软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状探究

软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状探究

彭兴光

（中铁四院集团广州设计院有限公司，广东510600）

摘要：本文从国内外研究现状出发，根据工程概况与处理软土地基的方案设计，从现场检测、原位测试、强夯试验、监测成果以及强夯阶段的数值模型建立模型建立与分析等方面，对软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状，在施工现场的试验与相关数值分析进行了探究，并预测了相应的压缩模量与承载力。

关键词：软土地基；堆载预压；联合强夯；固结变形；承载性状

引言：软土地基的堆载预压联合强法主要是针对我国沿海地区的软土工程，来使用的一种关于软土地基的加固技术，本文以位于广州市南沙区某项目软土地基处理的工程为例，来探究软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状，以期为更高效处理软土地基提供一定的理论思考。

1国内外的研究现状

国内外关于软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状的探究，主要包括预压荷载下软土地基的固结情况探究，以及关于软土地基的动力固结情况探究两个方面，前者主要集中在预压固结理论、试验以及数值模拟的研究上，如一维固结理论等，后者主要集中在动力荷载下的软土地基固结理论、试验，以及动力固结下软土地基的数值模拟上。

2工程概况及方案设计

2.1工程概况

本工程位于广州市南沙区内，工程占地面积约905650m2,大部分地段需进行软基处理，根据区域工程地质情况及周边建筑场地工程地质情况调查，拟建场地原始地貌单元主要为珠江三角洲冲积平原，经人工回填平整后，地势平坦、开阔，属一级阶地地貌。场区地处珠江水系入海口，水系发达。地下水位埋藏较浅，埋藏深度约0.4~4.4m，变化较小[1]。

2.2堆载预压的处理阶段设计方案

第一，沿场区四采用土工编织袋装砂包周修筑围堰，以满足回填砂的需要，围堰顶面设横向排水，从内向外排水；

第二，塑料排水板主要选用原生料类B型板，其截面的尺寸宽度约为100mm，厚度约为4mm，其平面布置的形式为正方形布置，且间距约在1.2m×1.2m左右；

第三，在场地内设计安装降水井，其井管主要使用承插类无砂式混凝土管，内径约为500mm，壁厚约为55mm，堆载预压区域的排水井管依据100m×100m来布置，围堰和隔堤区则依据每50m一口排水井的方案设计安装。

3施工现场的试验分析与相关数值分析

3.1现场监测的试验安排

在本项工程中，为了监测与评价各施工阶段的软土地基处理效果，保证地基处理工程质量，根据实际的施工过程，依照插塑料的排水板之前、堆载预压后以及强夯后的三个阶段，来进行相应的现场测试，并依照不同时期土体物理学的各种性质指标变化的情况，对该方法在同类地基的处理效果。

由于本工程的现场测试项目主要包括地面沉降与分层沉降、十字板剪切与标准贯入实验，孔隙水压力与静力触探试验等，因此，浅层的沉降板应该埋设在砂垫层内，其埋设工作主要随插板进行，其测杆需要垂直，并使用水准仪进行相应的测量；分层沉降环的垂直间距应为1.5m，对于孔隙水压力式传感器，其垂直间距应为1.5m左右，在插板完成后，应当立即进行埋设；此外，地下水位的观测管，其滤管部分通常在砂垫层中，且底部的盲管往往进入淤泥层约1.0m以上，这时可以采用电导通法来对其进行观测；要保证所有监测设备真正埋设后，可以及时记录其初始值[2]。

对于现场的监测来说，要注意地面沉降监测、深层分层沉降观测、孔隙水压力以及深层水平位移等，以此来为软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状探究奠定重要的监测数据基础。

3.2堆载预压下现场原位测试的过程与成果分析

在软土地基的堆载预压以及强夯冲击的荷载下，土体一般会产生固结与变形，在土体变形的现场检测时，应该重点测试关于地基处理时的地面沉降部分，以此来分析土体固结的变形特征。

对于地面沉降的检测来说，主要选择几何水准测量的方法，根据三等水准测量的精度进行相应的控制，在堆载预压持续的224天期间，每隔四天进行一次软土地基的变形量，由此得出，受预压荷载与排水通道的共同作用，软土地基的固结沉降与时间成正比关系，且总体沉降的速度比较稳定，在堆载预压过程结束时，21个监测点中沉降最大为712.6mm，沉降最小为482.6mm,平均沉降量是577.6mm，软土地基固结变形的程度较大，表明在堆载预压过程中，竖向的排水体起到了较好的固结排水作用，达到了这一阶段软土地基的预期处理目标。

