（岩土工程专业论文）强夯处理淤泥质土地基承载力的研究.pdf

摘要 本文从深圳同兴工业区强夯法加固淤泥质土工程实际出发，用系 统分析方法就强夯处理淤泥质土中强夯参数选择和强夯碎石墩极限承 载力两个主要问题进行了深入研究。 考察了同兴工业区地质情况、技术可靠性、工程造价、施工复杂 度、工期、现场经验及对周边环境的影响等各方面的因素对强夯参 数的影响。采用多目标模糊优选模型对强夯参数在以上各因素影响下 的不同组合方案进行了初步探讨和优选，得到了适用于现场试夯的最 优强夯参数组合方案。 通过现场试验，对处理淤泥质土时单击夯能与承载力之间的关系 进行了分析，得出：夯点承载力随夯击能级的增加而增大，但增加幅 度减小；在相同夯击能级、夯击次数的情况下，锤底静压力与夯点承 载力关系不大。综合有关强夯处理淤泥质土时单击夯能与承载力的关 系并对其进行了多项式拟和，获得了单击夯能与承载力的函数关系 为：五= 5 79 9 6 + o 1 0 6 6 e 一58 9 1 0 “e 2 。 本文在分析总结经验法和极限平衡法等理论计算方法的基础上， 从快速载荷试验曲线预测的角度对强夯碎石墩的极限承载力进行了 研究。快速荷载试验与常规载荷试验最大的不同是：常规载荷试验每 一级载荷作用下的沉降达到了相对稳定状态，而快速载荷试验下的沉 降则处于一种非稳定状态。快速载荷试验采用等时间间隔来加荷，每 级载荷下观测8 次沉降量，通过对这8 次的观测沉降量建立了g m ( 1 ， 1 ) 模型，预测出了每级载荷作用下与常规载荷试验法基本一致的稳 定沉降量。在此基础上，对不完全的沉降载荷( p s ) 关系曲线进行 了预测，得到了完整的p s 曲线，取p s 曲线上的p o0 6 点所对应的承 载力即可得到所要预测的极限承载力。 关键词：强夯承载力灰色预测 a b s t r a c t i nt h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c eo ft o n g x i ni n d u s t r i a lp a r ki ns h e n z h e n ， m e t h o do fs y s t e m i ca n a l y s i sw a sa p p l i e df o rd e t e r m i n i n gp a r a m e t e r so f d y n a m i cc o m p a c t i o nd e a l i n gw i t hs i l ta n du l t i m a t eb e a t i n gc a p a c i t yo f g r a v e ls t a k e f i r s t ，t h ec i r c u m s t a n c eo fg e o l o g y , r e l i a b i l i t yo ft e c h n o l o g y , c o s to f e n g i n e e r i n g , c o m p l e x i t yo fc o n s t r u c t i o n ，s c h e d u l e dt i m e ，e x p e r i e n c eo f c i t ea n de f f e c to fa l lo v e rc i r c u m s t a n c ew h i c hw i l la f f e c tt h ep a r a m e t e r s c h o o s i n gw e r ei n v e s t i g a t e d t h ef u z z ym o d e lo fm u l t i - o b j e c t i o ns y s t e m w a sa p p l i e di ne v a l u a t i n gt h es o i lt r e a t m e n tm e t h o d s t h e n ，a no p t i m a l p a r a m e t e r so fd y n a m i cc o m p a c t i o nd e a l i n gw i t ht h et o n g x i ni n d u s t r i a l p a r kw a sa c q u i r e d t h r o u g ht h ei ns i t et e s t ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eb e a r i n gc a p a c i t y a n de n e r g yo fd y n a m i cc o m p a c t i o nw a sa n a l y z e d i ti sp r o v e dt h a tt h e b e a r i n gc a p a c i t ya c c r e t ew i t ht h ee n e r g y , b u tt h es c o p eo ft h ea c c r e t i o n w i l lr e d u c e dw i t hi t t h er e s u l ta l s oi n d i c a t e dt h a