魚塘路段人工硬殼層承載特性及計(jì)算方法

李德晟， 陳龍*， 陳永輝， 林立宏， 曾昭宇， 沈政

(1.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所， 南京 210098； 2.浙江臺(tái)州市沿海高速公路有限公司， 臺(tái)州 318000；3.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 廣州 510507)

在沿海地區(qū)道路工程的施工中，經(jīng)常要經(jīng)過淤泥、水田、魚塘等不良路基地段。魚塘地段軟土含水率高、抗剪強(qiáng)度低、透水能力弱、壓縮性高，在此基礎(chǔ)上修筑的路基往往因沉降過大或不均勻沉降出現(xiàn)破壞，從而影響使用。目前針對(duì)魚塘路段的成熟處置方法主要有換填法、排水固結(jié)法、修建結(jié)構(gòu)物跨越法等[1]，這些方法都難以避免施工工期長(zhǎng)、成本高等問題，換填法產(chǎn)生的淤泥外運(yùn)與堆置，還對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的危害。

就地固化技術(shù)是一種利用固化劑(水泥、石灰、粉煤灰、工業(yè)廢料等)與土體內(nèi)部顆粒發(fā)生的物理、化學(xué)反應(yīng)，就地對(duì)軟土進(jìn)行固化以使其強(qiáng)度滿足一定要求的方法，使用該技術(shù)對(duì)魚塘路段進(jìn)行地基處理，能快速形成人工硬殼層，方便施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)[2]。目前中外就地固化的相關(guān)研究大致可分為兩類，一是針對(duì)固化土的室內(nèi)研究，如在傳統(tǒng)固化劑中添加新型材料以提高固化土的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等[3]；使用新型固化劑處理重金屬污染土，并分析其處理效果和工程特性[4-5]；對(duì)不同成分固化劑改良土的機(jī)理進(jìn)行研究[6]；探究水泥摻量、含水率等與固化土強(qiáng)度或其他性能之間的關(guān)系[7]。二是就地固化方法的工程應(yīng)用研究，如沈政等[8]采用就地固化技術(shù)對(duì)灘涂土進(jìn)行處理，提出了適用的固化劑配合比并分析了其承載特性；徐亮等[9]將就地固化技術(shù)應(yīng)用于城市快速路清淤填塘項(xiàng)目，先通過室內(nèi)試驗(yàn)確定固化劑配合比并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中驗(yàn)證其承載力滿足要求；王穎等[10]將就地固化處理低填土軟基的承載結(jié)果與3種理論結(jié)果進(jìn)行比較，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論?，F(xiàn)有研究中，使用就地固化技術(shù)處理魚塘路段還沒有得到系統(tǒng)的工程應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果計(jì)算處理后路基承載力的方法也很少涉及。

采用就地固化技術(shù)對(duì)多魚塘路段進(jìn)行軟土固化處理，詳細(xì)介紹了現(xiàn)場(chǎng)情況、施工設(shè)備與施工工藝，并對(duì)固化后土體進(jìn)行取芯檢測(cè)，淺層平板載荷試驗(yàn)，輕型、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)規(guī)范等，對(duì)固化土承載力的計(jì)算和測(cè)試方法進(jìn)行探討。

1 軟土就地固化設(shè)備

河海大學(xué)通過水利部“948”項(xiàng)目引進(jìn)芬蘭ALLU PMX300HD強(qiáng)力攪拌頭，并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)備配備、自動(dòng)給料設(shè)備和定位設(shè)備的研發(fā)，現(xiàn)已形成一套成熟的軟土就地固化攪拌設(shè)備，如圖1、圖2所示。

其中，強(qiáng)力攪拌頭可實(shí)現(xiàn)三維立體攪拌；供料系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)控制固化劑輸送過程中的壓力、輸送量及輸漿泵流速等。固化系統(tǒng)的工作流程主要是先將儲(chǔ)料罐中的固化劑通過送料絞龍輸送至操作后臺(tái)的料倉(cāng)內(nèi)，通過后臺(tái)自動(dòng)定量供料控制系統(tǒng)控制進(jìn)料及輸料，在自動(dòng)感應(yīng)稱重裝置和上下攪拌桶的共同作用下，將后臺(tái)料倉(cāng)內(nèi)的固化劑拌勻后由輸漿泵輸送至輸料軟管，混合后的固化劑通過安裝于挖掘機(jī)上的強(qiáng)力攪拌頭的噴漿裝置輸出，在攪拌頭的強(qiáng)力攪拌下，將輸出的固化劑與土體均勻拌和，達(dá)到就地固化的目的。