3.3强夯试验与测试成果分析

根据《建筑地基处理技术规范》中对使用强夯法施工的相关规定，在实际强夯施工之前，应该在具体的施工现场选择具有一定代表性的试验区，来进行试夯。因此，本工程强夯试验安排主要在堆载预压之后软土地基的平均固结度分别达到0.8与0.9时进行，固结度在0.8时，试夯的夯基能为2400kN.M,单点的夯基数主要为5击，固结度在0.9时，其试夯的夯基能为2400kN.M，该夯基能的单点夯击数包括5击/6击/7击三种。

从试验测试结果来看，在堆载预压的淤泥质软土地基固结度到达0.8时，距离强夯点水平距离越大，其不同深度的超静孔水压力值越小，在深度超过9m后，其超孔压值迅速降低，因此可判断，淤泥质土层的上部在4m范围以内的土层会受到比较明显的影响，在超孔压消散以后，其土体的性质得到了一定的改善。

3.4大范围强夯施工后监测成果的综合分析

根据上述强夯试验的结果分析，为了保证软土地基的实际处理效果，增加地基土承载力的安全储备，本工程在大范围强夯施工时采用的参数为，单击夯击能为2400kN.M，击数是5击，一共夯击2遍，依照正方形来布置夯点，其间距为6m，在点夯完毕以后，选用1000kN.M能级来进行2遍满夯，并在大范围强夯施工后再综合分析相应的监测成果。

在原位十字板剪切的施工监测结果分析上，本场地淤泥质土在实际堆载预压后，原状土不排水的抗剪强度主要统计平均值，相较于插塑料排水板前得到22.44%的提高，扰动土样的实际不排水抗剪强度的统计平均值，相较于堆载预压后得到19.76%的提高，其灵敏度也增加了5.28%。使用堆载预压法进行处理后的地基土，无论是原状土还是扰动土，其抗剪强度在总体上都有了较为明显的提高，并且土体的具体灵敏度也没有出现极为大幅度的变化，这说明经过强夯法处理后的软土地基的现实触变性状态在一定程度上保持了稳定。

3.5强夯阶段的数值模型建立与分析

强夯阶段的数值模型主要是在堆载预压阶段的数值计算后，根据计算所得到的软土固结状态数据，对动力分析模型的主要边界条件与初始条件，来合理选择关于土体动力学的计算参数。在模型建立起来以后，开始施加冲击荷载力，在冲击荷载力的作用期间，计算夯锤和地表之间的接触动力规律与最大接触应力值，其主要计算公式为S=2ae/(1-μ2），其中，S为弹性常数，e为土体的弹性模量，

μ为土体的泊松比，t为时间，a为夯锤半径[3]。

根据强夯阶段的数值模型分析，在冲击荷载的作用下，土体竖向的应力会随时间的变化规律以及土体动力理论的分析保持一致，在施加正弦波类型的冲击荷载作用下，土体的具体应力也呈现着加荷与卸荷的两个过程。

4压缩模量与承载力的预测分析

对于淤泥质土层的实际压缩模量，其最大相对误差约为1.40%，最小的误差约为0.71%，其平均误差约为0.995%，对于其承载力特征值的预测结果，最大相对误差约为3.09%，最小的相对误差约为1.06%，其平均误差约为1.73%，虽然训练样本的数量相对较少，但上述预测模型所推测出的结果依然具有比较高的准确性。

结论：综上所述，在处理软土地基的过程中，应该重视利用堆载预压与联合强夯施工技术，在具体的施工前，做好现场监测与相关的试验安排，适当加固超深的淤泥层，重视堆载预压下现场原位测试与强夯试验的成果分析，根据强夯阶段的数值模型，预测压缩模量与承载力，从而更好地处理软土地基。

参考文献：

[1]朱常志.软土地基堆载预压联合强夯的固结变形与承载性状研究[D].北京：中国矿业大学,2018.

[2]刘洪海.塑料排水板堆载预压联合强夯处理软基的应用研究[D].石家庄：河北农业大学,2017.

[3]余景良,杨冬.某软土地基堆载预压与强夯法联合处理施工技术[J].施工技术,2017,12:171-174.