tu n d e rt h es a m ee n e r g y a n dt i m e so fc o m p a c t i o n ，t h ep r e s s u r eo fh a m m e rh a sl i r l ec o n n e c t i o n w i t ht h eb e a r i n gc a p a c i t y t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eb e a t i n gc a p a c i t y a n de n e r g yo fd y n a m i cc o m p a c t i o nc a nb es h o w e da sf o l l o w s ： 无= 5 7 9 9 6 + 0 1 0 6 6 e 一5 8 9 1 0 “e 2 w h e r ef ki st h eb e a r i n gc a p a c i t yo ff o u n d a t i o na n dei se n e r g yo fd y n a m i c c o m p a c t a o n b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dc o n c l u s i o no ft h et h e o r e t i c a lm e t h o d s ， r e s e a r c hh a sb e e nm a d eo nt h eu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo fg r a v e ls t a k eb y p r e d i c t m gt h ee n t i r ec u r v eo ff a s tl o a dt e s t t h em o s ti m p o r t a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h es l o wt e s ta n df a s tl o a d t e s ti s i nt h ef o r m e r , t h es e t t l e m e n tu n d e re a c hi o a dr e a c h e st oas t a t eo f s t e a d y , w h i l ei t i su n s t e a d yi nt h el a t t e rt e s t i nt h ef a s tl o a dt e s t 1 0 a d sa r e m a d ee v e r ye q u a li n t e r v a l ，o ne a c hl o a d ，e i g h td a t ao fs e t t l e m e n ta r e o b s e r v e dw h i c ha r ea p p l i e di nt h eg m ( 1 ，1 ) m o d e l t h es t e a d ys e t t l e m e n t u n d e re a c hi o a di sp r e d i c t e dw h i c hi si na c c o r d a n c ew i t ht h a to ft h es l o w l o a dt e s t o nt h eb a s i so fa b o v e ，t h ee n t i r ec u r v eo fp - si so b t a i n e d ，a n d t h eu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yc a nb ea c q u i r e dt h r o u g ht h ec o r r e s p o n d i n g p o i n t ( p o0 6 ) o ft h ec u r v e k e yw o r d s ：d y n a m i cc o m p a c t i o nb e a r i n gc a p a c i t yg r a yp r e d i c t i o n 原创性声明 本人声明，历呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了沦文中特另t l d u 以标注和致谢的地方 外，论文c | 】不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得一i 南大学或其他单位的：学位或证书而使川过的利料。与我共同：j 二作的 同志埘本研究所所做的贞献均已在论文小作了f 蝈确的说明。 作者签铝： i - ij t l ：渺爻f f 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文。允湃学位论文被查阅或借i 刭；学校町以公川j 学位沦文的 全部或部分内容，也可以采月 复印、缩印或j 他手段保存学位沦文；学 校可恨据国家或湖南省何荚部门舰定送交学位论文。 