堆载预压联合强夯法是近些年出现的一种加固软土地基的联合处理方法,该方法将堆载预压和强夯两种方法进行结合,以堆载预压为先行处理方法,使软土地基达到一定固结度时采用强夯法进行加固,不仅具有造价低、施工简单的优势,而且加固效果良好,在国内部分工程中得到了应用。单就两种方法来说,加固机理相对较为成熟,且工程应用数量众多,但二者联合处理软土地基的设计方法和加固机理尚处于研究阶段,设计理论远落后于工程实践,尤其是联合处理方法的设计参数取值对加固效果的影响规律较为复杂,因此针对该方法进行系统研究,给出较为合理的设计方案和参数取值就显得十分必要。本文以堆载预压联合强夯加固软土地基的实际工程为背景,开展现场试验和室内土工试验研究,同时结合数值模拟和GPR模型预测方法,全面分析该方法加固软土地基的机理、设计参数的合理取值范围及处理效果,为该方法的理论研究和方案的优化设计提供依据。本文主要工作内容及所得结论如下:1.根据实际工程情况和地基处理方案设计了堆载预压联合强夯处理软土地基的试验方案,为全面测试不同阶段软土地基处理后物理力学指标奠定基础。具体内容如下:(1)设计了堆载预压阶段试验方案。在堆载预压阶段进行地面沉降、分层沉降、孔隙水压力监测,在堆载预压后淤泥质土层平均固结度达到0.8和0.9时分别进行物理力学指标的室内土工试验测定,在现场进行标准贯入试验、十字板剪切和静力触探原位测试,分析处理效果。(2)设计了强夯阶段试验方案。在平均固结度为0.8和0.9时分别选择试验区域进行强夯试验,强夯试验参数分别为:U _t(28)8.0时,单击夯击能包括2000kN.m、2200 kN.m、2400 kN.m,单点击数为5击,遍数为2遍;U_t(28)9.0时,单击夯击能包括2000kN.m、2200 kN.m、2400 kN.m,单点击数为5击,另外夯击能为2400kN.m,单点击数为6击和7击,遍数均为2遍。强夯过程中,监测单点强夯每击夯沉量和淤泥质土层中孔隙水压力。强夯结束后,根据超静孔隙水压力消散情况进行室内土工试验测试,包括密度、含水量、液塑限联合测定等,现场原位测试包括十字板剪切和静力触探。2.根据设计的试验方案在地基处理各个阶段进行现场和室内相关试验的测试工作,通过测试数据的分析,给出软土地基承载性状变化规律并确定地基处理设计重要参数的取值范围,具体研究结论如下:(1)堆载预压期间塑料排水板的插入明显增加了淤泥质土层的排水固结速度,监测点最大沉降量712.6mm,最小沉降量482.6mm,平均沉降量577.6mm,堆载预压处理能够有效的降低工后沉降,提高地基土的稳定性和承载力。固结沉降随时间发展规律有三段式和两段式两种曲线类型,分析产生该变化规律主要原因是由于现场地质条件有所不同导致。(2)淤泥质土层深度范围内的分层沉降值较大,最上部分层沉降值118.5mm,最下部为13.5mm,淤泥质土层上部4m范围内分层沉降量的数值较大,从监测结果来看,排水固结较为显著,该范围内土层物理力学性质指标改善最为明显。(3)根据8组强夯试验的监测结果分析可知,淤泥质土层平均固结度为0.8和0.9时,在强夯后距离地表9m范围内(即淤泥质土层上部4m范围内)超静孔隙水压力增长均较为明显,空间分布大致为泡状;强夯加固所选取的夯击能并非越大越好,夯击能到达一定数值后再增加夯击能对超孔压的影响不大,且前期堆载预压淤泥质土所达到的固结度越小,该规律越明显;测试结果表明,当固结度达到0.8以上时,强夯施工的影响深度能够满足工程加固深度的要求,且本场地夯点间距取值合理范围为6m-8m。(4)在E(28)2400k N?m的条件下,淤泥质土层中的超静孔隙水压力随击数增大而增大,但当夯击击数超过5击时,通过夯沉量随击数的变化曲线可知,夯点下地基土均出现破坏,导致夯沉量突增,因此淤泥质土中的超静孔隙水压力增长幅度也不再明显。在实际工程中,需要根据现场地质条件通过试验确定合理的单点夯击击数才能使土层加固效果达到最优。(5)本工程场地条件下,U_t(28)9.0,E(28)2400k N?m,夯击击数为5击时,不同深度处的超静孔隙水压力在第11天后消散比均达到50%以上,尤其淤泥质土上部4m范围内消散程度更高,达到70%以上,根据超静孔隙水压力消散情况可以合理安排后期第二遍夯击施工时间。(6)室内土工试验测试指标和现场原位试验指标随强夯试验参数不同呈规律性变化。各个指标的测试结果表明,总体来看夯击能、夯击击数的增加可以明显改善淤泥质土的处理效果,但同时在夯击能较大时,夯击击数过多可能会使夯击点处的土体产生破坏,此时再增加击数不仅没有显著效果还可能使处理效果变差。(7)综合测试结果分析可知,对于本工程来说,当U_t?8.0时,选取合理的夯击能和击数对地基土进行强夯处理后,在超孔压完全消散后,淤泥质土层的压缩模量和地基承载力特征值是完全能够满足工程要求的。3.考虑不同处理阶段软土地基物理力学参数的变化,建立了堆载预压联合强夯加固软土地基的数值分析模型,通过实测和模拟结果的对比分析验证了模型的可行性,进一步分析了不同参数条件下软土地基处理效果以及主要物理力学性质指标随设计参数的变化规律,具体研究结论如下:(1)数值分析结果表明,在堆载预压阶段,淤泥质土层设置了塑料排水板后,排水固结主要沿水平向和竖向进行,塑料排水板的设置显著加快了排水固结速度,随着排水固结的不断进行,淤泥质土层越靠上部,超静孔隙水压力消散程度越高。