基于静力触探的强夯-降水联合加固软土地基沉降试验

基于静力触探的强夯-降水联合加固软土地基沉降试验

陈臻保

（中交第二航务工程局有限公司）

摘要：由于集装箱堆场对于地基承载力的要求较高，为例保证施工区域的工程质量，本文以埃及阿布基尔集装箱码头项目为例，对该项目中的软土地基采用强夯-降水联合加固技术进行处理，并通过静力触探试验对该区域的软土地基进行沉降测试。通过低应变动力检测和固结沉降量的计算，证明了强夯-降水联合加固软土地基产生的沉降量与强夯深度呈正相关，且夯击能越大地基沉降量越大。

关键词：静力触探；软土地基；地基沉降；夯击能

1 引言

目前对于加固软土地基的处理方式有很多，一般可以通过真空预压法对地基的土体进行施压，通过检测回弹的压力从而得到软土地基的土体性质。但是该方法也存在着一定的弊端，例如施工步骤较为繁琐，会严重延长工期，导致整体的施工进度会受到影响。同时真空预压法涉及到对地基断面空气的抽取，需要用到抽真空的专门器械，其施工成本也较高，无法满足目前对于软土地基的施工需求。还有普遍采用的桩基础法，即通过在地基内部安插桩体，从而对地基进行固定，提高地基的整体承载力以及负荷能力[2]。虽然该方法具有操作步骤简单、施工效率高、施工方法灵活多样等优点，可以根据不同施工方案的具体需求，随意更改桩体的加固长度，施工的可控性较强。但是该方法容易受地形等客观因素的限制，可能会影响施工后期地基的沉降情况。强夯法的工作原理是将起重机械中8到20吨的夯锤起吊到6到40米的高度后落下，对地基进行强大的冲击能量的夯击操作。而将强夯法与降水联合进行吹填土地基加固处理，能够充分发挥强夯和井点降水的技术优势，利用井点降水来加速强夯产生的超孔隙水压力的消散和孔隙水的排出，提高软土地基的加固效果[3]。

因此，本文以埃及阿布基尔集装箱码头项目为例，对该项目中的软土地基，采用强夯-降水联合加固技术进行处理，并通过静力触探试验对该区域的软土地基进行沉降测试。

2 基于静力触探的强夯-降水联合加固软土地基沉降试验

2.1工程概况

埃及阿布基尔集装箱码头项目位于埃及亚历山大以东30km的阿布基尔港，阿布基尔集装箱码头主要包括钢管与钢板组合桩单锚型结构码头、调头圆及航道疏浚、吹填（地基处理）、护岸、防波堤、道路堆场、运营所需房建单体及其他照明、水电、通讯等配套设施。其具体建设规模为：1200米钢管板桩码头，约1400万方疏浚及1050万方吹填，78.3万m2地基处理、地下管网、道路堆场，房建及相关配套设施，5205米护岸，1064m防波堤，以及航道与防波堤上的导助航设施等。项目现场西侧部分区域为早期其他疏浚单位吹填后烂尾形成的陆域，东侧大部分区域为未来待吹填的海域，水深大概为-1m~-5m。所在地风浪条件差，水上施工环境恶劣，防波堤施工及护岸施工推进困难；由于西侧现有陆域区域的吹填及疏浚管排水口处的含泥量较大，后期地基处理难度大，未来固结沉降量大，此区域面积约30000平米，经多方比对决定采用“强夯-降水联合加固处理”的方法进行地基处理。

2.2 强夯-降水联合加固处理

项目码头桩基采用陆域沉桩的施工工艺，进场后首先吹填形成码头施工的陆域工作面。计划从现有海岸线往东逐步吹填推进，优先形成前600m总宽度为30m+30m+15m=75m码头施工平台。施工平台移交后，启动码头区域地基处理，尽快提供码头主体结构施工工作面；同时对“已吹填区域”进行普通强夯地基处理，针对目前“西侧已吹填区域”的区域及疏浚管排水口处进行强夯-降水联合加固处理，以上两个区域的细颗粒含量均大于10%，下文统一以“不合格料区域”对该区域进行命名。

地基处理施工：不合格料区域采用井点降水+点夯+普夯组合处理形式。强夯的点夯能量为3500KN.m，间距按照6m×6m布置；满夯两遍采用1500KN.m，每点不少于2击，夯一遍，夯印要求搭接1/4面积。降水井水位需低至起夯面至少3米以下，设置降水井深度为6米，水泵的埋设深度不小于5米，井与井之间的间距为5m×5m，待降排水2天之后移除降水井后，并进行强夯作业。

2.3基于静力触探的地基沉降试验

静力触探实验方法主要是通过将带有传感器的探头插入地基土体中，根据探头反馈的相关数据来获取土体的化学性质等基本信息。将探头匀速垂直压入土中，设贯入速率为1.2m/min，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力进行有效记录，实现对强夯操作的试验监测。

为提高试验结果的可靠性，先对地基地下水分进行抽干，减少地基的含水量，并采用碎石土进行混合填充，提高地基的稳定程度，使其能够支撑工程设备开展试验工作[4]。

对强夯-降水联合加固软地基进行初步的沉降估算，若地基的沉降标准不满足试验标准，即地基承载力特征值不满足160kPa，则需对其进行加固处理。对额外需要加固的区域，将地面1-1.5m 的地基土更换为级配颗粒料，将地基中端更换为轻质粘土，提高软地基的弹性形变能力，调制完成后的试验地基土体静力触探情况如下图所示。