储签名：i 夔蝴期：2 叭s ，j 、f 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 强夯法 1 - 3 是法国梅那( m e n a r d ) 技术公司1 9 6 9 年首创的一种地基加固方法， 也称为动力固结法( 对粘性土) 或称为动力压实法( 对砂性土) ，是以8 - 4 0 t 重 锤( 最重为2 0 0 t ) 起吊到一定的高度( 一般为8 - 3 0 m ) ，令锤自由落下，对地基 土施加很大的冲击能。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强 度，降低土的压缩性，改善砂土的抗液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等。同 时夯击能还可提高土层的均匀程度，减少差异沉降。 强夯由于在工程实践中具有加固效果显著、适用范围广泛、设备简单、施工 方便、节省劳力、施工期短、节约材料、费用较低等优点，被很快应用到各种工 程实践中。 强夯处理技术在开始使用时，仅用于加固碎石土、砂土地基，经过2 0 多年 的发展和应用，己适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、 杂填土、素填土等地基的处理【”】。对于饱和度较高的粘土和淤泥质地基通过辅以 置换等措施也可以取得一定的加固效果。国内外关于强夯法的适用范围，有比较 一致的看法，s m o t l c z y k 在第八界欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固 总报告中指出【6 l ，强夯法只适用于塑性指数i 。1 0 的土。 近年来，国内外强夯技术发展迅速，应用范围更为广泛，其关键的研究主要 集中在大能量强夯技术 7 1 和饱和软土复合地基的强夯技术以及其它特殊软土地基 的处理 8 1 4 1 等方面。为了加固深厚地基，特别是山区非均匀块石回填地基和抛石 填海地基，必须施加大能量进行强夯处理，这样也对大能量的加固机理和强夯机 具提出了新的技术要求。而对强夯加固淤泥质土，大多数的研究是从强夯加固机 理方面入手，分析饱和软土在强夯作用下的动力固结机制，从而为强夯加固饱和 软土地基提供一套设计计算和效果检测的方法和手段。8 0 年代中我国就采用强夯 法处理填海淤泥质的软土地基获得很大的成功，并在沿海地区推广使用。 1 1 强夯法处理饱和软土( 淤泥质土) 的研究现状 111 强夯法处理饱和软土( 淤泥质土) 的瓤工艺 硕士学位论文第一章文献综述 对于饱和淤泥质粘土或者淤泥质粉土，由于其含水量高，粘粒含量少，渗透 性差，直接采用强夯效果很差，甚至夯后地基承载力降低。强夯法处理饱和软土 的经常出现失败的关键原因在于强夯过程中饱和软土的超孔隙水压力不能消散， 地下水不能排出，强夯所施加的能量根本不能改变土体结构，全部被超孔隙水压 力所吸收。甚至由此引起原土体结构的破坏，形成人们所称的“橡皮土”。此时 土体的抗剪强度丧失，不能承载。需要以高昂的代价挖除和处理橡皮土，同时不 能再起到压密的作用，从而导致强夯失败。还有一些工程处理过程中表现为软粘 土地基上没有完成主固结沉降，施工后的沉降很大。如天津8 0 年代的某工程， 采用强夯砂井排水法加固软粘土地基，夯后仍有大量剩余沉降，强夯失败【1 ”。在 后来的资料和现场试验【l 列中发现，地基表层的2 米范围左右土体强度没有得到提 高和恢复。这也说明了用现行的强夯工艺不仅难以达到加固地基的目的，而且还 会造成更大的损失。郑颖人口5 1 提出了对强夯法处理淤泥质土新工艺，根据工程实 际情况采取合适的排水体系，采用了“先轻后重，逐级加能，少击多遍，逐层加 固”的夯击方式，确立了以不破坏土体宏观结构为标准的收锤标准，形成了有利 于孔隙水压力的消散，提高强夯效果的强夯处理的新工艺。新工艺中为了提高在 这类饱和软土中应用强夯的加固效果，解决了土中地下水的排出和超孔隙水压力 消散的问题，即在饱和软土中打入挤密碎石桩、砂桩，使其在饱和软土中形成竖向 排水通道，当然还有其它的一些排水方法如插塑料排水板、在原地面上堆填垫层 以及开挖盲沟铺透水管。郑颖人【1 5 】通过现场实验对它们进行了比较，认为强夯碎 石墩不仅费用较少而且对于消除工后沉降的作用也很显著，是强夯技术的最新的 发展方向。 1 12 夯后地基承载力 众所周知，地基基础是属于地下隐蔽工程，据调查统计，在世界各地中，以 地基基础发生的事故最多，而且这类事故一旦发生，不光损失巨大，补救将十分 的困难，地基基础的安全性，取决于天然土的条件、基础类型以及上部结构的特 性，发生事故的原因往往是设计上的失误和旖工质量的问题。在设计方面来说， 由于强夯加固机理还没有得到完全的揭示，对强夯加固效果，大多数的学者【l “”j 只建立了强夯加固深度计算的经验公式，对强夯的加固程度的经验性总结要少得 多，事实上，这个问题也是非常重要的，因为，强夯的目的不仅是要使土层的加 固达到一定的深度，还要使土层的加固达到一定的要求。 一些学者提出了利用夯击过程中的观测成果来确定强夯碎石桩地基承载力 硕士学位论文 第一章文献综述 的方法。在这方面，日本提出了根据能量原理建立了夯坑深度和底面应力峰值的 关系，据夯坑深度即可确定底面应力峰值3 9 1 。