摘要  本文推導了軟基強夯加固的夯坑深度有效加固深度的計算公式，在某機場試驗基礎(chǔ)上得出經(jīng)驗值;并指出辦基強夯所應(yīng)遵循的一些規(guī)律.

　　關(guān)鍵詞  軟基強夯  有效加固  深度  加固機理

　　1概述

　　強夯法亦稱動力固結(jié)法(DCM)。它最初僅用于加固碎石土和砂土地基。我國多用于北方加固黃土地基。由于經(jīng)驗積累和認識的深入，強夯法已推廣到用于加固粘土、不飽和粘性土、含水量低于25%的雜填土;且隨著砂井及塑料排水板的運用，在飽和淤泥質(zhì)軟土中強夯加固也獲得滿意的效果。軟土地基強夯加固機理不同于砂土基:其微觀結(jié)構(gòu)的變化及應(yīng)力波在土中的傳播方式不盡相同;強夯施工指導原則也存在顯著差別。由于軟土靈敏度高，一旦結(jié)構(gòu)破壞后其強度很難得到恢復。因此軟土地基強夯不能照搬建立在砂性土基礎(chǔ)上的強夯施工規(guī)范。且應(yīng)注意，軟土地基強夯:其關(guān)鍵在于排水，施工要以不破壞軟土結(jié)構(gòu)為原則。

　　2  有效加固深度計算

　　強夯有效加固深度受諸多因素的影響，如工程要求不同，強夯施工能量參數(shù)不同，土質(zhì)性狀不同，加固土層層序分布等等。不少學者從能量、波以及靜力學的角度對強夯加固地基的影響深度和有效加固深度作了探討。但筆者認為，主要應(yīng)從土的動力學角度探討強夯機制才能獲比較滿意的結(jié)論。筆者從彈塑性模型基礎(chǔ)上推導出有效加固深度的計算公式，并參照某機場測試成果來驗證，結(jié)果令人滿意。

　　2.1夯坑深度的計算

　　考慮到強夯作用下地基發(fā)生較大塑性變形，將夯錘的振動狀態(tài)簡化為一個自由振動體系，地基簡化為阻尼一彈簧體系，得到夯錘的運動方程為:

　　(1)

　　式中 x一夯錘位移; M一夯錘質(zhì)量; R一阻尼系數(shù);s一彈性常數(shù),將夯錘的運動分為高應(yīng)力沖擊階段和阻尼振動階段。在高應(yīng)力沖擊階段忽略粘滯阻尼對夯錘的運動影響，最后推導出修正的Scott公式為

　　注:S、R、t等表示高應(yīng)力沖擊階段的彈性參數(shù)及時間;

　　S'、R'、t'等表示阻尼振動階段的彈性參數(shù)及時間;

　　2.2有效加固深度的計算

　　根據(jù)強夯后的土動應(yīng)力、干密度的變化規(guī)律，將地基加固模式簡化為如圖1形式:

　　圖1地基加固簡圖

　　由加固土體強夯前后干土重量相等，有

　　（3）

　　由加固土體幾何體積有:

　　（4）

　　將(3)式代入(4)式得

　　對于軟土，土的動荷載擴散角很小，可忽略不計，由(3)、(4)式可得

　　(5)

　　3  軟土地基強夯試驗

　　以某機場試驗為例。機場地質(zhì)情況大致為:表層0.8~1.0 m厚吹填粉細砂層;表層下0.5一1.0m厚褐黃色粉質(zhì)粘上，1.5~3.7m厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，夾有粉細砂夾層;其下為灰色砂質(zhì)粉土，埋深8.0m上。水平向土的性質(zhì)表現(xiàn)不均。試驗區(qū)面積為21x21m2，，場區(qū)內(nèi)設(shè)有間距為3.5m，深10m的塑料排水板，四周挖有深為60一80cm的明溝排水。強夯夯擊能采用1600kJ，夯錘質(zhì)量為16.5t，底面積直徑為2.lm，錘高0.75m，落高為9.76m。夯點間距為3.5m，呈正方形布置，共36個夯點，分三遍完成。施工監(jiān)測有孔隙水壓力、分層沉降測量及地表沉降測量;加固效果檢測有室內(nèi)土工試驗、靜力觸探、標貫及平板載荷試驗等。

　　從孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淺層土中的超孔隙水壓力上升最劇烈，且隨著土層深度的增加影響越小。試驗中還發(fā)現(xiàn):當孔隙水壓力越過0.5rh，即大于上覆土層重量的一半時，超孔隙水壓力消散較慢，當再次夯擊時，超孔隙水壓力發(fā)生積累，影響強夯效果。