图1试验地基土体静力触探情况

为研究强夯-降水联合加固软土地基的沉降情况，开展静力触探试验，在试验地基的两层断面进行监测。监测的具体指标包括地基土压力、地基弹性形变能力、地基孔隙水体压力、沉降情况等。其中，采用土地压力盒进行地基土压力的检测，在两层断面中间放置孔隙水体压力计，用于读取水体压力的数值。在地基断面的最下层安装分层沉降计以及沉降板，用于检测强夯-降水联合加固软土地基的沉降情况[5]。

2.3.1 低应变动力检测

为了对强夯-降水联合加固软土地基的沉降情况进行分析，首先需要采用静力触探法对土体的低应变力进行检测，具体检测步骤如下。

首先需要对强夯-降水联合加固软土地基的土层进行检测，明确土层的组成部分。经红外扫描可得到土层的基本构成主要包括两个部分。第一部分是新回填材料，例如粗粒土和砂质颗粒土等土体；第二部分是地基的原始土体，主要以轻质粘土或者粉土为主，平均厚度在10.5m左右。由于新回填材料与地基的原始土体的性质差距较大，所以可以通过CPT端组来对分层截面进行分析。通过对比新回填材料与原始土体的标高之间的差值，即可对分层截面产生的沉降值进行计算。

在计算出分层截面的标高差值后，即可通过弹性波测试对该区域软土地基的沉降情况进行测试。具体的低应变检测曲线如下图所示。

图2 低应变检测曲线

根据上述检测曲线可以看出，曲线的整体波速较为均匀，且没有出现较大的起伏波动，说明该区域软土地基加固效果良好，能够为地基的沉降计算提供保障。

2.3.2 固结沉降计算

为了对地基的沉降情况进行掌握，需要计算出地基固结沉降量。假设软土地基在进行强夯时并没有发生变形，即可采用分层计算法对固结沉降量进行计算具体计算步骤如下。

首先在密封状态下，强夯-降水联合加固软土地基的固结沉降量主要由负压渗流场决定，具体计算公式如下。

              （1）

其中，代表在负压渗流场作用下的强夯-降水联合加固软土地基的固结沉降量。代表土层个数为i时该层受到的等向附加应力，代表等向压缩应力大小，代表土层的平均负压。

除负压渗流场外，在对地基进行试验的过程中，由于强夯力量较大，导致地下水位也会受到影响，从而产生对应的沉降量，具体计算公式如下。

             （2）

其中，代表由地下水位上升产生的固结沉降量，代表地下水位深度，代表沉降修正系数。则密闭状态下强夯-降水联合加固软土地基总沉降的计算公式如下。

           （3）

其中，代表总沉降量，代表地基在堆载作用下产生的瞬时沉降量，一般与地基的具体荷载状况相关，可根据现场的检测结果进行取值。

假设在荷载作用下，强夯-降水联合加固软土地基的沉降量与时间的变化规律符合数学关系，可以采用曲线拟合的方法对沉降量曲线进行表达。则双曲线沉降变化表达式如下。

            （4）

其中，代表t时刻下产生的瞬时沉降量，代表双曲线起点a处产生的沉降量，代表沉降系数。上式可以转化为直线方程，具体方程表达式如下，可以通过最小二乘法对沉降系数进行计算。

           （5）

根据上述步骤即可计算出沉降系数的值，将该值代入（4）式，即可得到强夯-降水联合软土地基的最终沉降量，将该沉降量进行统计，即可得到本次实验的结果。

3 试验结果分析

强夯与降水联合的软土地基加固方法，能够通过较大的力量使土体产生塑性变形，使土颗粒发生错动和剪切促进土体向更密实的状态变化，因此，选择不同的夯击能进行试验，验证地基沉降与强夯深度的关系。强夯深度与地面沉降关系曲线如图3所示。

图3 强夯深度与地面沉降关系曲线

根据上述试验结果可以看出，强夯-降水联合加固软土地基产生的沉降量与强夯深度呈正相关，且不同夯击能下的地基沉降变化也存在差异。

随着夯击能的增加，地基的沉降量也在逐渐增加。在2000KN•m夯击能条件下，地基的最大沉降量为88cm，在3000KN•m夯击能条件下，地基的最大沉降量为115cm，在4000KN•m夯击能条件下，地基的最大沉降量为128cm，在6000KN•m夯击能条件下，地基的最大沉降量为165cm。夯击能越大，强夯深度越大，地基的沉降也越大。说明通过强夯与降水联合的软土地基加固方法，可以使该区域的土体更加密实，为施工质量提供良好的保障。

4 结论

通过本文所提出的基于静力触探的强夯-降水联合加固软土地基沉降试验能够说明，强夯-降水联合加固软土地基技术可有效的为沿海地区工程建设中吹填土等松软地基的加固提供较好的技术支持，通过低应变动力检测以及沉降量计算来得到该区域地基沉降情况，为降水联合加固软土地基的施工与设计提供依据。

参考文献

[1] 胡富贵.基于孔压静力触探数据计算地基土的物性参数[J].湖南交通科技,2022,48(03):1-7.

[2]  赵岩松.静力触探法检测水泥搅拌桩损伤机理研究[J].东北水利水电,2022,40(09):35-37+61+72.

[3]  栾尧正,杨泽讯,王佳俊.基于静力触探试验的数值模拟研究[J].工程机械与维修,2022(05):218-220.

[4]  曾龙.关于利用静力触探法计算桩基承载力以优化桩基方案的探讨[J].安徽建筑,2022,29(07):116-117.

[5] 谭本兴,张国超,余颂.基于双桥静力触探试验的海太过江通道岩土空间变异性评价[J].土工基础,2022,36(03):475-480.

[6] 曾龙.关于利用静力触探法计算桩基承载力以优化桩基方案的探讨[J].安徽建筑,2022,29(07):116-117.