y k c h o w 4 0 1 利用一维波动方程来描 述锤土的相互作用，利用实测夯锤的加速度记录可测定锤下土的加固情况。 j ，a b r i a n d 4 l i 利用打击静止于夯坑的夯锤时夯锤的反应来分析锤下土的刚度，以检 测是否已达到设计要求和是否还需要继续夯击。cj p o r a n 4 2 惺出了动力沉降模量 ( d s m ) 的概念，根据d s m 与密度和模量e 的关系，可以由加速度时程来评价 土的夯实情况。为了解决和了解强夯时产生的超隙水压力问题，张凤文【4 3 1 第一次 对碎石墩加固饱和软土的承载力进行了试验研究，得到了满夯竖向夯沉量与夯击 次数的关系，并进行了强夯前后的土的物理力学性能的比较。 在室内实验方面，lm e n a r d 等川描述了可用于室内试验确定施工参数和土质 改良程度的动力固结仪试验，可用来确定饱和夯击能达到密度要求所需的遍数、 孔隙水压力消散的时间和间歇时间、夯沉量以及抗剪强度的变化，这一方法试验 复杂，试验的边界条件也与现场相差很大，因此，其实际的实用意义不是很大。 因为对强夯碎石墩尚无成熟的理论体系，因而，对强夯碎石墩承载力的计算 规范推荐使用了如下公式： f , p k = m + ( 1 - m ) 氐 ( 1 - 1 ) i 墩体置换后的承载力； 缸一墩间土的承载力； d 一墩直径： m 一面积置换率； k 一复合地基承载力标准值； 一般取值为1 ； 当设计的承载力不满足要求时通过改变b 值才能调整承载力的设计值，1 3 值 的改变却是缺乏依据的，有必要对地基承载力进行极限状态的设计，从而得到极 限承载力。中国建筑科学研究院地基所对碎石桩进行了模型试验进得到复合地基 不同深度载面的应力分布情况，在这基础上，龚文惠【“j 提出采用鼓胀剪切模型， 将桩、土作为既共同受力又相互作用的两个部分，运用莫尔一库仑强度理论，推导 了单根碎石桩以及桩土复合地基极限承载力的计算表达式，与传统的经验公式相 比较有假设合理、思路明确、计算精度高的特点。但是文中却忽略了邻桩和桩长 对单根碎石桩以及桩土复合地基极限承载力的影响，这些问题有待进一步的研 究。蒋军【45 】则用极限平衡法研究了三向受力复合土体的极限承载力，给出了土体 内摩擦角不等于零时的解析解。 硕士学位论文第一章文献综述 通过对相类似的工程的统计，陈亦柏【“1 提出了标准贯入试验击数与碎石桩地 基承载力之间的关系。 此外，现场实测动应力、动位移、动孔压也可作为加固深度和可能改良程度 的一种间接指标。但这方面的研究尚未深入。 1 2 强夯法在处理淤泥质土过程中所面临的问题 从上述的强夯处理淤泥质土的研究现状来看，强夯法加固软弱地基，主要是 利用强夯降低土的压缩性，消除主固结沉降，提高土的强度和承载力，强夯法加 固地基具有效果明显，经济易行，设备简单等明显优点，因而得到了广泛的应用， 然而。强夯对地基土质有一定的要求，一般认为此方法特别适合于粗颗粒的非饱 和土，含水量不大的杂填土和湿陷性黄土，低饱和粘性土和粉土也适用。而对于 饱和粘性土( 淤泥质土) 因为有一些失败的例子，因而，在有些的教科书和标准 规范中明确表示处理这类地基时不要使用强夯法，但事实表明，只要方法合适得 当，也能达到预期的效果。因此，要成功处理淤泥质土，在强夯过程中必须处理 好以下几方面的问题： 1 2 1 强夯参数的选择问题 强夯参数的选择一直是影响强夯效果的最主要的一个环节，在强夯参数设计 过程中，对参数的选取一直是凭借现场经验，选取的强夯参数必须通过试夯来验 证其加固效果，这一过程非常烦琐。有时大型的强夯工程地质状况变化很大，对 地质状况不同的区域要确定不同的强夯参数，试夯过程往往要花上几个月，试夯 的费用从十几万到二十几万不等。这主要是因为，强夯参数的影响因素众多，具 有很强的不确定性，因素间也相互制约、相互影响呈现出很强的非线性特征。因 此，对强夯参数的确定以及如何缩短试夯过程一直是困扰工程师们的最主要的问 题。 1 2 2 极限承载力问题 我国工程结构设计规范已采用概率极限状态设计原则，地基基础设计原则亦 需作出相应改变，但是我国长期采用容许承载力设计方法，缺乏使用地基极限承 载力公式的经验，给采用概率极限状态设计原则带来了困难，研究地基极限承载 4 硕士学位论文 第一章文献综述 力问题已很迫切了。 为适应国家关于“有计划有步骤地推广应用先进的概率极限状态设计法，逐 步形成完整的科学合理的结构标准体系”的精神【4 7 】。非常有必要确定夯后地基极 限承载力。地基极限承载力是对地基加载到破坏时的极限压力，一般是通过现场 加载试验才能确定。该试验比较复杂，一次费用就要一万多元。对于用于检测的 夯点一般只加载到两倍的设计载荷，很少压至破坏阶段。而且，加载到破坏载荷 也有相当的难度。因此，对工程师们来说通过载荷试验来确定极限承载力也是非 常棘手的。 1 3 本文研究的主要内容及意义 强夯技术经过2 0 多年的发展和应用，从仅用于处理碎石土、砂土地基到处 理饱和度较高的粘土和淤泥质地基，其加固机理不断得到揭示，其处理工艺也在 不断的得到改进。强夯碎石墩作为一种强夯处理淤泥质土的新技术从8 0 年代就 已经得到了应用，但是鉴于强夯法加固机理的复杂性，还没有形成一套成熟的强 夯设计理论，强夯参数的选取还处于一种边试验边设计的阶段。通过试夯来修正 和确定参数还是一种主要的设计手段。 