程特性為地下水位高，粉粘土含砂量高，或加砂層嚴(yán)重。地基處理多采用降水強(qiáng)夯或復(fù)合地基的形式提高場(chǎng)地土地基承載力，真空降水-強(qiáng)夯對(duì)場(chǎng)地地基土處理后，進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定地基的承載力。

原位試驗(yàn)得到的地基承載力參數(shù)需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)形式，才能確定合理的推薦值。地質(zhì)工程手冊(cè)（第四版）[5]中給出各個(gè)地區(qū)的地基承載力經(jīng)驗(yàn)值，并給出設(shè)計(jì)值的修正確定方式。

地基承載力推薦值首要考慮淺層平板載荷試驗(yàn)的結(jié)果。但第二類原位檢測(cè)試驗(yàn)（SPT、CPT）通過(guò)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)公式得到的地基承載力推薦值往往存在較大偏差。一般情況下，依據(jù)淺層平板載荷試驗(yàn)得到場(chǎng)地地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，而根據(jù)規(guī)范提供的對(duì)照表格或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定的承載力推薦值卻比設(shè)計(jì)要求值低，這給現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量評(píng)價(jià)工作帶來(lái)一定影響。從控制施工質(zhì)量角度出發(fā)，如何篩選第二類原位測(cè)試數(shù)據(jù)作為地基承載力的參考至關(guān)重要。

針對(duì)地基承載力確定強(qiáng)夯施工處理效果的評(píng)價(jià)手段，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向分析，用來(lái)篩選及評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)原位檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠度。

3 靜力觸探與標(biāo)貫試驗(yàn)參數(shù)之間關(guān)系

3.1 標(biāo)貫擊數(shù)與錐尖阻力關(guān)系

某項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)布置4個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)之間的區(qū)別在于現(xiàn)場(chǎng)回填料的差異，以及真空降水工藝和強(qiáng)夯夯擊能與夯點(diǎn)布置不同。工后處理效果檢測(cè)采用了靜力觸探（CPT）與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT），均屬于第二類原位測(cè)試方法。此兩種方式均不能直接確定場(chǎng)地土的地基承載力與變形模量，只能采用經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)φ毡砀袢〗?jīng)驗(yàn)值。以地基承載力判別為聯(lián)系，建立靜力觸探比貫入阻力與標(biāo)貫擊數(shù)之間的關(guān)系。

根據(jù)《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ340—2015）[6]中提供的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，用比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值可計(jì)算地基土承載力特征值。即：

式中ps為比貫入阻力，當(dāng)采用錐尖阻力qc時(shí)，取為1.1qc。根據(jù)《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ340—2015）[6]中表7.4.8-2和表7.4.8-3，選取相應(yīng)的標(biāo)貫擊數(shù)與承載力特征值數(shù)據(jù)對(duì)，通過(guò)插值方式從標(biāo)貫擊數(shù)得到承載力特征值。從式（1）和式（2）反算出對(duì)應(yīng)比貫入阻力，建立標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力數(shù)據(jù)對(duì)。數(shù)據(jù)對(duì)離散點(diǎn)與擬合qc-N關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 qc-N關(guān)系式圖（粉土）

圖2 qc-N關(guān)系式圖（黏性土）

采用線性擬合，得到上述關(guān)系式的線性表達(dá)式分別如下。

以此關(guān)系為依據(jù)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試得到的標(biāo)貫擊數(shù)和靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向評(píng)估、甄別和校正。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

此四個(gè)試驗(yàn)區(qū)土層分布基本上相似，表層種植土清表后填筑1.0 m左右山皮石或砂料，下部為2.0～3.0 m厚的砂紙粉土，在原地表以下4.5 m深度左右存在約1.0 m厚的硬塑黏土夾層，再往下是粉質(zhì)黏土層。這里我們不對(duì)比分析工前工后的錐尖阻力qc提高幅度，僅從工后試驗(yàn)值預(yù)估場(chǎng)地承載力度特征值。四個(gè)試驗(yàn)區(qū)靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入值的分層統(tǒng)計(jì)如表表1、表2所示。

表1 原位測(cè)試錐尖阻力qc（MPa）統(tǒng)計(jì)表

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（N’）統(tǒng)計(jì)表

將表中的數(shù)值定位在qc-N坐標(biāo)平面中，同時(shí)與式（1）和式（2）進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 實(shí)測(cè)粉土標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力

