软土强夯法加固软土地基应用探析

技术园地　第２９卷２０１１年第１１期　软土强夯法加固软土地基应用探析　刘　涛　袁　敏　（１．江苏东南交通工程咨询监理有限公司，江苏南京２１００１８：２．南京交通职业技术学院，江苏南京２１　１　１８８　【摘要】本文对软土强夯法加固软基原理、软土强夯法施工步序和要点进行了分析。以工程实例为研究背景，通过实测数　据，对软土强夯法加固软土地基的沉降特点和加固效果进行了详细阐述。　【关键词】软土强夯法；软土地基　【中图分类号】ＴＵ４４７　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１６７１—３７０２（２０１１）１１－００６０—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｏｆｔ　Ｓｏｉｌ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｔｈｅ　Ｓｏｆｔ　Ｓｏｉｌ　Ｇｒｏｕｎｄ　ＬＩＵ　Ｔａｏｉ　ＹＵＡＮ　Ｍｉｎ２　（１．Ｊｉａｎｇｓｕ　ｄｏｎｇｎａｎ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｒｎｓａｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００１８　Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｎｊｉｎｇ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１１１８８．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｇｒｏｕｎｄ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｒｅａｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｂｙ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｗｅｒｅ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ｇｒｏｕｎｄ　１软土强夯法加固软基原理　的前提，而强夯则是动力固结和促进软土排水的手段。　在加荷的同时，随着软土中的水不断排出，软土含水量　不断减小，软土不断压密固结。加荷、排水是为固结服　务的，但固结又是在加荷和排水过程中完成的。　软土强夯法与现行规范的强夯法有本质的差别。　现行规范强夯法的原理是使土体结构完全破坏，然后　再触变固化或提高土的密实度。这种方法只适用于非　软土强夯法是针对软土的工程特性，综合排水固　结法与动力固结法（强夯法）而形成的一种加固软土地　基新技术。　软土强夯法的原理是，在软土中凭借人为设置的　竖向与水平向排水系统，以强夯动力在土中产生附加　应力，使粘性土产生水平向微裂缝，并给以充分的排水　时间，让土中超静压孔隙水得以排出，使土体逐渐固　结，有效应力逐步提高，土体强度逐渐增长，压缩性降　饱和土、大孔隙土、杂填土或透水性好的砂土，而不适　用于透水性差的饱和软土。因为软粘土的结构破坏后　即成为类流体，强度立即丧失，而且恢复极慢，所以规　范规定含水量大于塑限的粘土不能强夯。软土强夯法　则严格控制夯击的能量与速度，不使土的宏观结构发　低，从而达到加固的目的。软土强夯法加固软土地基必　须是排水和强夯动力两种方法并重。排水是动力固结　作者简介：刘涛，男．