随着我国社会的发展，科技的进步和经济体制改革的深入，对于强夯处理淤 泥质土的强夯参数的设计需要更快、最大限度的发挥设计参数的协调作用，经济、 有效的进行处理。建立强夯参数和强夯加固效果之间的关系式和对夯后地基的极 限承载力的预测的研究就具有十分重要的现实意义。 本文将以深圳同兴工业区的工程实际出发，通过现场的实验，系统的研究提 出适合于强夯处理淤泥质土的参数选择和极限承载力预测技术，为我国处理同类 型土提供一种有效的解决方案。主要的研究内容如下： 第一部分：强夯参数的模糊优选及其与强夯承载力的关系 这一部分将包括第三章和第四章，考察了地质情况、技术可靠性、工程造价、 施工复杂度、工期、现场经验及对周边环境的影响等各方面对强夯参数选择影 响，并就多目标模糊优选模型对强夯参数的不同组合方案进行了初步探讨和优 选。同时试验了处理淤泥质土时单击夯击能与承载力之间的关系，综合全国大型 强夯处理淤泥质土时单击夯击能与承载力的关系，获得了它们之间的经验回归关 系式。 第二部分：强夯碎石墩极限承载力的确定 硕士学位论文第一章文献综述 这一部分重点研究了运用灰色预测理论对载荷试验曲线极限承载力进行预 测。常规载荷试验为慢速载荷试验法，做完一个试验需要3 5 天，因为试验时间 长试验过程非常复杂且花费时间和金钱。需要采取更为方便陕捷的方法确定夯后 的地基极限承载力。为了缩短试夯时间，本文提出在工程中采用快速荷载试验。 快速载荷试验方法是每级加荷后，每隔1 5 分钟观测一次沉降读数，每级荷载作 用下观测8 次，相隔两小时后便可施加下一级荷载，如果加荷级数1 0 级，则做 完一个载荷试验仅需2 0 小时。与静力载荷试验最大的不同就是，静力载荷试验 的每一级加荷必须是当沉降在前一级载荷作用下达到了相对稳定的状态才可以 继续掩加，而快速载荷试验的每一级载荷下的沉降是处于一种非稳定状态，依据 等时间间隔来加荷的。快速载荷实验一般是检验性的，即以检验是否满足某个预 计的承载力为目的，试验只加荷到该承载力的两倍，不一定达到破坏。或者是因 为配重等加荷条件限制做不到破坏，得到的是不完全的p s 曲线。因而，往往 不能通过快速载荷试验直接得到地基的极限承载力。 快速载荷试验采用等时间间隔来加荷，每级载荷下观测8 次沉降量，通过对 这8 次的观测沉降量建立了g m ( 1 ，1 ) 模型，预测出了每级载荷作用下与常规 载荷试验法基本一致的稳定沉降量。在此基础上，对不完全的p s 曲线进行了 预测，得到了完整的p s 曲线，取p s 曲线上的p 。6 点所对应的承载力即可得 到所要预测的极限承载力。 本文从同兴工业区处理淤泥质土的工程实际出发，用多重的灰色预测模型对 强夯碎石墩的快速载荷试验的数据进行了处理，得到了极限承载力。这一工作不 仅大大缩短了试夯时间，也为快速载荷试验在试夯过程中的广泛使用提供一条新 的思路，具有很好的经济效益。 6 硕士学位论文 第二章工程概况和问题提出 第二章工程概况和问题提出 深圳市地质建设工程公司受香港讯达贸易公司委托，对黄阁坑同兴工业区场 地厂房地基进行强夯处理设计。该场地位于龙岗区横岗镇，黄阁中路与如意路交 汇处西北角。共有厂房三栋四层，宿舍二栋六层及附属设施，均为框架结构。 强夯处理过程中，根据地质情况的差异将厂房分为五个区，宿舍分为二个区， 基础均为单独基础，处理范围平面图如图2 1 2 2 所示。经处理后，厂房、宿舍 柱基础及建筑范围内附属设施的复合地基承载力分别达到2 0 0 k p a 和1 2 0 k p a 的要 求。 由勘察报告可以看出本场地大面积覆盖新近人工填土，还未完成固结。场区 大部分下部发现淤泥质土，灰岩中有多处溶洞。地下水主要赋存于淤泥质土、残 积粉土夹层、灰岩裂隙及溶洞中，其余地层为弱透水层，钻孔内稳定水位埋深 卜37 0 m ，地下水位较高。其中承载力最低的为淤泥质软土层，天然承载力只有 8 0 k p a 。 工程中采用了强夯碎石墩法。强夯碎石墩处理淤泥质土地基在国内不是首次， 但对于地下水位较高的淤泥质土还没有较成熟的强夯碎石墩法处理的实践经验。 因此，选择定范围的试夯区进行强夯试验，试夯过程采用快速载荷试验，施工 完毕后采用常规载荷试验和标准贯入试验进行检测。 2 1 工程概况 厂房、宿舍范围内主要地质情况如下： ( 1 ) 素填土：褐黄灰色，主要成份为粉土和岩石碎块粒径25 75 c m ，大者 1 0 c m 。未完成自重固结松散，层厚：0 8 67 m 。 ( 2 ) 淤泥质土：褐质黑色，含有机质粉砂及粉土。局部含量较大软塑湿，厚 o 4 54 米承载力标准值t = 8 0 k p a ( 3 ) 粉土：可塑，湿，层厚1 3 1 l9 0 m ，标贯1 l 击。 ( 4 ) 残积粉土：可硬塑，湿，层厚1 6 5 5 ，0 0 m ，标贯平均1 9 击。 ( 5 ) 微风化灰岩。 ( 6 1 溶洞充填物。 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 强夯处理范围布置图 图2 1厂房强务平面布置图 8 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 图2 - 2 宿舍强夯处理平面图 9 硕士学位论文 第二章工程概况和问题提出 按地质报告各层承载力标准值为： q “淤泥质土f k = 8 0 k p a ：q 0 1 粉土f k = 1 8 0 k p a ；q 。