基于DMT的砂土地基加固研究

甄振 萬(wàn)燕龍 宮浩亮

摘要：為研究扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在軟土加固中的應(yīng)用效果，分析DMT在軟弱地基中產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)，以及對(duì)地基承載力和沉降的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證DMT加固處理的實(shí)際效果，并與其他加固方法進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：黏質(zhì)粉土和粉砂土層對(duì)水平應(yīng)力較為敏感，強(qiáng)夯后黏質(zhì)粉土和粉砂地基土的MDMT/PS和MDMT/ES1-2增幅達(dá)到1.6～1.7倍和1.4～2.3倍，表明這些土層更適合用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)加固效果。扁鏟試驗(yàn)的KD（側(cè)脹水平應(yīng)力指數(shù)）有所降低，可能是由于加固后土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導(dǎo)致扁鏟試驗(yàn)的敏感性降低。因此扁鏟試驗(yàn)不能單獨(dú)用來(lái)評(píng)價(jià)軟基加固效果，還需要結(jié)合其他試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合分析。

關(guān)鍵詞：扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)；地基加固；地基承載力；沉降

0? ?引言

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是一種用于測(cè)定土體力學(xué)參數(shù)和狀態(tài)指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，已被廣泛應(yīng)用于土體分類、地基承載力評(píng)估、地基沉降預(yù)測(cè)等方面[1]。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)可以用來(lái)測(cè)量地基土的壓縮性和膨脹性，從而預(yù)測(cè)地基的沉降量和變形情況[2]。王國(guó)鋒[3]通過(guò)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，測(cè)量不同土壤和荷載條件下的側(cè)向膨脹系數(shù)和側(cè)向壓縮系數(shù)，從而確定不同因素對(duì)地基沉降的影響程度[4]。劉曉明[5]通過(guò)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，測(cè)量加固前后土壤的側(cè)向膨脹系數(shù)和側(cè)向壓縮系數(shù)，從而評(píng)估加固措施的效果和穩(wěn)定性。本文旨在探討利用DMT進(jìn)行地基加固處理的可行性和效果，研究DMT在軟弱地基中產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)，以及對(duì)地基承載力和沉降的影響。

1? ?工程概況

本文根據(jù)某省南部多用途大橋的地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)該工程的場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。該工程位于黃河沖積平原上，地層主要由全新世泛濫平原沖積漫灘組成，具有較高的含水量和較低的承載力。地層結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力歷史等參數(shù)見表1。

本文采用樁基礎(chǔ)作為主橋橋墩的支承結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到河床的演變和砂土的原位結(jié)構(gòu)性，對(duì)砂層進(jìn)行加固處理，以提高其抗液化能力和抗侵蝕能力。本文采用強(qiáng)夯法對(duì)地基土進(jìn)行加固。本工程在D區(qū)和E區(qū)進(jìn)行了強(qiáng)夯試驗(yàn)。D區(qū)以粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂層為主，吹填砂層較少。在原地面整平后，鋪50cm山皮石，再進(jìn)行強(qiáng)夯。

2? ?強(qiáng)夯效果檢驗(yàn)

2.1? ?實(shí)驗(yàn)條件

本文利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)合靜力觸探試驗(yàn)和土工試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)強(qiáng)夯的處理效果。為了保護(hù)膜片并順利采集夯后數(shù)據(jù)，試驗(yàn)孔都選在夯間，并在試驗(yàn)前挖去表層近0.7m的硬殼層和碎石。

2.2? ?整體數(shù)據(jù)分析

表2中展示了在土體強(qiáng)夯前后的貫入阻力PS、扁鏟側(cè)限模量MDMT以及壓縮模量ES1-2結(jié)果。從表2可知，扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的數(shù)據(jù)強(qiáng)夯后MDMT和PS均有明顯增加，表明強(qiáng)夯提高了地基土的密實(shí)度和承載力。黏質(zhì)粉土和粉砂層的MDMT增幅明顯大于PS增幅，表明強(qiáng)夯對(duì)這些土層有較好的改良效果。強(qiáng)夯后固結(jié)和ES1-2均有不同程度的減小，表明強(qiáng)夯增加了土體水平應(yīng)力。

黏質(zhì)粉土和粉砂層的固結(jié)減幅明顯大于ES1-2減幅，表明這些土層對(duì)水平應(yīng)力較為敏感。強(qiáng)夯后MDMT/PS和MDMT/ES1-2均有不同程度的增加，表明側(cè)限模量對(duì)水平應(yīng)力增加和剛度增大的敏感性較高。黏質(zhì)粉土和粉砂層中MDMT/PS和MDMT/ES1-2的增幅達(dá)到1.6～1.7倍和1.4～2.3倍，表明這些土層更適合用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)強(qiáng)夯效果。

2.3? ?強(qiáng)夯對(duì)不同深度不同土層影響

PS隨深度變化的曲線如圖1。MDMT隨深度變化的曲線如圖2所示。MDMT、PS隨深度變化的曲線，反映了強(qiáng)夯對(duì)不同深度不同土層的影響，可以作為評(píng)價(jià)強(qiáng)夯效果的參考依據(jù)。