工程师，主要从事路基路面质量监督方面的　工作　生明显的破坏，至多仅在锤底周边产生局部的塑性区，　．６０．　对地基的整体强度不产生损坏性影响。随着排水固结　过程逐渐完成，地基的强度得到显著提高。　３．２地质条件　场地地基土分布自上而下可以分为七个大层：①　为填土；②：为粉质粘土夹粘质粉土；③，为淤泥质粉质　粘土；③　为淤泥质粉质粘土；⑤。为粉质粘土；⑥　、⑥　为粉质粘土；⑦。、⑦　为砂质粉土。各土层的物理力学　性质指标如表ｌ所示。　３＿３加固方案和施工参数　从１９９５年以来，软土强夯法在海南、珠海、深圳、　上海、江苏（昆山）等地应用于住宅建筑、公共建筑、工　业厂房、机场跑道、高速公路的软土地基加固工程，取　得了广泛的成功和丰富的设计、施工经验，所用工程都　取得了理想的工程效果。　２软土强夯法加固软土地基的工艺特点　１）开挖盲沟设集水井。纵向盲沟设于道路中心，沟　软土强夯法将排水固结和动力固结结合起来并加　以重大改进，应用于实际工程。其加固软土地基的工艺　特点是：　１）设置竖向排水通道（塑料排水板）、水平向排水　深２５￣５０ｃｍｉ横向盲沟以２５ｍ间距设置，沟深２５～　６０ｃｍ；集水井沿纵向盲沟每隔５０ｍ设１口，井底比盲　沟深５０ｃｍ以上。　２）铺设砂石垫层，厚度４０￣６０ｃｍ。　通道（砂石垫层）和抽排水系统（排水盲沟与集水井）。　２）科学的强夯工艺。根据地基土质条件确定夯击　能量、击数与遍数，采取由轻到重、少击多遍、循序渐进　３）插设塑料排水板，长度２０￣２５ｍ。　４）强夯４～５遍，每遍夯点布置、夯击能量、每点击　数、间歇时间不等。　第１遍：４５０ｋＮｍ　３．９ｍ￣３．４ｍ梅花形布点，每点　１击：　的施工工艺，以保护土体结构完整。　３）为保证动力排水固结过程的顺利完成，整个施　工过程必须采用信息化施工，随时掌握土中孔隙水压力　等变化的信息，以确定每遍夯击后的休止时间，以及调　整夯击工艺。总的原则是，每夯击一遍后，必须待超孔　第２遍：９００ｋＮｍ　４．５ｍｘ　３．９ｍ梅花形布点，每点　１～２击：　第３遍：１８００ｋＮｍ　５．２ｍｘ　４．５ｍ梅花形布点，每点　２～５击：　压完全消散，才可实施下一遍夯击。　４）施工工艺参数（排水板深度、间距，夯击能量、击　数、遍数，夯点间距，收锤标准等）均应通过现场试验与　试夯和施工经验确定，并应视现场实际情况随时修正　调整。　３软土强夯法加固桥坡软基工程应用　３．１工程概况　第４遍：２２５０￣２７００ｋＮｍ，５．２ｍｘ　４．５ｍ梅花形布　点，每点１～２击（桥头区Ａ区）；　第５遍：６００ｋＮｍ，２．９ｒｅｘ　２．５ｍ梅花形布点，每点　１击。　相邻两遍夯击之间的最短间歇时间：７～１５ｄ。　５）全场区推平，用压路机碾压。　加固桥坡总长１２０ｍ、路基底面宽４０ｍ、上宽３５ｍ。　桥台处的最大填土高度为４．０ｍ，纵向坡度０＿３１％。　本工程５遍强夯施工工期为２个月，填土路堤施工　工期为２个月，堆载预压３个月后进行路面结构施工。　表１　地基土物理力学性质指标表　土层编号　土层名称　层厚（ｍ）　含水量　（％）　液性指数ＩＬ　压缩系数０ｌ－２（ＭＰａ　）　压缩模量Ｅ　（ＭＰａ）　①　②　①　填土　粉质粘土夹粘质粉土　１．２　０－３　０＿２３　８．２６　③　③。　③　淤泥质粉质粘土　淤泥质粉质粘土　粉质粘土　暗绿色粉质粘土　草黄色粉质粘土　草黄色砂质粉土　灰色砂质粉土　８．０　５．３　６．７　１．０　２．Ｏ　２．５　１３．５　４３．４　４５．３　４４．５　２２盘　２２－２　３１．Ｏ　３０．０　１－３３　１＿３７　１．Ｏ２　０．４４　０．４４　Ｏ．８７　０．８８　Ｏ．７２　Ｏ．２７　２．５６　２．８０　３．０３　６．２５　⑤　⑥　⑤。　⑥　⑥　⑦　⑦　⑦　Ｏ－２６　Ｏ．