i 粉土f r c = 2 0 0 k p a 2 2 试验过程及其结果 2 2 1 两种试验方案 ( 1 ) 在地质情况相同的同一区试验同一夯锤下，不同的单击夯能下各点的承 载力。夯锤为铸铁重2 0 t ，锤底面积为缸2 ，锤底静压力为4 0 k p a ，起重设备为履 带式起重机，分别进行1 0 0 0 k n m ，1 2 0 0k n m ，2 0 0 0 k n m ，3 0 0 0k n m ，4 0 0 0 k n m 的单点夯的试验，夯击击数均为1 0 击。试验得到单点夯沉量与强夯能级 的关系见表2 1 。 表2 1 单点务沉量与强夯能级的关系 在进行各能级单点夯的施工以后，分别采用快速载荷试验处理试夯后的各夯 点承载力的大小，试验板为方形板1 0 0c i t 】xt 0 0 ，螺旋千斤顶及压力传感器接数 字式电阻应变仪控制加荷，百分表测读沉降，共加荷1 0 级，每级维持2 小时，每 隔1 5 分钟读取依次沉降读数，每级8 个读数。 对快速载荷试验的结果，可以通过沉降量为00 1 b ( b 为载荷板的宽度或直径) 即取p oo l 值为夯点的承载力标准值。得到单击强夯能级与夯点承载力的情况如表 2 2 所示。 表2 - 2 单击强务能级与夯点承载力 ( 2 ) 不同的夯锤在相同的单击能下各夯点的承载力。在上述试验的基础上又进 行了夯锤为铸铁重2 0 t ，锤底面积为主m 2 ，锤底静压力为4 0 k p a ，起重设备为履带 式起重机，分别迸行2 0 0 0k n m ，3 0 0 0k n m ，4 0 0 0k n m 的单点夯的试验与上 1 0 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 面的铸铁重4 0 t ，锤底面积为_ m 2 ，锤底静压力为8 0 k p a 的试验比较，夯击击数均 为1 0 击。相同强夯能级与单点夯沉量的对比关系结果见表2 3 。确定相同强夯能 级与不同锤底静压力情况下夯点承载力的对比关系在上述进行的锤重2 0 t 的单点 夯击施工后，同样，又采用快速载荷试验测试处理后的各夯点承载力的大小，试 验板与上一试验相同。对快速载荷试验的结果，可以通过取p o 。值为夯点的承载 力标准值，可以得到单击强夯能级与夯点承载力的情况如表2 - 4 所示。 表2 - 3 强务能级与单点夯沉降表 表2 4 单击强夯能级与夯点承载力丘表 222 试夯参数 强夯夯点布置图以及主要参数见图2 3 和表2 5 、夕j 、 j r 、一 ，一 、，7 一 、 ， ， ， 一，7 一、1 图2 - 3 强务夯点布置图 堡主兰垡堡苎里三至三里塑塑塑旦垦堂堂 表2 - 5 强夯参数汇总表 参数厂房1 5 区宿舍1 4 区 处理填土厚度( m ) 单击夯能( 一m ) 击数 墩位布置 收锤标准 两遍夯击间隔 处理范围 墩体材料 夯锤 夯后承载力( t m 1 ) 承台下点夯满夯 墩长3 m 2 0 0l o o 1 5 0 l o2 3 3 r e x 3 m ( 正方形布置)搭接l ，4 锤印 最后两击平均夯沉量1 1 0 锤高，总夯沉量3 m 。 1 3 2 8 天 每边超出基础外缘排墩( 约3 m ) 。 碎石、块石均可。 异形锤：巾l 由1 2平底圆形锤击2 2 0 1 2 2 3 强夯效果检测方法、标准和仪器设备 试验方法有三种：静力载荷试验、标贯试验、取土试验。因为本文将从 载荷试验的角度对强夯后的地基极限承载力进行预测，因此重点介绍载荷试 验的情况：分别对强夯碎石墩和复合地基进行了载荷试验。 ( 1 ) 静力载荷试验 在强夯旖工完毕后的检测采用的是慢速载荷试验，因为载荷试验仍然是 衡量地基承载力的主要手段。同时还可以对比在试夯时快速载荷试验的检验 结果。分别对厂房的夯间土( 普遍认为此处的地基承载力为复合地基承载 力。) 进行了三组载荷试验，以及厂房和宿舍碎石墩体进行了五组载荷试验。 加载装置：采用( 10 m ) ( 1 0 m ) ( 15 m ) 砼块压重平台反力装置， 加载系统由压力传感器和千斤顶组成，采用慢速维持荷载法，每级加载为预 定最大试验荷载的1 7 ，第l 级按2 倍分级荷载加载，在每一级荷载作用下， 桩的沉降量在每小时小于0i m m ，加下一级荷载，当总加载量己超过设计荷 载时，桩的沉降量在每小时小于o 2 5 m m ，加下一级荷载。 沉降观测：在桩顶装设4 个位移转感器，按规程规定时问测读沉降量。 试验标准：本次试验按照深圳市标准深圳地区地基处理技术规范 ( $ 3 g 0 4 9 6 ) 的有关规定进行。 1 2 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 试验采用仪器设备见表2 - 6 表2 - 6 静我试验主要设备情况表 桩号2 规格型号 q f 3 2 0q f 3 2 0q f 3 2 0 编号 2 0 2 22 0 2 22 0 2 2 检定证号 2 1 9 9 0 1 7 0 2 1 9 9 0 1 7 0 2 1 9 9 0 1 7 0 检定日期2 0 0 1 1 2 72 0 0 i 1 272 0 0 1 1 2 7 规格型号c s 2 0 kc s 2 0 kc s 2 0 k 编号 1 l 5 3 1 7r b 0 9 1 7r b 0 9 1 7 检定证号 2 2 4 2 0 5 3 1 l c c 2 0 0 1 2 3 3 7l c c 2 0 0 1 2 3 3 7 检定日期2 0 0 222 82 0 0 11 2 2 82 0 0 11 22 8 规格型号r s w 5 0r s w 5 0r s w - 5 0r s w 一5 0 编号 2 0 6 8 72 0 9 2 22 1 4 9 431 6 8 4 检定证号2 1 1 5 8 2 9 42 1 1 5 8 2 4 3 2 2 1 5 0 5 8 42 1 1 5 8 2 3 9 检定日期2 0 0 11 13 02 0 0 1 1 l2 92 0 0 11 2 52 0 0 1 1 1 2 9 以上三点在检测时均同时使用编号为。