十字板强度在确定真空预压验收标准中的实际应用.pdf
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1、第5 卷第3期2023年5 月D0I:10.3785/j.issn.2096-7195.2023.03.009地基处理Journal of Ground ImprovementVol.5No.3May2023十字板强度在确定真空预压验收标准中的实际应用孙锐,单晓辉*(化学工业第一勘察设计院有限公司,河北沧州0 6 10 0 1)摘要:针对当前真空预压施工质量验收中出现强度低、难以验收的问题,本文讨论了在设计阶段如何合理确定验收标准,尽量避免此类问题发生。提出了应用实测十字板测试数据,确定处理后地基土强度验收标准的必要性。提出了用十字板随深度回归值线估算初始值,迭代运算淤泥土内摩擦角,进而推算预
2、压后地基强度的方法。对于现行标准基于有效固结应力法,计算的土体固结产生的强度增量大于实测结果,实际工作中应该如何应用的情况,建议依据处理前十字板随深度回归值线直接预估处理后增长的强度,作为处理后最低要求的观点,方便行业内实际操作。对真空预压设计单位给出了相应建议,不能只要求固结度、地基土承载力特征值等主要参数,还应规定对应深度的十字板应达到的抗剪强度及最低值,以指导施工,方便参建单位多方验收。关键词:真空预压;十字板强度;回归直线;迭代法;内摩擦角;验收标准中图分类号:TU47Practical application of vane strength in determining accep
3、tance(First Survey and Design Institute of Chemical Industry Co.,Ltd.,Cangzhou 061001,Hebei,China)Abstract:Aiming at the problems of low strength and difficulty acceptance in the current period of vacum preloadingconstruction quality acceptance,this work discusses how to reasonably determine the acc
4、eptance standards in the designstage to avoid such problems as much as possible.The necessity of applying the test data of the vane plate to determinethe acceptance standard of the strength of the treated foundation soil is developed.A method of estimating the initialvalue with the regression value
5、line of the vane plate along with the depth is proposed,then iteratively calculating theinternal friction angle of the silt soil,and finally estimating the method of the foundation strength after preloading.Thestrength increment of soil consolidation calculated based on the effective consolidation s
6、tress method in the currentstandard is greater than the measured results.Therefore,this paper proposes to directly predict the growth intensity aftertreatment according to the regression value line of vane plate before treatment with depth,as the minimum requirementafter treatment.Some suggestions a
7、re proposed for the vacuum prepressing design company:not only the characteristicparameters of consolidation and foundation soil bearing capacity;also the shear strength and the lowest value that thevane plate at the corresponding depth should be specified to guide the construction and facilitate th
8、e acceptance of theparticipating companies.Key words:vacuum preloading;vane strength;regression line;iterative method;internal friction angle;acceptancecriteria0引 言真空预压法是处理淤泥、软黏土常用的一种施工收稿日期:2 0 2 2-0 7-14作者简介:孙锐(19 7 1一),男,河北沧州人,高级工程师,主要从事岩土工程检测及监测工作。E-mail:。*通信作者:单晓辉(19 7 4),男,河北沧州人,高级工程师,主要从事岩土工程勘