圖4 實(shí)測(cè)黏性土標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力

從圖3中可以看出，現(xiàn)場(chǎng)大部分測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)位于規(guī)范經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式附近，離散度較小。僅少量幾個(gè)點(diǎn)離關(guān)系式較遠(yuǎn)，存在標(biāo)貫擊數(shù)測(cè)試值較經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式偏大的情況。經(jīng)仔細(xì)分析，離經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式稍遠(yuǎn)的點(diǎn)標(biāo)貫深度均大于4.0 m，位于地下水位以下。因地下水影響，標(biāo)貫擊數(shù)因此會(huì)提高，而偏離規(guī)范提供經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。另外，標(biāo)貫試驗(yàn)是人工操作，導(dǎo)桿不垂直、提錘高度不夠這些常見(jiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作弊端也能造成標(biāo)貫擊數(shù)偏大的結(jié)果。

與圖3中存在問(wèn)題相似，圖4中標(biāo)貫擊數(shù)相較比貫入阻力偏大太多。存在相同標(biāo)貫擊數(shù)（8擊），對(duì)應(yīng)不同比貫入阻力的情況。靜力觸探試驗(yàn)（CPT）是自動(dòng)化采集，影響測(cè)試結(jié)果的唯一人為控制因素為貫入速率（比貫入阻力上浮5%～10%）。為了提高工作效率，操作工往往會(huì)加快貫入速率（大于規(guī)范1.2 m/min）。無(wú)論如何，相對(duì)于標(biāo)貫試驗(yàn)，靜力觸探結(jié)果穩(wěn)定得多。基于此，推薦深部強(qiáng)夯效果評(píng)價(jià)還是依賴靜力觸探試驗(yàn)。

4 強(qiáng)夯地基檢測(cè)參數(shù)

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007—2002條文說(shuō)明中明確指出：“用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系或經(jīng)驗(yàn)公式，諸如標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探以及旁壓儀等”作為“第二類原位測(cè)試方法確定地基承載力時(shí)，必須有相當(dāng)數(shù)量的、直接對(duì)比的載荷試驗(yàn)為依據(jù)”。

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)工后靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的結(jié)果，來(lái)推斷地基承載力并不是非常可靠。但往往實(shí)際項(xiàng)目中存在此類需求，所以建立區(qū)域化檢測(cè)參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)同類工程有很好的借鑒作用。從上述簡(jiǎn)單分析中可以得出：

1）采用第二類原位測(cè)試方法（CPT、SPT）推斷地基承載力時(shí)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力的判定得到的結(jié)論存在偏差，通過(guò)規(guī)范及權(quán)威經(jīng)驗(yàn)確定的qc-N關(guān)系式進(jìn)行甄別，認(rèn)為標(biāo)貫擊數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試偏大，該項(xiàng)目依賴比貫入阻力結(jié)果判定較合理；

2）為客觀評(píng)價(jià)標(biāo)貫擊數(shù)與比貫入阻力可靠性，可以建立可靠度判定指標(biāo)。即現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值坐標(biāo)點(diǎn)與理論關(guān)系直線的偏離度。

式中N理論和qc理論分別表示理論關(guān)系線上的對(duì)應(yīng)標(biāo)貫擊數(shù)與錐尖阻力值。根據(jù)檢測(cè)重要性不同可以將ξ控制在0.1或0.05對(duì)測(cè)試值進(jìn)行篩選。積累一定數(shù)量局部區(qū)域檢測(cè)數(shù)據(jù)后，可以確定適用于本區(qū)域的偏離度值，用來(lái)評(píng)價(jià)檢測(cè)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從地基承載力與錐尖阻力經(jīng)驗(yàn)關(guān)系以及標(biāo)貫擊數(shù)確定地基承載力的推薦值，建立原位檢測(cè)比貫入阻力與標(biāo)貫擊數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的檢測(cè)值，對(duì)比經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，甄別現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值優(yōu)劣，給地基處理檢測(cè)參數(shù)提供參考。為客觀有效控制施工質(zhì)量，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，可得出如下結(jié)論：

1）淺層平板載荷試驗(yàn)嚴(yán)格用來(lái)確定地基承載力施工后是否滿足設(shè)計(jì)要求，其他原位測(cè)試數(shù)據(jù)只能用作輔助判別；

2）根據(jù)該項(xiàng)目中標(biāo)貫擊數(shù)與錐尖阻力的參數(shù)重要性，將式（5）中偏離度參數(shù)ξ確定為0.1，來(lái)篩選現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值，較為合理；

3）在偏離度參數(shù)ξ基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目條件確定的ξ值，可以在理論經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式（1）和式（2）上下建立帶狀區(qū)域（二維坐標(biāo)中線性關(guān)系式）。檢測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在此區(qū)域的可以作為評(píng)價(jià)依據(jù)，溢出此帶狀區(qū)域視為無(wú)效數(shù)據(jù)，不納入評(píng)價(jià)。