e 0 8 6 t 、 2 0 9 2 2 ”、“2 1 4 9 4 ”、“3 1 6 8 4 ”四个位移 传感器 1 3 千斤顶 压力传感器位移传感器备注 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 静载试验结果汇总见表2 7 和2 8 ，其中表2 7 是对复合地基的载荷试验 结果，2 - 8 是对墩进行载荷试验的结果。载荷试验的p s 曲线见图2 - 4 和图 2 - 5 ，沉降载荷试验数据见表2 - 9 和2 1 0 。其中2 - 9 是复合地基载荷试验结果， 2 1 0 是墩的载荷试验结果。表2 - 9 中s i s 3 表示厂区的三个试验点的沉降量， 表2 1 0 中s i - s 5 为1 t 5 4 号墩的试验沉降量。 表2 7 务间土载荷试验结果汇总表 表2 - 8 碎石墩载荷试验结果汇总表 表2 - 9 复合地基我荷试验成果表 1 4 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 o 一3 0 e - 4 0 0 。2 4 _ 6 e e 一_ 8 由| 盘 避1 0 p ( k p a ) o5 0 1 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 0 4 5 0 5 0 05 5 0 图2 4l a - 5 4 碎石墩p - s 曲线 载荷( k n ) 图2 41 4 3 4 点复合地基p - s 曲线 硕士学位论文第二章工程概况和问题提出 表2 - l o 碎石墩载荷试验成果表 ( 2 ) 标准贯入试验 标准贯入试验是用质量为6 35 k g 的穿心锤，以o7 6 m 的自由落距，将一 定规格的标准贯入器先打入土中01 5 m ，然后再打入o3 0 m ，记录03 0 m 的锤 击次数，称为标准贯入试验锤击数，用n 表示。然后根据n 值来确定地基承 载力经验值。根据取土试验及击实试验确定压实度的大小。 本次野外标准贯入试验( n 6 35 ) 共7 孔，标贯次数3 6 次，标准贯入试验 统计结果如下： 表2 1 l 标准贯入试验结果统计表 厂区：2 4 0 k p a 2 0 0 k p a 宿舍：1 7 7 k p a 1 2 0 k p a ( 3 ) 取土试验 重型击实试验：根据两组重型击实试验详见土的击实试验报告表( 见表 2 一1 2 ) 其试验结果为： 堡主兰堡笙兰苎三里三堡塑堡塑塑望堡生 最大干密度为1 7 8 18 9 c m 2 ，平均值为1 8 8 c m 3 ； 最优含水率1 02 1 39 ，平均值为1 16 ，比重2 6 7 2 2 7 3 。 表2 1 2 土的击实试验报告表 委托单位香港讯达贸易公司工程名称同兴工业区 取样日期 试样简体积 试验点号 湿土重( g ) 湿密度( g ，c m 3 ) 含水量( ) 干密度( g c m 3 ) 2 0 0 2 年3 月1 9 日 2 1 0 4 9 m 123 4 1 2 74 2 8 l4 4 5 7 l9 6 22 0 3 5 2 1 1 8 9 61 1 2 1 39 l7 91 8 31 8 6 报告日期2 0 0 2 年3 月2 4 日 锤重45 k g 456 4 4 9 04 4 7 04 4 2 l 2 1 3 421 2 5 2 1 0 l 1 60 1 741 94 1 8 41 8 ll7 6 最大干密度p 击n 。= 18 6最优含水量、。= 1 3 9 土粒比重g g = 2 7 2 2 4 问题的提出和解决方案 本工程在设计和施工过程中遇到了以下几个问题： ( 1 1 工程的主要持力层是淤泥质的粘性土，承载力标准值是几类土层中最低 的，只有8 0 k p a ，而设计要求的厂房、宿舍柱基础范围内复合地基承载力达到 2 0 0 i ( p a 。所有建筑范围内普夯一遍后承载力标准值1 2 0 k p a 。碎石墩作为现在强 夯技术的新发展方向，运用到处理淤泥质土还是比较艰难的尝试。设计也完全处 于探索阶段，由于参数设计偏小而造成承载力不够或由于参数设计偏大而形成橡 皮土，还有可能使得地面下土四处分溅，地面振动，造成地基处理失败的情况。必 须通过试验研究确定强夯的设计参数。 ( 2 ) 强夯加固效果反映为满夯加固层和强加密层深度范围内；软土内有流塑 状淤泥质土，分布及厚度不规则。这种土层性质随深度变化，需要在不同深度上 进行试验【4 ”。