　　圖2、圖3分別為在夯坑內(nèi)及夯坑間的靜力觸探曲線圖。夯坑內(nèi)土層強度增加較大，夯坑間土層強度增加較小，這說明了在軟土地基強夯時應(yīng)力擴散角較小;曲線還反映了強夯有效加固深度為6~8m，滿足了設(shè)計要求。在夯間土上做平板試驗。Fk=136kPa比場地實際平均承載力要小，基本上滿足了機場設(shè)計承載力(120kPa)的要求。

　　圖2  夯坑內(nèi)靜力觸探曲線圖

　　圖3 夯坑間靜力觸探曲線圖

　　試驗區(qū)單點夯擊試驗匯總結(jié)果見表1。對于地下水位較淺的飽和軟土場地夯坑周圍土體隆起量隨夯擊數(shù)的增加而逐漸增加，直到與坑內(nèi)土體夯沉量相等，但這種狀態(tài)的強夯對加固地基土已毫無意義，相反會加劇地基土結(jié)構(gòu)的破壞。故試驗時一般以孔隙水壓力最大值Umax小于等于0.5rh,或夯坑周圍隆起量最大值Hmax小于等于10cm來確定最佳夯擊數(shù)。

　　從隆沉試驗結(jié)果來看，每次夯擊時地基土的壓密效果都是很明顯的。但由于夯坑深度已達2.5m左右，坑壁容易坍塌，對強夯施工造成一定困難。從孔壓及隆沉結(jié)果來看，建議每點強夯擊數(shù)不超過4擊。

　　表1夯坑隆沉匯總表

　　通過強夯前后土的物理指標測試，夯前加固土層平均干容重rd1=1.262g/cm3;而夯后孔rd1=1.432g/cm3;從現(xiàn)場原位測試的結(jié)果可知，地基土的有效加固深度為6~8m;由上面推導的有效加固深度計算公式得L=0.32。這與試驗區(qū)土層的有效壓縮率在55%以上是一致的。

　　由夯坑深度的統(tǒng)計結(jié)果，發(fā)現(xiàn)軟土地基在一定的夯擊次數(shù)下(即小于最佳夯擊次數(shù))，夯坑深度與夯擊次數(shù)具有非線性關(guān)系。試驗結(jié)果經(jīng)一元曲線回歸，有如下規(guī)律(回歸方程的相關(guān)系數(shù)r=0.99)   （6）

　　故本試驗區(qū)夯坑深度計算公式為（7）

　　有效加固深度的經(jīng)驗公式為（8）

　　由式(7)可看出，對于軟土地基強夯，不能照搬強夯規(guī)范的收錘標準來實施，即最后兩擊累計沉降差不大于5~10cm;對于本試驗區(qū)，第四、第五兩擊累計沉降差為30cm;要達到5一10cm的累計沉降差，夯擊次數(shù)要超過10擊以上;夯坑深度達3.5m之多，此時夯擊對加固地基已毫無疑義，地基可能已發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，對強夯加固不利。

　　4結(jié) 論

　　強夯法雖經(jīng)歷了近三十年的發(fā)展，但軟土地基強夯加固還處于經(jīng)驗積累階段。筆者認為，軟土地基強夯，其加固機理可概括為強夯壓密和強夯固結(jié)，但以強夯固結(jié)為主。由于飽和粉土軟土地層具有一定的靈敏性，其結(jié)構(gòu)破壞后強度很難恢復，故軟土地基強夯施工以不破壞軟土結(jié)構(gòu)為原則。通過以上分析及試驗、普夯的展開，可獲得如下幾點認識:

　　1)強夯處理軟基，其最佳夯擊次數(shù)可根據(jù)孔隙水壓力、隆起量最大值及夯坑深度來綜合確定。對本機場場區(qū)強夯:

　　A)孔隙水壓力Umax小于等于0.5rh

　　B)夯坑隆起量hmax小于等于10cm;

　　C)夯坑深度△h小于等于1.50m;

　　2)利用本文提出的有效加固深度的半理論半經(jīng)驗公式(式8)，可以合理調(diào)整強夯施工參數(shù)，來指導現(xiàn)場施工。

　　3)通過試驗及普夯的開展，認為軟土地基強夯其收錘標準應(yīng)為:最后兩擊累計沉降差控制在15~20cm內(nèi)較合適。

　　4)對于軟土地基強夯其動擴散角很小(由不同地點的靜力觸探曲線可以看出)，故夯點間距布置應(yīng)密些，建議采用1.5~2.0d的間距;為防止夯擊出現(xiàn)"橡皮土"，建議采用跳夯施工。

　　5)對于大面積強夯處理軟基，用堅向塑料水板及水平軟式透水管加強排水，強夯效果會更好;且是上海軟土地層有天然排水層一粉細砂夾層，強夯加固更理想。

　　參考文獻

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