2 工程概況

2.1 工程背景

潮汕環(huán)線高速公路金浦互通所處區(qū)域(TJ09標(biāo)段)，地勢(shì)平坦，魚塘、稻田緊密分布，水網(wǎng)密集，魚塘區(qū)水深0.5～1.5 m，軟土深度均在3 m以內(nèi)。建設(shè)過程需穿越多個(gè)魚塘、稻田，原處理方案為素砼樁，平均處理深度9.1 m。

根據(jù)鉆探及靜力觸探結(jié)果采用淺層換填處理方案；同時(shí)，考慮到工程周圍無(wú)棄土場(chǎng)、棄淤困難，外運(yùn)經(jīng)過市區(qū)且會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染。于該立交范圍內(nèi)淺層軟基處理處增加就地固化方案，并在金浦互通收費(fèi)站區(qū)域選擇一段路基進(jìn)行就地固化試驗(yàn)，該試驗(yàn)段長(zhǎng)60 m，寬112 m，面積6 729 m2，平均處理深度2 m。

2.2 地質(zhì)情況

金浦互通區(qū)域地表有一層0.5～3.4 m的耕植土或素填土，下伏0.8～2.0 m的淤泥質(zhì)土或中、細(xì)砂或粉質(zhì)黏土，其下為可塑狀粉質(zhì)黏土或硬塑狀砂質(zhì)黏性土。試驗(yàn)段內(nèi)上覆人工填土、砂土及砂質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、中砂，下伏基巖為侵入花崗巖。表1為試驗(yàn)段一處鉆孔獲得的土性，全風(fēng)化花崗巖：灰白色，風(fēng)化完全，巖芯呈堅(jiān)硬土柱狀；微風(fēng)化花崗巖：花白色，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬。

表1 試驗(yàn)段QK17號(hào)鉆孔獲得的土性Table 1 Soil properties obtained from borehole QK17 in test section

2.3 設(shè)計(jì)情況

試驗(yàn)段設(shè)計(jì)平均固化深度為2 m，要求處理厚度與設(shè)計(jì)厚度相差不超過20 cm。處理寬度用尺量測(cè)，要求現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)寬度與設(shè)計(jì)寬度相差不超過10 cm。將試驗(yàn)段劃分為6 m×5 m的區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊測(cè)試點(diǎn)不少于3處。

固化劑為漿劑，設(shè)計(jì)固化劑為4%PO42.5水泥+2%二級(jí)粉煤灰，水灰比為0.67，施工過程中水泥漿的配合比(質(zhì)量比)水∶水泥∶粉煤灰為1∶1∶0.5。

設(shè)計(jì)承載力特征值大于150 kPa，可采用固化土的靜力觸探、動(dòng)力觸探、荷載板試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn)，以1 000 m2為一個(gè)區(qū)塊。

在固化層頂部和底部分別埋設(shè)沉降板，當(dāng)沉降位移超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，立即停止路基填筑。對(duì)于高填路基且下有軟基的區(qū)域，預(yù)壓期不少于3個(gè)月。

對(duì)于魚塘路段，先進(jìn)行排水疏干，以淤泥層頂部為基準(zhǔn)向下進(jìn)行淺層固化處理，需處理完淤泥層，并進(jìn)入下部土質(zhì)較好土層0.5～1 m。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

試驗(yàn)段就地固化技術(shù)施工工藝，主要包括：

(1)清表：首先對(duì)處理區(qū)域進(jìn)行清除表面雜質(zhì)等影響下沉攪拌的雜物，場(chǎng)地整平，施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試攪，未發(fā)現(xiàn)攪拌頭自身難以下沉土層，所以無(wú)需進(jìn)行整體翻曬。

(2)劃分區(qū)塊：將試驗(yàn)段劃分為單個(gè)尺寸為6 m×5 m的區(qū)塊，再將每個(gè)區(qū)塊分為24個(gè)小區(qū)塊，施工時(shí)逐個(gè)小區(qū)塊進(jìn)行攪拌施工。

