堆载预压加强夯法在处理饱和软土地基中的应用

■戴 敏 ■福建兆翔临港置业有限公司，福建 厦门 361000

1 前言

某填海工程为机场扩建的前期工程，原为沿海洼地，淤泥层厚度为3.0～6.0m，后经吹填海砂和填筑黏性土形成陆地，其中海砂层顶标高为+4.0m，黏性土填筑标高为+5.5m。工程拟采用堆载预压加强夯法进行加固，在填筑海砂到+4.0m后插入塑料排水板，梅花形布置，间距为1.1～1.5m。其深度穿过底部淤泥层进入下伏砂质土层不小于0.5m。设计要求处理后的地基承载力不小于140kPa，总沉降不小于10cm，差异沉降不小于5cm。

2 堆载预压法和强夯法加固地基的机理

由于采用强夯加固的土体大致可以分为饱和土、细颗粒和非饱和、粗颗粒的土，其加固机理的共同点是破坏土体的天然结构、使其土颗粒达到新的稳定、密实状态。不同点在于前者由于透水性极低，采用强夯难以使其内部的孔隙水压力迅速消散，因此没有形成排水固结的条件，而土的触变性恢复较慢，反而使土层扰动，降低了地基土的抗剪强度。

堆载预压法:孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形，同时，随着超静孔隙水压力的慢慢消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。

堆载预压法加强夯法加固地基须满足两个体条件，即加载系统和排水系统。其加固地基的机理可以概括为动力夯实和动力固结，动力固结又分为三个阶段:即加载阶段、卸载阶段和固结阶段。

3 现场试验

根据地质条件和上部荷载的变化，选择两个典型的试验区，A、B试验区分别选在塑料排水板间距为1.1m和1.3m的区域，两块区域的淤泥埋深分别为－1.0m～－4.5m和－1.5m～－5.0m，各项试验参数如下:

⑴夯击能:A块试验区的点夯夯能为2500kN.m，夯锤为扁平锤(直径2.4m，锤重28.75T，落距8.70m);B块试验区的点夯夯能为3500kN.m，夯锤为扁平锤(直径2.4m，锤重28.75T，落距为12.18m);

⑵夯击击数:两块试验区均为每序3击(不含满夯)。

⑶夯击序数:3序，每序3击。

⑷满夯夯能:二块试验区均为1000KN.m，锤印相接。

监测仪器布置:⑴静力触探试验:①通过测试比贯入阻力随深度的变化，评价地基的均匀性、压缩性质和密实度，重点评价淤泥层经上覆自重土压力和强夯加固后的提高幅度。②通过测试各土层的比贯入阻力随时间的变化曲线，重点评判强夯加固的序与序之间的间歇时间;⑵孔隙水压力测试:通过测试土层中的孔隙水压力的增长与消散，评价土层的加固效果;⑶分层沉降测试:通过测试各层土体的变形量，评价各层土体的加固影响深度;

堆载预压加强夯法试验的目的:根据不同深度、不同距离土层的各项力学指标，分析其随深度、距离的变化规律，确定最佳夯点间距、合理的夯击击数和强夯影响深度以及合理的间歇时间等。

4 试验结果与分析

静力触探比贯入阻力随深度的变化:

分别在强夯之前、强夯完成后第四天和强夯完成后一个月对两试验区进行静力触探测试，试验曲线如图1和2所示。

从图中可以看出:第一，不同土层的比贯入阻力有不同程度的增长，其中砂土层强度增长最为明显，黏性土其次，底部淤泥强度增长不明显，这是由于淤泥中的超静孔隙水压力在强夯产生的动应力作用下迅速上升，而砂土的渗透性较好，孔隙水压力得以迅速消散，强度增长明显，结合孔隙水压力的测试曲线来看，淤泥层顶部即砂层底部附近孔隙水压力几乎瞬间消失，难以测得其最大值。淤泥层由于在巨大的冲击波作用下，孔隙水压力迅速上升，而自身排水性能较差，使得其内部土颗粒之间的有效应力降低，达到液化的临界状态，因而其比贯入阻力增长不明显，总体趋势为淤泥层上下两端由于具有良好的排水条件，强度增量大，中部强度增量小;第二，土层强度的增长随时间变化显著，通过对比强夯后第四天和一个月的静力触探测试曲线可知，强夯场地静置一个月后，由于孔隙水压力的消散，土层的附加应力转化为土颗粒之间的接触应力，由此可知，强夯增加的孔隙水压力的消散是一个随时间变化的过程，通过增加间歇时间可以使处理后的地基达到更好的效果;第三，通过对比A、B两试验区的静力触探资料可知，由于A、B标段排水板间距分别为1.1m和1.3m，其地基处理的效果显著不同，因此，土层透水性的高低对强夯加固效果起着至关重要的作用。

孔隙水压力随深度的变化:

分析孔隙水压力随深度的变化规律，确定强夯有效影响深度。根据强夯后不同深度的孔隙水压力实测数据，绘制不同深度(A试验区－7.0m、－8.5m和－10.0m)孔隙水压力随着时间的变化曲线，如图3所示，可知，在强夯(2009年3月3日～2009年3月17日)施工期间，不同深度的孔隙水压力有不同程度的增长，－7.0m超静孔隙水压力为20kPa，－8.5m处超静孔隙水压力为30kPa，而到－10.0m出超静孔隙水压力则降为10kPa，说明强夯影响深度在10.0m处的孔隙水压力增量不明显，初步判定2500kNM其加固有效深度为10.0m，达到该区域淤泥层底部标高。

根据孔隙水压力的消散规律，确定相邻2序夯击的间隔时间，本工程监测数据表明，孔隙水压力峰值消散80%的时间为7～14d。

5 大面积施工采用的堆载预压加强夯法参数

图3 堆载预压加强夯法试验A区孔隙水压力测试曲线

根据试验区监测结果的综合分析，大面积施工中采用的堆载预压加强夯法工艺及主要参数如下:(1)采用四序强夯施工工艺，即每序点夯四遍，前三遍夯击能为2500kNM，第四遍夯击能增大到3500kNM，然后在以1000kNM的夯击能满夯;(2)夯点间距4.5m，正方形布置，满夯时锤印相接;(3)每序的间歇时间为两周;(4)塑料排水板间距为1.1m，正三角形布置，其深度应穿过淤泥层不少于0.5m。

6 堆载预压加强夯法处理效果检验

为检验堆载预压加强夯法处理地基的加固效果，试验后采用静力触探、动力触探和载荷试验三种方法进行检测。采用静力触探取得的各土层的比贯入阻力对比详见表1。此外，动力触探测试表明，上部填筑的黏性土击数为6击，经换算，其地基承载力达120kPa，略低于静载前试验所得的fak=140kPa，但动力触探技术N63.5的数据差别较大，从3.0击到24.0击，因此，可以认为此其满足设计要求。对于试验区堆载预压加强夯法后静载荷试验表明，场地的地基承载力特征值 fak为140kPa，最终沉降量均小于4.5mm，满足设计要求。

表1 堆载预压加强夯法试验区土层前后比贯入阻力对比表

7 结语

⑴堆载预压加强夯法处理饱和软土地基的加固机理为动力夯实和动力固结，相邻两序强夯之间应设置间歇时间，间歇时间对地基强度的增长较为可观，合理的间歇时间为视孔隙水压力的消散情况而定;

⑵通过各种测试手段进行检测，说明通过堆载预压加堆载预压加强夯法的强夯参数是合理的，地基处理的效果是显著的。

⑶本文提出的强夯试验参数可以为临近及类似的工程设计和施工提供参考。

［1］JGJ79－2002，建筑地基处理技术规范〔s〕.

［2］曾国熙.地基处理手册M.北京:中国建筑工业出版社，2000.