降水強夯加固軟土地基的質量控制參數研究

張欽

（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，四川成都 610000）

0 引言

降水強夯法常用來處理位于江河湖泊灘涂的軟弱地基，針對含水量較大的特點，結合降水與強夯措施，提高地基的強度，增強密實度，改善地基承載力。

原位試驗是在現場進行試驗，不擾動前提下對處理后的土層結構直接進行測試，獲得土層的物理力學指標。具有操作簡潔、更直觀、無需取樣、成果易于監控的特點，能更客觀反映處理效果。

降水強夯施工完成后，規范要求必須進行原位測試，用來評價地基承載力。針對此目的，不同原位檢測手段得出的結論存在差異。究其原因，一是原位測試數據質量存疑；二是區域地基土經驗數據不可靠。

某項目中，采用標貫擊數與比貫入阻力值評價地基承載力參數時結論存在差別。對區域性場地，確定不同類原位測試參數之間的經驗關系，探尋評價結論差異原因，對評價檢測結果的可靠性至關重要。

1 研究現狀及方向

國內學者對強夯后地基土檢測參數做了大量研究，張紅[1]等以地基承載力為分析對象，在考證現場檢測參數經驗關系后，提出適合區域場地地基承載力評判的經驗公式。卞龍[2]等在分析各類檢測手段對強夯效果的評價能力后，對各種試驗結果進行了綜合對比分析，并強調指標提高幅度來評價強夯效果較為合理。提出建立平板載荷試驗、標準貫入試驗與其他間接檢測方法結果的對照關系，相較規范表格更可靠。

曾慶軍[3]等通過對地基承載力作經驗統計回歸分析，得出強夯后地基承載力是單夯擊能和點夯擊數的函數。通過系列經驗關系，可以建立相對密度與地基承載力之間的對應關系，為強夯設計提供依據手段。

孔令偉[4]等通過建立夯沉量與變形模量的關系曲線，運用單值反分析法，依據達到夯實效果時的單擊夯沉量來確定地基土變形模量。根據平板載荷試驗中變形模量與相對沉降的關系式，結合無粘性土p-s曲線無明顯拐點的特點，按相對沉降確定地基容許承載力值。以此技術路線，文章對諸多公開發表的工程實例實測數據進行反分析，計算值與實測值相差較小，為改進強夯設計方案提供了一種新的分析途徑。

本文以漢江平原地區某真空降水-強夯處理項目為依托，在場地強夯處理后現場原位試驗的基礎上，依據工后靜力觸探（CPT）、標準貫入(SPT)的數據樣本，針對江漢平原地區砂質粉土和粉質黏土的地質特征，按對應土層總結第二類原位測試參數之間的橫向關系，以供同類項目參考。

2 淺層平板載荷試驗和地基承載力

江漢平原地區地下水位高，淺層多為砂質粉土層和粉質黏土層，其工程特性為地下水位高，粉粘土含砂量高，或加砂層嚴重。地基處理多采用降水強夯或復合地基的形式提高場地土地基承載力，真空降水-強夯對場地地基土處理后，進行淺層平板載荷試驗，根據試驗數據確定地基的承載力。

原位試驗得到的地基承載力參數需要結合當地的經驗數據、基礎形式，才能確定合理的推薦值。地質工程手冊（第四版）[5]中給出各個地區的地基承載力經驗值，并給出設計值的修正確定方式。

地基承載力推薦值首要考慮淺層平板載荷試驗的結果。但第二類原位檢測試驗（SPT、CPT）通過區域經驗公式得到的地基承載力推薦值往往存在較大偏差。一般情況下，依據淺層平板載荷試驗得到場地地基承載力滿足設計要求，而根據規范提供的對照表格或經驗關系確定的承載力推薦值卻比設計要求值低，這給現場施工質量評價工作帶來一定影響。從控制施工質量角度出發，如何篩選第二類原位測試數據作為地基承載力的參考至關重要。

針對地基承載力確定強夯施工處理效果的評價手段，對現場原位檢測數據進行橫向分析，用來篩選及評價現場原位試驗數據，評價原位檢測數據可靠度。

3 靜力觸探與標貫試驗參數之間關系

3.1 標貫擊數與錐尖阻力關系

某項目現場布置4個試驗區，每個試驗區之間的區別在于現場回填料的差異，以及真空降水工藝和強夯夯擊能與夯點布置不同。工后處理效果檢測采用了靜力觸探（CPT）與標準貫入試驗（SPT），均屬于第二類原位測試方法。此兩種方式均不能直接確定場地土的地基承載力與變形模量，只能采用經驗公式或對照表格取經驗值。以地基承載力判別為聯系，建立靜力觸探比貫入阻力與標貫擊數之間的關系。

根據《建筑地基檢測技術規范》（JGJ340—2015）[6]中提供的經驗關系式，用比貫入阻力標準值可計算地基土承載力特征值。即：

式中ps為比貫入阻力，當采用錐尖阻力qc時，取為1.1qc。根據《建筑地基檢測技術規范》（JGJ340—2015）[6]中表7.4.8-2和表7.4.8-3，選取相應的標貫擊數與承載力特征值數據對，通過插值方式從標貫擊數得到承載力特征值。從式（1）和式（2）反算出對應比貫入阻力，建立標貫擊數與比貫入阻力數據對。數據對離散點與擬合qc-N關系如圖1、圖2所示。