(3)組裝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)：將供電系統(tǒng)、供料系統(tǒng)以及攪拌設(shè)備進(jìn)行組裝后進(jìn)場(chǎng)。

(4)原位固化處理：攪拌設(shè)備直插式對(duì)原位土進(jìn)行攪拌，在攪拌頭上添加標(biāo)志線以控制固化深度，同時(shí)利用固化劑用量控制系統(tǒng)自動(dòng)控制固化劑用量，整體采用邊固化邊推進(jìn)的方式。

(5)整平養(yǎng)護(hù)：區(qū)域固化攪拌完畢后，可在其上鋪設(shè)鐵板，作為固化下一區(qū)域挖機(jī)的支撐平臺(tái)，同時(shí)達(dá)到對(duì)該區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)效果。整個(gè)場(chǎng)地區(qū)域固化完畢，淺層土強(qiáng)度初步提高后，利用挖掘機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地整平和碾壓，每個(gè)施工區(qū)塊結(jié)束后如不用作施工平臺(tái)鋪設(shè)塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。

對(duì)于魚塘區(qū)域，需先使用水泵進(jìn)行初步排水，方可進(jìn)行上述步驟，同時(shí)，對(duì)存在活魚的魚塘需做好轉(zhuǎn)移工作，若魚塘深度較大，為保證路面平整，需進(jìn)行回填。圖3為試驗(yàn)段就地固化處理前后場(chǎng)地情況的對(duì)比。

圖3 試驗(yàn)段就地固化處理前后對(duì)比Fig.3 Comparison of test section before and after the in-situ solidification treatment

2.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

將原設(shè)計(jì)方案(素砼樁)、方案一(淺層換填)、方案二(就地固化)的造價(jià)、優(yōu)缺點(diǎn)和工期進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 3種方案對(duì)比Table 2 Comparison of three options

方案一、二造價(jià)明顯低于原方案，就地固化方案造價(jià)雖略高于淺層換填方案，但其在環(huán)保和縮短工期方面的優(yōu)勢(shì)是顯著的。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 取芯檢測(cè)

采用現(xiàn)場(chǎng)挖探和鉆孔取芯的方式測(cè)量固化深度。施工過程中隨即進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)挖探檢測(cè)，經(jīng)測(cè)量固化深度為2.1 m，厚度滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在固化場(chǎng)地內(nèi)隨機(jī)抽取3處進(jìn)行抽芯檢測(cè)，芯樣顯示固化深度為2.6、2.3、1.5 m，平均固化深度2.13 m。

圖4為現(xiàn)場(chǎng)抽芯檢測(cè)過程，觀察現(xiàn)場(chǎng)抽出的芯樣，顯示固化土層厚度為1.5～2.6 m，固化體底部與原狀土結(jié)合較好，能很好地聯(lián)接在一起。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)抽芯檢測(cè)Fig.4 On-site core-pulling inspection

3.2 淺層平板載荷試驗(yàn)

固化施工滿28 d后，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，隨機(jī)選取1點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，承壓板為方形，面積為0.5 m2，加荷情況如表3所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 淺層平板載荷試驗(yàn)P-S曲線Fig.5 P-S curve of shallow plate load test

表3 淺層平板載荷試驗(yàn)加荷歷程Table 3 Loading history of shallow plate load test

路基在200 kPa荷載持續(xù)作用下，沉降僅為0.23 mm。卸載后沉降由0.23 mm回彈至0.10 mm，卸荷后回彈率為56.5%。

3.3 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

固化施工28 d后，對(duì)隨機(jī)選取的24個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，根據(jù)每30 cm錘擊數(shù)計(jì)算換算承載力，24個(gè)測(cè)點(diǎn)的承載力平均值如圖6所示，圖中所指的試驗(yàn)深度為開始進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)時(shí)的深度，試驗(yàn)深度增加可反映固化深度降低，承載力指承載力特征值，下同。

圖6 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Light dynamic penetration test results