２４　７－３６　８．０２　．６ｌ一　技术园地　４监测点布置　２　在整个施工过程中，对天然地面和地面下５ｍ、１０ｍ　｛　和１５ｍ深度内的土层变形进行跟踪监测，监测点布置　如图１所示。　△２　△４　Ａ６　Ａ８　１２口………呻１３　１６口……　却ｌ７　；Ａ９　ｌ　１△１０｛　１　ｌ　————￥ｌ４　ｌ５　———由ｌ８　Ａ区　Ｂ区　△１　△３　△５　△７　Ｏ分层沉降标△地面沉降点　图１监测点平面布置图　５沉降监测数据分析　５．１桥坡地基地面点沉降　最大地面沉降点沉降一时间关系曲线如图２所　示。同时根据现场钻探取土和室内土工试验得出的土　性指标进行估算，强夯联合堆载作用下桥坡地基最终　沉降量８１０ｍｍ。从图２可以得出，道路施工期间最大　沉降点的沉降量为７３５ｍｍ，占估算最终沉降的９０．７％。　由此可以看出，强夯加固后，经过３个月的堆载预　压，地基土近９０％以上的沉降都在道路施工期间内完　成。而经过计算分析，在同一地基土、在相同的堆载（塑　料排水板间距、深度相同）预压作用下，地基土要达到　９０％的固结度，需要至少５４０￣６００天的时间。所以，可　以肯定地说，桥坡地基经过强夯联合堆载处理后，其固　结过程完成是相当快的，完全可以满足规范规定的沉　降要求。　９—１６　１０．１６　１１．１５　１２　ｌ５　１．１４　２．】３　３．１５　４．１４　５．１４　６．１３　７　１３　￡　、　时闯　旨　‘。　一　ｌ、　数　、　＼　—’　●　图２最大地面沉降点沉降一时间关系曲线　５．２桥坡地基沉降速率　试验区地面最大沉降点测点的沉降速率与时间关　系曲线如图３所示。从图可以看出，强夯加固期间地基　土的沉降速率较大，第２遍强夯时地基土的沉降速率　为９．９３ｍｍ／ｄ：第３遍强夯时地基土的沉降速率为　．６２—　ｇ　ｌ　蜉　１６．６７ｍｍ／ｄ：第４遍强夯时地基土的沉降速率为　１２．５ｍｍ／ｄ　但在填筑土路堤期间，沉降速率明显减少为　３．３３ｍｍ／ｄ，并且随着时间很快趋于稳定。堆载３个月　后，沉降速率降至０．２７ｍｍ／ｄ。　由此可以看出，经过强夯对地基的加固，地基土在　填土荷载作用下沉降速率值较小（平均３．Ｏｍｍ／ｄ），并　且经过３个月预压后沉降趋于稳定。这是单纯堆载预　压作用所无法比拟的。这也充分体现了软土强夯处理　高填土软土地基在缩短施工工期方面的优势。　５－３地基土分层沉降分析　强夯地基分层沉降曲线如图４所示。根据强夯对　土体的影响程度，将有效加固范围内的土体细分为硬壳　层（深度０～４ｍ）、压密层（深度４～９ｍ）、影响层（深度　９￣１９ｍ　ｏ通过现场分层沉降实测数据可知，有效加固　区范围内土层的压缩量占地基土实测地基总沉降量的　７４．４％，其中硬壳层和压密层分别占１９．９％和１２．６％。而　理论计算可得，地基土在单纯路堤堆载作用下，１９ｍ深　度内土体的压缩量仅占预估最终沉降量的５１．７％，即一　半以上的沉降量都发生在深厚下卧层⑨。，并且在与硬　壳层和压密层相当范围内土体压缩量所占的百分数很　小（１４％￣Ｉ３　６％ｏ由此可以看出，强夯作用后与单纯堆载　作用下各层地基土沉降规律发生了根本性的变化。在强　夯作用下，地基土的沉降主要发生在浅层，尤其是硬壳　层和压密层范围内的地基土的沉降占了很大比重。　沉降（ｒａｍ）　Ｏ　一５　桓　瓣．１Ｏ　・１５　２０　图４桥坡地基分层沉降曲线　６加固效果检测　６．１轻便动力触探　０　４　３　４　２．８　击数Ｎ　１０　２０　３Ｏ　４０　５０　６０　７Ｏ　８０　９Ｏ　ｌｏ０　１１０　桥坡软土地基强夯前后轻便　动力触探对比曲线如图５所示。从　＋天然　地基　２．２　—１　６　ｌ　—■一Ｂ区　图中可以看出，浅层土性加固比较　簇　—０、４　０．２　Ｏ．８　１．４　—●ｒ—Ａ隧　明显。