圖1 qc-N關系式圖（粉土）

圖2 qc-N關系式圖（黏性土）

采用線性擬合，得到上述關系式的線性表達式分別如下。

以此關系為依據，可對現場實際測試得到的標貫擊數和靜力觸探數據進行橫向評估、甄別和校正。

3.2 現場原位試驗數據對比分析

此四個試驗區土層分布基本上相似，表層種植土清表后填筑1.0 m左右山皮石或砂料，下部為2.0～3.0 m厚的砂紙粉土，在原地表以下4.5 m深度左右存在約1.0 m厚的硬塑黏土夾層，再往下是粉質黏土層。這里我們不對比分析工前工后的錐尖阻力qc提高幅度，僅從工后試驗值預估場地承載力度特征值。四個試驗區靜力觸探和標準貫入值的分層統計如表表1、表2所示。

表1 原位測試錐尖阻力qc（MPa）統計表

表2 標準貫入錘擊數（N’）統計表

將表中的數值定位在qc-N坐標平面中，同時與式（1）和式（2）進行對比，現場實測標貫擊數與比貫入阻力見圖3、圖4。

圖3 實測粉土標貫擊數與比貫入阻力

圖4 實測黏性土標貫擊數與比貫入阻力

從圖3中可以看出，現場大部分測試數據點位于規范經驗關系式附近，離散度較小。僅少量幾個點離關系式較遠，存在標貫擊數測試值較經驗關系式偏大的情況。經仔細分析，離經驗關系式稍遠的點標貫深度均大于4.0 m，位于地下水位以下。因地下水影響，標貫擊數因此會提高，而偏離規范提供經驗關系。另外，標貫試驗是人工操作，導桿不垂直、提錘高度不夠這些常見現場操作弊端也能造成標貫擊數偏大的結果。

與圖3中存在問題相似，圖4中標貫擊數相較比貫入阻力偏大太多。存在相同標貫擊數（8擊），對應不同比貫入阻力的情況。靜力觸探試驗（CPT）是自動化采集，影響測試結果的唯一人為控制因素為貫入速率（比貫入阻力上浮5%～10%）。為了提高工作效率，操作工往往會加快貫入速率（大于規范1.2 m/min）。無論如何，相對于標貫試驗，靜力觸探結果穩定得多?；诖?，推薦深部強夯效果評價還是依賴靜力觸探試驗。

4 強夯地基檢測參數

《建筑地基基礎設計規范》GB50007—2002條文說明中明確指出：“用經驗關系或經驗公式，諸如標準貫入、靜力觸探以及旁壓儀等”作為“第二類原位測試方法確定地基承載力時，必須有相當數量的、直接對比的載荷試驗為依據”。

根據試驗區工后靜力觸探、標準貫入試驗的結果，來推斷地基承載力并不是非?？煽俊５鶎嶋H項目中存在此類需求，所以建立區域化檢測參數之間的關系，對同類工程有很好的借鑒作用。從上述簡單分析中可以得出：

1）采用第二類原位測試方法（CPT、SPT）推斷地基承載力時，依據現場測試標貫擊數與比貫入阻力的判定得到的結論存在偏差，通過規范及權威經驗確定的qc-N關系式進行甄別，認為標貫擊數現場測試偏大，該項目依賴比貫入阻力結果判定較合理；

2）為客觀評價標貫擊數與比貫入阻力可靠性，可以建立可靠度判定指標。即現場測試值坐標點與理論關系直線的偏離度。

式中N理論和qc理論分別表示理論關系線上的對應標貫擊數與錐尖阻力值。根據檢測重要性不同可以將ξ控制在0.1或0.05對測試值進行篩選。積累一定數量局部區域檢測數據后，可以確定適用于本區域的偏離度值，用來評價檢測參數現場測試質量。

5 結語

本文從地基承載力與錐尖阻力經驗關系以及標貫擊數確定地基承載力的推薦值，建立原位檢測比貫入阻力與標貫擊數之間的經驗關系。對現場測試得到的檢測值，對比經驗關系，甄別現場實測值優劣，給地基處理檢測參數提供參考。為客觀有效控制施工質量，對施工現場提出指導性意見，可得出如下結論：

1）淺層平板載荷試驗嚴格用來確定地基承載力施工后是否滿足設計要求，其他原位測試數據只能用作輔助判別；

2）根據該項目中標貫擊數與錐尖阻力的參數重要性，將式（5）中偏離度參數ξ確定為0.1，來篩選現場測試值，較為合理；

3）在偏離度參數ξ基礎上，根據項目條件確定的ξ值，可以在理論經驗關系式（1）和式（2）上下建立帶狀區域（二維坐標中線性關系式）。檢測數據點分布在此區域的可以作為評價依據，溢出此帶狀區域視為無效數據，不納入評價。