沿海地区软土地基工程特性及加固措施研究

郑必杰

(福州市建筑设计院有限责任公司 福建福州 350001)

0 引言

软土地基主要是指其天然孔隙在1.0范围以上，同时所含水量超出液限的细颗粒土体所组成的软弱土层模拟的建筑地基。该类地基具有强度低、压缩性高、不排水、抗剪强度小和含有一定有机质等特点[1]。

莆田市位于我国东南地区，境内地势西北高、东南低，东濒海洋，属于典型的沉积相软土地质，承载能力低，渗透性差，地基容易发生明显的差异性沉降和裂缝，对建筑物的影响较为严重。

许多学者分别采用不同的试验方法，对软土地基的工程特性进行了研究。张立敏[2]采用快速固结试验法，对软土地基的压缩特性进行研究，分析得出软土地基沉降表现取决于含水率数值；王建文等[3]采用相关距离的概念与方法，对宁波淤泥质黏土土性参数相关距离进行研究；刘长殿等[4]对青岛董家口地区软土采用对比固结试验进行研究，分析得出软土工程特性具有区域性特点，指出次固结变形特性也存在差异；邵建东[5]对岩土工程中的淤泥质软土地基处理探究，并对不同处理方法的优缺点进行对比分析。但目前对于福建莆田地区的软土的特性研究较少。

为研究莆田地区软土特性，本文基于标准固结试验，以莆田市锦岚大道项目为背景，对该地区的软土固结特性整体表现进行分析，并通过改变含水率测定其不同条件下的e-P、a-P曲线来计算压缩系数，对该地区工程特性进行判定。最后，基于判定结果的分析研究，对莆田市锦岚大道工程项目采取合理的加固措施，采用十字板剪切试验对加固前后软土地基的工程特性进行对比，为该工程设计提供科学数据支撑。

1 工程概况

福建省莆田市锦岚大道工程，位于莆田市兴化港区，道路起讫里程DK0+000～DK3+888，总长3888 m，土建工程主要由路基和桥梁组成，桥梁段起讫里程DK1+380～DK1+480，长度100 m，其余段落为路基。

工程区内第四系地层发育复杂、厚度变化大，上部为海相沉积，下部为河相沉积，沉积物自上而下由淤泥、粉质粘土、卵石等组成，其下为残积土层及燕山晚期侵入岩的风化层(全风化基岩、强风化基岩及中风化基岩)，钻孔资料揭示地层分界如表1所示。

表1 地层分界表(Z190钻孔)

2 试验设计

本次研究，采用标准固结试验对不同含水率状态下的土样进行试验分析，然后根据分析结果，提出适用于该工程的加固措施；最后，通过十字板剪切试验，对加固后的效果进行验证。

2.1 固结试验

本次研究主要对该地区软土地基进行固结试验。试验采用全自动固结仪，试验装置主要包括控制系统、压力系统、加载系统与量测系统。该固结仪采用分级加载的试验方法，具有结构简单，节能高效，操作便利、试验过程便于统计试验结果参数等特点。

本文采用的分级加载固结试验，可把外荷载视为瞬间施加，土样的受力情况与太沙基一维固结理论中的假定相符。竖向排水固结试验，可以依据太沙基固结理论计算土样的固结系数，分析其固结特性。

试验主要包括试样制备、试样安装、试样加载及测试、试验数据整理，试验严格按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)[6]规定的试验步骤进行。本次试验选取的土样物理指标如表2所示。

表2 固结试验参数表

2.2 十字板剪切试验

十字板试验，采用WYS-3A型双缸静探-十字板剪切仪设备，并严格按照《土工试验方法标准》(GB/T50123-2019)[6]规定的试验步骤进行。

试验时，将十字板试验设备安装履带钻机上，测点布设在软土层范围内沿深度方向，每1m布设1处，以10s 1～2度的速度均匀转动剪切头上的手摇柄，每转动一圈测记一次读数，将出现的峰值或稳定值后1min的读数，作为土体剪切破坏时量表的最大读数。

3 试验结果分析

根据土力学基本原理，土体的压缩性表现是土体孔隙缩减所导致。土样的孔隙比、压缩系数与施加荷载存在相关联性，试验土样不同含水率状态下e-P曲线、a-P曲线如图1～图2所示。

图1 不同含水率状态下土样e-P曲线

图2 不同含水率状态下土样av-P曲线

根据图1可知，不同含水率状态下e-P曲线呈现出相同的规律，即随着荷载P的增加，孔隙比e呈减小趋势，减小速率随荷载增加逐渐降低，曲线呈下凸型；对比不同含水率状态下的e-P曲线可知，随着含水率的增加，一定压力范围内孔隙比减少得越多，即孔隙比的变化速率越快，说明施加相同的压力，含水量大的土样容易被压缩。

根据图2可知，不同含水率状态下的a-p曲线呈现相同的规律，即随着荷载P的增加，孔隙比a呈减小趋势，减小速率随荷载增加逐渐降低，固结压力在0～100 kPa之间，压缩系数变化较大，超过100 kPa后，对应压缩系数改变量小；对比不同含水率状态下的a-P曲线可知，随着含水率的增大，固结压力0～100 kPa范围内，压缩系数变化幅度越大。

由此可知，在固结初始阶段，含水率的波动在压缩系数中起到决定性作用，随着固结排水过程的发生，各土样的压缩性基本趋于稳定。综合分析，含水量对软土地基的压缩性影响很大。

4 软土地基加固措施研究

软土地基处理措施，主要有排水固结法、换填法、夯实法、真空预压法、桩基法、优化结构法以及加筋法。

根据上述分析结果，该工程采用堆载预压+塑料排水板的加固措施对软土地基进行加固，加固方案如图3～图4所示。通过十字板剪切试验，对比改善前后土体的工程特性指标，对比结果如表3所示。

表3 改善前后软土地基参数对比

根据表3可知，采用堆载预压+塑料排水板的加固措施后，不排水抗剪强度由10.4 kPa增加至28.3 kPa，增幅172%；有效应力抗剪强度由3.3 kPa增加至7.5 kPa，增幅127%；灵敏度由5.0(中灵敏度)降至3.5kPa(低灵敏度)，降幅30%；地基承载力特征值由40 kPa增加至98 kPa，增幅118%；处理后的地基承载力与稳定性大大提高，可以满足工程要求。

图3 加固方案横断面示意图

图4 加固方案平面示意图

5 结论

(1)不同含水率状态下e-P、a-P曲线呈现出相同的规律，即随着固结压力增加，孔隙比与压缩系数呈减小趋势，减小速率随荷载增加逐渐降低。

(2)对比不同含水率状态下的e-P、a-P曲线可知：随着含水率增加，一定压力范围内孔隙比减少得越多，含水量大的土样容易被压缩；固结压力0～100 kPa之间，压缩系数变化较大，超过100 kPa后，对应压缩系数改变量小。

(3)软土地基沉降表现取决于含水率数值，两者呈现显著的正相关联系。因此，在施工过程中，前期的固结排水措施是必不可少的环节。

(4)基于研究结果，该工程软土地基采用堆载预压+塑料排水板的加固措施后，地基承载力特征值由40 kPa增加至98 kPa，增幅118%，灵敏度由中灵敏度降至低灵敏度，处理后的地基承载力与稳定性大大提高，可以满足工程要求。