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，固化土表層承載力平均值達(dá)到了395.33 kPa，隨試驗(yàn)深度的增加，換算承載力呈下降趨勢(shì)。但即使當(dāng)試驗(yàn)深度達(dá)；到1.8 m，即固化土底部時(shí)，平均承載力為189.67 kPa，大于設(shè)計(jì)值150 kPa。

3.4 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

固化施工28 d后，隨機(jī)選取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，每0.1 m深度進(jìn)行一次測(cè)試，根據(jù)獲得的63.5 kg重錘每10 cm錘擊數(shù)N63.5(次)計(jì)算換算承載力，試驗(yàn)得到的結(jié)果如圖7所示。試驗(yàn)段所使用的確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk(kPa)的換算經(jīng)驗(yàn)公式(由重型動(dòng)力觸探儀廠家給出)為

圖7 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Heavy dynamic penetration test results

fk=35.96N63.5+23.8

(1)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，固化土表層的承載力平均值達(dá)到481.5 kPa，但在0.1 m深度處進(jìn)行試驗(yàn)，承載力平均值驟降至293 kPa，此后隨試驗(yàn)深度的增加，逐漸降至139.75 kPa。這是由于固化劑漿體密度小于土體，機(jī)械攪拌導(dǎo)致部分水泥漿體上浮，使得固化土體上部形成一層較薄的“水泥漿硬殼層”。

比較輕型動(dòng)力觸探和重型動(dòng)力觸探的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)深度接近固化土底部時(shí)，重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)得到的換算承載力明顯低于輕型動(dòng)力觸探的試驗(yàn)結(jié)果，并且重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)“水泥漿硬殼層”現(xiàn)象更明顯。原因?yàn)橹匦蛣?dòng)力觸探試驗(yàn)在選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)隨機(jī)性更強(qiáng)，攪拌不均勻和固化深度不足的問題得到了凸顯。

4 就地固化硬殼層地基承載力探討

4.1 規(guī)范計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 5007)[11]，由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值，并應(yīng)滿足變形要求。計(jì)算公式為

fa=MbγbMdγmdMcck

(2)

式(2)中：fa為由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值，kPa；Mb、Md、Mc為承載力系數(shù)，可依據(jù)φk按規(guī)范查表確定。φk為基底下1倍寬度的深度范圍內(nèi)土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，(°)；γ、γm為基礎(chǔ)底面以下土的重度和基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，kN/m3；b為基礎(chǔ)底面寬度，m，大于6 m時(shí)按6 m取值，對(duì)于砂土小于3 m時(shí)按3 m取值；d為基礎(chǔ)埋置深度，m；ck為基礎(chǔ)下1倍短邊寬度的深度范圍內(nèi)土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

將式(2)應(yīng)用于就地固化試驗(yàn)段(固化深度2 m)，已知原狀土：γ1=14 kN/m3，c1=10 kPa，φ1=10°；固化土：γ2=15 kN/m3，c1=60 kPa，φ1=38°[12-14]。首先假設(shè)硬殼層上部(d=0)有一基礎(chǔ)，其寬度b與fa的關(guān)系如表4所示。

隨基礎(chǔ)寬度b的增加，fa反而成下降趨勢(shì)，當(dāng)寬度剛超過固化處理深度時(shí)甚至產(chǎn)生驟降，這與常理不符。究其原因，寬度b越大，下層土對(duì)fa的影響越大，式(2)用于常規(guī)建筑地基，基底深度往往超過了軟土厚度，且原狀土多是上軟下硬，若將式(2)用于上硬下軟的固化土地基則不合適。

若將基礎(chǔ)寬度固定為3 m，則其埋置深度d與fa的關(guān)系如圖8所示。對(duì)比圖8與圖7的關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn)：由式(2)計(jì)算得到的fa-d曲線雖然比重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)實(shí)測(cè)曲線更平滑，但兩曲線d=0與d=1.6 m所對(duì)應(yīng)的fa相近。計(jì)算得到的曲線在d=0.1 m左右沒有出現(xiàn)突變，即沒有出現(xiàn)“水泥漿硬殼層”現(xiàn)象。

綜上，式(2)并不適用于固化土地基承載力特征值的計(jì)算，但若現(xiàn)場(chǎng)固化土均勻度控制得較好，可近似使用圖8曲線判斷不同固化深度的地基承載力。