9、察工作。E-mail:。文献标识码:Astandard of vacuum preloadingSUN Rui,SHAN Xiao-hui*文章编号:2 0 9 6-7 19 5(2 0 2 3)0 3-0 2 48-0 7工艺,处理后可以消除土体自重固结造成的较大沉降量,改善土体的物理力学性质指标,提高土体的承载力水平,从而路基和一般建筑物基础可直接利用天然第3期地基土作为基础持力层,消除桩基负摩阻等。但如果处理不好,如加固后土体仍然是流塑状,实测十字板强度很低,后期施工机具进场和行进将非常困难,基坑支护费用较高,桩基施工也容易出现挤土效应,产生一系列问题,为此该工艺参数选择,确定验收标准、
10、检测手段等是必须面对的工程问题。1确定十字板强度验收标准的必要性近些年来发生了不少真空预压质量事故,尤其是沿海地区围海造地,大面积应用该工艺处理淤泥,当地政府为缩短后期建设周期,自己组织设计和施工单位进行真空预压,处理好再交付建设单位使用。后期检测单位提供检测报告显示预压处理期间的地基沉降较大,加固效果明显,土体固结度满足设计要求,多方验收合格,交付建设单位使用。但是后期建设单位进场后,勘查发现场地依然是强度很低,不满足施工机具行进条件,为此不得已采取翻晒换填措施,甚至再次使用真空预压处理,造成工期延长、工程造价提高的现象。笔者参与了几次类似项目的方案论证,发现存在问题有:预压前勘察资料不完善
11、,设计参数确定不够合理,施工质量控制不严格以及检测单位没有客观公正评价等;更主要的是设计单位只要求了固结度,没有对地基土强度提出要求;还有提到了处理后地基土承载力特征值不小于某个数值,但基于当前勘察测试技术,行业内难以具体操作。当前真空预压加固效果评价检测方法主要采用平板载荷试验、十字板测试和土工试验3种测试手段 ,也有些项目要求进行静力触探试验。检测单位一般做法是:对于浅部的土层,采用载荷板试验确定承载力;对于载荷试验影响深度以下的土层,依据十字板试验、静力触探试验以及土工试验来确定承载力。现行国标建筑地基基础设计规范(G B5 0 0 0 7 一2 0 11)2 提出承载力特征值标准定义,
12、承载力特征值是“载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性段内规定的变形所对应的压力值”,由于该规范是母规范,其他相关的标准都应遵循。其他理论计算、查表及原位测试得出的承载力特征值都是建立在大量对比数据统计后的推算结果。现场检测时表层用载荷板试验获得的承载力达到了设计要求,下部土层十字板强度虽然很低,但由于难以用载荷试验验证,部分检测单位提出的检测结论依然是预压后地基土物理力学指标改善明显,载荷板试验承载力满足设计要求,回避了深层强度问孙锐,等:十字板强度在确定真空预压验收标准中的实际应用者结合现场数据举例说明。某真空预压工地预压前岩土勘察资料8 显示,地表10 m内分布吹填淤泥及淤泥质土强度较低,
13、含水率较高,最高部位为地表下3m处,达到6 0%,预压前地基土物理力学指标见表1。预压前实测十字板数据见表2。通过土工试验求得的cu=6.8受土样样本的结构扰动、土样试验受力环境和原位受力环境差异性249题,这也就是前述事故产生的主要原因。行业内共识采用原位十字板剪切试验是评价软土强度的最有效方法3-4,但下部土层是用十字板强度确定承载力。由于地域经验、土质情况及参照标准不同,十字板强度取值不同,从而影响评价效果3,5-6 。为此在设计时提出经过真空预压处理后对应深度的十字板抗剪强度,明确了加固的目的,尤其下部土层十字板抗剪强度的重要性。这样检测单位便于实际实施,同时兼顾了土体不均匀、工艺适宜
14、性等现实情况,也便于参建单位竣工验收。2现行行业标准规定当前设计单位计算预压荷载下饱和黏性土地基中某点的抗剪强度,按下式7 计算:Tn=tro+AozUtanpcu式中:t为t 时刻,该点土的抗剪强度,kPa;t r o为地基土天然的抗剪强度,kPa;o z 为预压荷载引起的该点附加竖向应力,kPa;U t为该点土的固结度;cu为三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角,。Tfo由计算点土的自重应力和三轴固结不排水试验指标cu计算或由原位十字板剪切试验直接测定。规范7 对应条文说明也指出:“饱和软黏土根据其天然固结状态可分成正常固结土、超固结土和欠固结土。显然,对不同固结状态的土,在预压荷载下
15、其强度增长是不同的,由于超固结土和欠固结土强度增长缺乏实测资料,本规范暂未能提出具体预估方法。”3实际应用真空预压工艺处理的淤泥多数是欠固结状态,经过真空预压,卸载后,土体前期固结压力大于自重应力,又属于超固结状态。对此,计算公式(1)用于估算卸载后的强度又该如何运用呢?在此,笔(1)250较大等诸多因素的影响,与实际有差距,且预压前淤泥多属于欠固结状态,因此采用十字板抗剪强度Table 1 Summary of geotechnical experimental results(before preloading)土样编号取土深度/m含水率/%孔隙比液限/%塑限/%塑性指数液性指数黏聚力/k
16、Pa内摩擦角/()Z02-011.01.5Z10-011.01.5Z02-022.02.5Z03-022.02.5Z10-022.02.5Z02-033.03.5Z09-033.03.5Z10-044.04.5Z03-055.05.5Z09-055.05.5Z06-066.06.5Z09-066.06.5Table 2Summary of strength of undisturbed soil of Tane Shear Test before preloading深度/m112.7 2.32.64.5 4.922.32.43.44.35.933.22.94.17.143.73.77.07.