载荷试验的检测位置多是在满夯加固层里，究竟在强加密层范围内 的承载力是否能满足设计承载力的要求，对于软弱的淤泥质土来说，这不仅是衡 量其承载力能否满足要求，而且还能进一步反映是否能满足软弱下卧层验算的一 个重要方面，也是减少差异沉降必须解决的问题。 ( 3 ) 我国工程结构设计规范己采用概率极限状态设计原则，地基基础设计原 则亦需作出相应改变，但是我国长期采用容许承载力设计方法，缺乏使用地基极 硕士学位论文 第二章工程概况和问题提出 限承载力公式的经验，给采用概率极限状态设计原则带来了困难，研究地基极限 承载力问题已很迫切了。确定承载力的最可靠的方法是载荷试验。而慢速载荷实 验的过程是非常的复杂且花费时间和金钱。快速荷载试验则克服了这一缺点，试 验方法是每级加荷后，每隔1 5 分钟观测一次沉降读数，每级荷载作用下观测8 次，相隔两小时后便可施加下一级荷载，如果加荷级数1 0 级，则做完一个载荷 试验仅需2 0 小时。与静力载荷试验最大的不同就是，静力载荷试验的每一级加 荷必须是当沉降在前级载荷作用下达到了相对稳定的状态才可以继续施加，而 快速载荷试验的每一级载荷下的沉降是处于一种非稳定状态，依据等时间间隔来 加荷的。因而，预测每一级载荷下的稳定沉降量是进行下一步预测的基础。快速 载荷实验一般是检验性的，即以检验是否满足某个预计的承载力为目的，试验只 加荷到该承载力的两倍，不一定达到破坏。或者是因为配重等加荷条件限制做不 到破坏，得到的是不完全的p 5 曲线。极限承载力的确定往往就成为了困扰工 程n 4 1 j 的一个重要的问题。 本文正是基于以上工程实际问题而提出的，通过研究，对上述问题进行初步 研究； ( 1 ) 为了确定符合设计要求的强夯参数，从有利于控制强夯过程的排水情况， 对地质情况的透彻把握以及专家评判的结果等多方面结合多目标的模糊优选模 型对强夯的设计参数进行了优选评价，同时也对这一情况进行了强夯参数与承载 力的关系的大量的试验并结合国内处理同样土质的有效数据的基础上，得到了强 夯承载力与强夯设计参数在同样的土质情况下的统计公式。 ( 2 ) 为了对强加密层深度范围承载力进行评价，利用对地质条件相同的地层 的取土试验及影响地基承载力变化的主要指标与承载力之间的统计关系，通过模 糊信息分配的方法建立地基承载力与指标之间的模糊关系矩阵，再通过模糊运算 对强加密层深度范围承载力提高程度进行了评价。 ( 3 ) 为了得到地基处理后的极限承载力，首先对每级载荷下的8 次观测沉降 量建立g m ( 1 ，1 ) 模型，预测出每级载荷下的稳定沉降量。在此基础上再进行 极限承载力的预测。因为快速载荷实验一般是检验性的，即以检验是否满足某个 预计的承载力为目的，试验只加荷到该承载力的两倍，不一定达到破坏。或者是 因为配重等加荷条件限制做不到破坏，得到的是不完全的p s 曲线。因而，往 往不能通过快速载荷试验直接得到地基的极限承载力。利用前期预测的稳定沉降 量建立匀速加速g m ( 1 ，1 ) 模型对完整的p s 曲线进行预测。取完整p s 曲 线的p 0 0 6 点的值即为极限承载力。 硕士学位论文第三章多日标系统模糊模型对强夯参数的优选 第三章多目标系统模糊模型对强夯参数的优选 处理淤泥质土作为现在强夯技术的新发展方向，还是比较艰难的尝试。本工 程中的软土层为淤泥质的粘性土，有些地方厚度达到1 0 m 以上，承载力标准值是 工程中经过勘察的土层中最低的，只有8 0 k p a ，而设计要求的厂区承载力要求达 到2 0 0 k p a ，宿舍区要求达到1 2 0 k p a ，选择强夯参数的时候，就还需要考虑地基 承载力和有效加固影响深度的提高幅度。大多数的情况下，淤泥质土地基处理方 案强夯的选择 4 9 - 5 2 1 是凭借岩土工程师的经验。事实上，淤泥质土地基处理方案的 选择是一个多目标系统，而且随着工程的不同，各个目标的侧重点也不同，这些 都体现了事物的模糊特点。为了确定提高幅度是否能达到设计要求，是否该使用 强夯技术，本节将从地质情况、技术可靠性、工程造价、施工复杂度、工期、 现场经验及对周边环境的影响等各方面利用多目标模糊优选模型对强夯参数的 不同组合方案进行综合评价。 3 1 多目标系统的模糊优选模型 ( 1 ) 确定各种指标集 设系统有nf n ) 个方案组成方案集： d = f d l ，d 2 d n ，d i 为第i 项方案，i 1 i l ，n 为方案总数： 则模糊优选模型的根本目的在于确定每个方案d i 对于模糊概念“优”的隶属度“? ， 其中隶属度最大的方案就是各项指标综合最优的方案。 设有1 1 1 个评价指标对方案集组成的评价指标集： p - p 1 1 p 2 ，p 。 ，p j 为第j 项评价指标j = l m ，m 为指标数。 根据系统的具体需要对有关指标的相关因素进行考察、分析、判断以确定 评价对象集关于指标p i ( j = 1 m ) 优越性的二元对比排序标度矩阵e p ji1 m ) ： e 1 1e 1 2 p ：12 2 - e me n 2 一 = e k , r 3 1 ) 其中e f d 表示对于第j 项评价指标，将方案集中第k 项方案d k 与第l 项方案 d l 的进行二元优越性对比，若 ( a ) d k 比d i 重要，令排序标度d k l = l ，d m = o ； 硕士学位论文第三章多目标系统模糊模型对强夯参数的优选 ( b ) d k 与d 1 同样重要，令d “= o 5 ，d 1 k =