圖8 埋置深度d與fa的關(guān)系Fig.8 The relationship between embedding depth d and fa

4.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)求承載力

輕型動(dòng)力觸探的適用范圍為黏性土、粉土、粉砂[15]，而試驗(yàn)段固化土的變形模量多在40～60 MPa，性質(zhì)相比更接近中、粗、礫砂和碎石類土[16-17]，因此輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)不適用于就地固化試驗(yàn)段承載力的確定。廣東省《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ 15-3—91)用N10確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk(kPa)的關(guān)系式為

fk=24+4.5N10

(3)

根據(jù)式(3)，如果地基承載力為400 kPa(試驗(yàn)段常見)，則輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)需要約84次錘擊，不適用。

針對(duì)重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，因變形模量相近，可參考中、粗、礫砂和碎石類土的N63.5-fk關(guān)系。根據(jù)廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院資料，中、粗、礫砂N63.5與fk之間關(guān)系如表5所示。

表5 中、粗、礫砂N63.5與fk的關(guān)系Table 5 The relationship between N63.5 and fk of medium, coarse and gravel sand

現(xiàn)有關(guān)于中、粗砂的資料中，N63.5一般不超過12，根據(jù)沈陽(yáng)市區(qū)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(DB 21-907-96)資料，礫砂N63.5與fk之間的關(guān)系如表6所示。

表6 礫砂N63.5與fk的關(guān)系Table 6 The relationship between N63.5 and fk of gravel sand

周林花等[18]根據(jù)《動(dòng)力觸探技術(shù)規(guī)定》(TBJ 18—87)中碎石類土地基基本承載力f0與N63.5的關(guān)系表，用最小二乘法得到擬合方程

(4)

該方程可用于直接確定碎石土、卵礫、圓礫的承載力。將上述結(jié)論繪制于圖9中。

圖9 不同方法得到的N63.5和承載力關(guān)系Fig.9 The relationship between N63.5 and bearing capacity obtained by different methods

由圖9可知，N63.5≤10時(shí)，檢測(cè)使用曲線與廣東建筑設(shè)計(jì)研究院資料吻合度極高；N63.5≤20時(shí)，檢測(cè)使用曲線與周林花等得到的擬合曲線較接近；N63.5≤25時(shí)，換算承載力均不超過沈陽(yáng)規(guī)范資料使用值。

錘擊數(shù)較少時(shí)，使用一次函數(shù)進(jìn)行擬合能較好地反映真實(shí)情況，實(shí)際上，廣東資料使用的擬合公式為fk=40N63.5(3≤N63.5≤10)。然而，當(dāng)錘擊數(shù)增加至一定程度(如N63.5≥20)時(shí)，線性擬合結(jié)果會(huì)偏大，錘擊數(shù)越大，越不宜使用線性擬合。這也是大部分規(guī)范不在錘擊數(shù)較大時(shí)使用一次函數(shù)計(jì)算承載力的原因。相比之下，二次函數(shù)的擬合結(jié)果更加合理，尤其是在錘擊數(shù)出現(xiàn)大值的時(shí)候，而固化28 d后表層土的錘擊數(shù)往往大于20。

4.3 由淺層平板載荷試驗(yàn)推求N63.5-fa曲線

一般情況下，載荷試驗(yàn)被認(rèn)為是測(cè)量地基承載力各種原位測(cè)試方法中結(jié)果最準(zhǔn)確，最可靠的一種。但由于其檢測(cè)費(fèi)用高，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，在工程中大范圍使用需要的成本很大，因此動(dòng)力觸探試驗(yàn)往往更受青睞。對(duì)于固化土地基，如何得到準(zhǔn)確的N63.5-fk曲線擬合公式是亟待解決的難題。

根據(jù)沈陽(yáng)市區(qū)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(DB 21-907—96)資料，對(duì)礫砂變形模量E0(MPa)和重型動(dòng)力觸探數(shù)N63.5進(jìn)行擬合，可以發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著的二次項(xiàng)關(guān)系，即

R2=0.999 75

(5)

周林花等[18]根據(jù)《動(dòng)力觸探規(guī)定》(TBJ 18—87)，得到了砂土、碎石土變形模量E0(MPa)和重型動(dòng)力觸探數(shù)N63.5的擬合公式，即