2.4? ?扁鏟測(cè)頭對(duì)土層的干擾

在扁鏟試驗(yàn)中，P2（P2常指的是膜片回復(fù)至初始位移時(shí)的終止土壓力）由超孔隙水壓力和排氣時(shí)土體回彈側(cè)壓力組成（在砂土中只有前者）。據(jù)此判斷，P2應(yīng)高于孔壓觸探u。若顯示2p＜u，說(shuō)明扁鏟測(cè)頭造成的超孔壓，遠(yuǎn)低于孔壓觸探造成的超孔壓。因此與靜力觸探相比，扁鏟測(cè)頭對(duì)土層的干擾更小。

3? ?扁鏟試驗(yàn)結(jié)果

粉噴樁法是一種利用水泥漿噴射到軟土中形成樁體，通過(guò)樁土復(fù)合作用來(lái)增強(qiáng)軟土的方法。為了評(píng)價(jià)這兩種方法對(duì)軟基的改良效果，本文選擇了一個(gè)典型的試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行扁鏟試驗(yàn)。

3.1? ?試驗(yàn)條件

該試驗(yàn)區(qū)域位于一個(gè)淤泥層較厚的地段，經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯預(yù)壓后，淤泥層發(fā)生了明顯的沉降。在卸載堆載后，從路基表面以下鉆孔到淤泥層頂面以下1～2m處，然后進(jìn)行扁鏟試驗(yàn)。由于袋裝砂井布置較密，部分試驗(yàn)探頭在穿透淤泥層過(guò)程中遇到了夯錘而無(wú)法繼續(xù)下降，因此只能記錄到該深度的扁鏟試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比加固前后的扁鏟試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以分析強(qiáng)夯法對(duì)軟基力學(xué)性質(zhì)的影響。

3.2? ?強(qiáng)夯法加固區(qū)扁鏟試驗(yàn)結(jié)果

強(qiáng)夯法加固區(qū)扁鏟試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，軟基經(jīng)過(guò)加固后，?p有了顯著提高，表明加固效果顯著。軟基的扁鏟試驗(yàn)曲線明顯上升，表現(xiàn)出較高的阻力和剛度，說(shuō)明軟基經(jīng)過(guò)加固處理后，其剪切強(qiáng)度和密實(shí)度都有了很大的提高。分析認(rèn)為，這是由于加固材料填充了軟基中的孔隙，并與土體形成了有效的結(jié)合和約束作用，增強(qiáng)了軟基的整體性能。

仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，?p在淤泥層上部提高了2～3倍，在中部提高了大約1倍，下部的提高較小。在加固后，軟基的扁鏟試驗(yàn)曲線并不是均勻上升的，而是隨著深度增加而逐漸趨于平緩。這說(shuō)明在不同深度處，加固效果有所差異。在淤泥層上部（0～2m），加固效果最為明顯，?p提高了2～3倍；在淤泥層中部（2～4m），加固效果次之，?p提高了大約1倍；在淤泥層下部（4～6m），加固效果最小，?p只有輕微的提高。

分析認(rèn)為，這是由于在不同深度處，土體受到的自重壓力和外荷載不同，導(dǎo)致土體的變形和排水情況不同。在淤泥層上部，土體受到的壓力較小，變形較大，排水較容易；在淤泥層下部，土體受到的壓力較大，變形較小，排水較困難。隨深度增加，加固效果而逐漸減小，這一結(jié)果與靜力觸探試驗(yàn)以及十字板試驗(yàn)結(jié)論相似。

扁鏟試驗(yàn)的其他指標(biāo)也有類似的變化，但KD卻有所下降，下降幅度也隨深度遞減，ID略有上升，但變化幅度不明顯。這可能是由于加固后土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使得扁鏟試驗(yàn)的敏感性下降。因此，扁鏟試驗(yàn)不能作為評(píng)價(jià)軟基加固效果的唯一方法，還需要與其他試驗(yàn)方法相結(jié)合進(jìn)行綜合分析。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

本文探討了利用DMT進(jìn)行地基加固處理的可行性和效果，研究DMT在軟弱地基中產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)，以及對(duì)地基承載力和沉降的影響。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證DMT加固處理的實(shí)際效果，并與其他加固方法進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：

黏質(zhì)粉土和粉砂土層對(duì)水平應(yīng)力較為敏感，強(qiáng)夯后的黏質(zhì)粉土和粉砂地基土的MDMT/PS和MDMT/ES1-2增幅達(dá)到1.6～1.7倍和1.4～2.3倍，表明這些土層更適合用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)加固效果。

扁鏟試驗(yàn)的KD有所降低，可能是由于加固后土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導(dǎo)致扁鏟試驗(yàn)的敏感性降低。因此，扁鏟試驗(yàn)不能單獨(dú)用來(lái)評(píng)價(jià)軟基加固效果，還需要結(jié)合其他試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合分析。

參考文獻(xiàn)

[1] 張曉蕓，張小安，王開云，等. 橋上鋼彈簧浮置板的結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射特性研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2022，44（4）：89-95.

[2] 范先知.城市軌道鋼彈簧浮置板隔振器設(shè)置方案研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2022（10）：6-10.

[3] 丁德云，王文斌，馬蒙，等. 不同車速下鋼彈簧浮置板軌道減振降噪性能試驗(yàn)研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，46（6）：144-151.

[4] 程曜彥，方宏凱，李新國(guó).地鐵鋼彈簧浮置板阻尼參數(shù)試驗(yàn)及其對(duì)行車的影響研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2022，66（4）：36-41+48.

[5] 周志軍，劉玉濤，李偉，等.地鐵鋼彈簧浮置板軌道振動(dòng)特性和減振效果研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2022，66（5）：57-63.