对淤泥质土③　层而言，强夯　加固前，平均击数为３２击；强夯加　固后，Ａ区平均击数为７９击，Ｂ区　．．２　。一Ｈ关系曲线　图５　强夯结束后轻便动力触探Ｎ，平均击数为４８击，分别提高了２．４５倍和１．５０倍。　６．２土性指标改善　内和堆载半年内）完成：并且强夯后，软土地基的沉降　速率显著减小，且很快趋于稳定，从而使得剩余沉降在　通车前可以大部分完成，使工后沉降大为减少。　③在不破坏土体结构条件下，使浅层土（硬壳层）　迅速固结、压密，提高了土体强度，确保了堆载稳定性，　可加快路堤填筑速度。　强夯前后土样的物理力学指标如表２所示，试验　区１９ｍ深度范围内土的指标比夯前都有所改善。软土　地基主要压缩层——淤泥质粘土⑧　层的压缩模量平　均值从夯前的２．７４ＭＰａ增大到３．７３ＭＰａ，提高了３６％；　③２层从８．１６ＭＰａ提高至１７．１ＭＰａ，提高了１１０％；③３　层的压缩模量平均值从夯前的２．３７ＭＰａ增大到　３．０６ＭＰａ，提高了２２．５％。　７结　语　④强夯与堆载联合，可促使深层土体固结快速完　成，提高排水效果，加快施工速度。　３）根据现场检测和室内土工试验结果，在天然地　面以下１９ｍ深度范围内，在强夯作用下，地基土的物　理力学指标有所提高。　４）软土强夯法对于高速公路高路堤软土地基加固时　１）软土强夯法被证明是符合软土特性的科学有效　的软土地基加固方法。　本实验所用施工参数基本合理，均未造成软粘土　地基结构损坏，同时大大加速了土体固结过程，使有效　加固深度范围内，土体的压缩性显著改善，土体的强度　有一定增长。　２）软土强夯加固软土地基过程中，强夯作用主要　体现在以下几个方面：　间短、费用低、效果明显，具有很好的应用前景和价值。　参考文献　［１］Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ　Ｏ．Ｃ．，Ｓｈｉｏｍｉ　Ｔ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｐｏｒｏｕｓ　ｍｅｄｉａ，ｔｈｅ　Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｂｉｏｔ　Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔ　Ｊ　Ｎｕｍｂｅｒ　Ａｎａｌ　Ｍｅｔｈ　ｉｎ　Ｇｅｏｍｅｔｈ，１９８４．　①形成厚度约９ｍ的压密层（硬壳层＋密实层）。　这一方面改善了土体的不均匀性，有助于减少竣工后　路面的差异沉降：另一方面，压密层的存在，对堆载作　用在地基土中产生的附加应力起到了扩散作用，从而　减少了软弱下卧层的应力和变形。　②浅层土（９ｍ以上）大部分固结压缩在短期（夯期　［２】李明彰，冯遗兴，冯强．软基处理中孔隙水压力变化规律与分析［Ｊ】．　岩土工程学报，１９９７，（０６）．　［３】郑颖人，李学志，陆新，等．强夯加固软粘土地基的理论与工艺研　究［Ｊ］．岩土工程学报，２０００，（Ｏ１）．　［４】龚晓南，等．高速公路软弱地基处理理论与实践（Ｍ】．上海：上海大　学出版社，１９９８．　表２强夯前后土工指标比较表　土层　含水量ｆ％）　夯前　夯后　夯前　Ｌ隙比　夯后　压缩模量（ＭＰａ）　夯前　夯后　粘聚力（ｋＰａ）　夯前　夯后　③　４６．２　３９．５　１－２５　１．０９　２．７４　３．７３　９．５　１１．０　③　③　⑤．　３６．２　４０．８　４４．５　３０－４　３８．６　４０．５　０．９２　１－２Ｏ　１＿２６　０．８７　１．１Ｏ　１．１８　８．１６　２．３７　３．０３　１７．１　３．Ｏ６　３．０７　４．Ｏ　９．２５　１３．５　９．５　１０＿３　１４．０　．６３．