17、38.75.155.65.67.86.869.6711.916.3 10.411.2816.010.4922.61017.43.1回归曲线法估算cu初始值本工地预压前实测16 个孔的十字板数据,测试深度为10 m,预压前十字板试验原状土强度最低为0.6 kPa,最高为2 3.4kPa,具体见表2,统计后十字板标准值为5.7 kPa。按照浮重度7 kN/m3将表2 中的深度转换成测试点对应的自重应力,统计的实测值的回归直线,见表3,其斜率为7.1,截距为1.2 kPa,对应图1中A线。将测试数据和A线比较,浅层测试强度偏高,而2 m以下基本接近,这主要是因为地表存在硬壳层10-1。为此去除这些异
18、常值,统计5 m内的数值,地基处理推算实际强度比较合理9 。数据具体如何确定,下面逐步分析。表1土工试验汇总表(预压前)54.61.5154.41.5144.21.2156.71.5550.81.4160.61.8249.81.3749.31.3456.01.6240.41.1356.81.6653.11.51表2 预压前十字板试验原状土强度汇总表2310.121.3 19.721.3 23.420.814.618.4统计随自重应力增长的结果见图1中的B线,斜率为8.9,截距为0.3kPa。强度/kPa0.0.0.32.0025101520253540Fig.1 Calculation of
19、preloading strength increase2023年5 月固结快剪34.918.332.817.532.517.438.619.730.216.536.118.737.919.432.017.235.818.629.116.135.419.941.720.8孔号453.9 2.9 2.71.12.2 2.7 2.01.21.32.01.93.32.48.13.23.2 2.41.61.73.32.85.1 3.01.3 2.34.03.0 2.32.16.24.23.97.516.76.49.67.512.97.89.916.615.315.118.913.717.418.514
20、.817.213.015.520.96782.192.411.771.962.502.411.642.172.171.872.381.559101.31.61.3 2.92.0 2.21.51.74.55.93.92.13.87.08.38.611.721.020.94.0AB图1预压强度增长计算示意图19.013.012.015.0111213141516平均2.52.63.54.66.93.45.07.011.96.08.07.414.68.77.1kPa5.99.911.019.319.317.9一实测值回归直线A一选代计算初始值B强度增长估算值C第3期自重应力/kPa实测值/kPa07
21、142128353.2选代法计算内摩擦角cu依据式(2)9,12】及图2 计算cu:tanpcu=3Su/(1+2Ko)op Ko=1-sin(1.2cu)p=(d-d)式中:Su为Su-d回归直线上任意点处的十字板强度,kPa;K o 为土的静止土压力系数;op为对应于Su所在深度d处的有效自重压力计算值,kPa;d 为回归直线在d轴上的截距,应区分正负,地面以上为负,以下为正。FSo70硬壳So软黏土d图2 cu计算示意图Fig.2 Schematic diagram of calculation Pcu计算cu值时,使用迭代法运算。在此用图1中B线,斜率为8.9 作初始值迭代计算,表4为
22、计算数据,迭代差值最小值对应于为1112,在此取11.5,即三轴固结不排水试验指标cu=11.5,对应图1中的C线斜率。3.3确定 tro式(1)中to可用处理前原位十字板试验测定,实际操作时,由于土体的不均匀,表层有硬壳,数据离散,且十字板强度与深度存在相关性,故采用实测数据统计出的回归直线,即图1中的A线,用式to=1.2+xtan7.1将自重应力代入计算,处理后,地下水位不小于1.0 m,土体重度取17.0 kN/m3,处理深度为10 m,具体计算结果见表5。孙锐,等:十字板强度在确定真空预压验收标准中的实际应用表3预压强度增长计算Table 3 Calculation of prelo
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