排水固结的同时土体产生固结沉降,固结沉降模拟值与实测值相比误差为6.37%。淤泥质土层的分层沉降值与实测值基本一致,模拟结果表明所建立的模型计算精度较高。(2)根据不同固结度状态下淤泥质土层超静孔隙水压力沿深度的变化曲线可知,虽然超静孔隙水压力值在淤泥质土层上部最大,但消散速度也是越靠近上部越快,因此在排水固结后期,超孔压值随深度增加而增大,但总体数值都较初始状态减小很多。(3)利用基于结构动力学的改进公式计算出夯锤与地表最大接触应力,根据冲击荷载的脉冲形式,在动力数值分析时将强夯冲击荷载简化为半个正弦波施加于土层表面来模拟强夯的荷载施加。经过计算得出强夯荷载下夯锤接触面处的应力时程曲线,曲线发展规律与工程实测规律相同,证明动力荷载施加的合理性。(4)强夯荷载施加后,淤泥质土层中超静孔隙水压力在上部出现急剧增大,且随击数增加不断升高。从淤泥质土层中超静孔隙水压力等值线图以及沿深度和水平方向分布规律可以得出强夯有效加固深度大致在8m-9m范围内,该范围基本上包括了淤泥质土层上部4m范围,结果表明所采用的夯击能的加固深度可以满足工程要求。此外,不同击数下条件下,水平方向上超静孔隙水压力的影响范围达到3m以上,据此可以合理选择施工夯点间距。(5)在验证模型正确性的前提下,对不同条件下的模型分别进行计算分析。结果表明,随着堆载预压后所达到的固结度的逐渐增大,对应相同夯击能条件下,相同击数时,夯沉量呈减小趋势;当夯击能一定时,夯沉量并非随击数增加而不断减小,当击数达到一定值后,再继续夯击会使土层产生破坏,夯沉量将继续增大,并且通过模拟结果来看,淤泥质土层的固结度越低对应土体破坏时击数越少;此外对于淤泥质土层来说,由于其抗剪强度较低,在一定夯击能作用下,夯沉量可能并没有明显的收敛趋势,在实际工程中不能按照常规单击夯沉量来作为收锤标准的控制值;淤泥质土层固结度越高,强夯夯击能传递深度越大,根据数值模拟结果,至少固结度达到0.7以上才能取得较好强夯加固效果;上层覆盖层的模量对强夯效果有显著影响,当模量较大时,覆盖层对夯击能有扩散作用,导致影响半径增加而影响深度减小,因此需要适当增大单点夯击能来加大影响深度;采用强夯法对淤泥质土层进行加固时,并不是选取的夯击能越大产生的超静孔隙水压力越大,而是要结合现场实际条件选取适宜的夯击能来达到理想的超静孔隙水压力。4.将高斯过程回归模型(GPR)引入到软土地基压缩模量和地基承载力特征值预测中,根据设计主要参数和试验测试成果建立数据样本,主要参数作为输入样本,加固后软土地基的压缩模量和地基承载力特征值作为输出样本,对模型进行训练,在达到精度后进行预测,并将预测结果与BP神经网络和LS-SVM方法进行对比分析,具体内容和结论如下:(1)GPR模型预测处理后淤泥质土的压缩模量和地基承载力特征值精度较高,均优于BP神经网络和LS-SVM方法预测结果,结果表明GPR模型在小样本数据条件下进行预测具有明显优势。(2)利用GPR模型开展不同参数条件下压缩模量和地基承载力特征值的预测,将预测结果与实测结果相结合,分析参数变化对地基处理效果的影响规律。结果表明,随着堆载预压阶段固结度的提高,尤其是当固结度大于0.8以后,淤泥质土层在强夯后压缩模量和地基承载力特征值增加速度加快,说明随着固结度增大,强夯对淤泥质土层的加固效果也逐渐变好;夯击能在不断增加过程中压缩模量和地基承载力特征值也呈现逐渐增大的规律,在实际工程中,根据地基处理要求来选择合理的夯击能即可,过大夯击能不仅造成浪费还有可能使土体产生破坏而适得其反;随着夯击击数的增加压缩模量和地基承载力特征值也呈逐渐增大的趋势,根据地基承载力特征值随击数的曲线可知,在击数6击后特征值增长幅度较小,因此在大面积施工时采用5击是较为合理的。
【学位单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU472.3
【部分图文】：
原位剪切强度贯入阻力值夯沉量标贯击数孔隙水压力根据施工组织设计建立堆载预压将高斯过程引入堆载预压联合强孔隙水压力标贯击数分层沉降量贯入阻力值原位剪切强度测试成果整理分析测试成果整理分析分析预压和强夯两个阶段处理效果的内在联系，研究互相影响规律。
而后将两种方法的设计参数的优势。理机理较为简单，实质上就是利用有效应超静孔隙水压力，使土中水沿着土体孔隙水压力逐渐减小，土体被逐渐压密随高，工后沉降明显降低。固结速度，在实际工程中常用的方法就载预压过程中，主要是根据软土地基的平均固结度计算时统一采用砂井地基板，需要按照换算公式计算出等效的当沙基固结理论和巴伦固结理论为基础[1面排水为前提，计算模型上部施加瞬时
27图 2.2 场地分区布置示Fig.2.2 Sketch map of the 场地工程地质条件地位于沿海区域，为人工填海造地，场地示，图 2.2 中'10 10处地质剖面图如图
【参考文献】
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本文编号：
2872204