R2=0.998

(6)

據(jù)此可使用二次函數(shù)擬合N63.5-E0曲線為

(7)

式(7)中：a1、b1、c1為待定系數(shù)。

淺層平板載荷試驗(yàn)的變形模量E0(MPa)計(jì)算[15]公式為

(8)

式(8)中：I0為剛性承壓板的形狀系數(shù)，圓形承壓板取0.785，方形承壓板取0.886；ν為土的泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質(zhì)黏土取0.38，黏土取0.42；d為承壓板直徑或邊長(zhǎng)，m；P為P-S曲線線性段的壓力，kPa；S為與P對(duì)應(yīng)的沉降，mm。

若結(jié)合試驗(yàn)情況，取I0=0.886，ν=0.30，d=0.71 m，則式(8)可簡(jiǎn)化為

(9)

聯(lián)立式(7)與式(9)，可得

(10)

式(10)中：k為P-S曲線線性段的斜率；a、b、c為待定系數(shù)。

根據(jù)式(10)，在試驗(yàn)段3處位置分別進(jìn)行一次淺層平板載荷試驗(yàn)與重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，即可確定系數(shù)a、b、c，具有成本低、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。由《工程地質(zhì)手冊(cè)》[15]，可取S/b=0.01～0.015(b為承壓板直徑或?qū)挾?所對(duì)應(yīng)的荷載作為地基土承載力特征值，此時(shí)仍可近似認(rèn)為P-S曲線處于線性段。安全起見，取S/b=0.01，即S=7.07 mm對(duì)應(yīng)的P值為承載力特征值，可得：

(11)

式(11)即為由淺層平板載荷試驗(yàn)推求的固化土N63.5-fa曲線擬合公式，分析第4.2節(jié)可知，這是一個(gè)二次函數(shù)，有較好的擬合效果。

為了驗(yàn)證式(10)與式(11)的合理性，基于式(5)，令S/b分別為0.01、0.015，可得

(12)

將式(12)的圖像繪制于圖10中。

圖10 新方法的合理性分析Fig.10 The rationality analysis of the new method

根據(jù)圖10，由淺層平板載荷試驗(yàn)推求的N63.5-fa擬合公式在S/b分別為0.01、0.015的情況下，對(duì)現(xiàn)存的換算方法有一個(gè)較好的包絡(luò)效果。

綜上，針對(duì)就地固化硬殼層，使用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)確定承載力較為合適，可由式(10)得到適用于不同現(xiàn)場(chǎng)的就地固化檢測(cè)N63.5-fa曲線擬合公式，式中的沉降S應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際確定，取S/b=0.01為一種偏安全的考慮方法。

5 結(jié)論

介紹了軟土就地固化技術(shù)及其設(shè)備，并以潮汕環(huán)線高速公路就地固化試驗(yàn)段為例，詳細(xì)介紹了該技術(shù)在魚塘路段的應(yīng)用。通過取芯檢測(cè)和其他三種承載力檢測(cè)試驗(yàn)，可得到如下結(jié)論。

(1)對(duì)于高含水率的魚塘、稻田軟土地基，相比打樁、換填等傳統(tǒng)處理方法，就地固化方法具有費(fèi)用低、工期短、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)。

(2)試驗(yàn)段軟土經(jīng)就地固化處理后，在200 kPa的地表荷載持續(xù)作用下沉降僅為0.23 mm，動(dòng)力觸探試驗(yàn)測(cè)得的表層承載力超過390 kPa，能滿足承載力要求，但存在攪拌不均勻現(xiàn)象。同一測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力觸探試驗(yàn)，測(cè)得的承載力隨試驗(yàn)深度增加呈下降趨勢(shì)，且存在“水泥漿硬殼層”現(xiàn)象。

(3)規(guī)范公式[式(2)]不適用于固化硬殼層的承載力計(jì)算，輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)也不適用于固化土。對(duì)于重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，使用二次函數(shù)擬合N63.5-fk曲線較好，式(10)揭示了淺層平板載荷試驗(yàn)P-S曲線與重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)的關(guān)系，可根據(jù)式(11)用淺層平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)推求現(xiàn)場(chǎng)的N63.5-fa曲線擬合公式。