预压理论在强夯处理山区高填方地基中的应用

强夯法处理地基加固效果显著，设备简单，施工方便，在国内外已广泛应用于公路、码头、机场及工业与民用建筑地基中。在山区填方地基中，填方深度大、强夯有效加固深度有限是强夯应用的瓶颈。山区地基填土以开山泥岩或砂岩碎块石为主，渗透性良好，孔隙水压消散时间短，为填土在附加应力作用下强度指标提高提供了有利条件。

本文在强夯地基工程实践中引入上部有效加固土层对下部弹性区域土层的预压作用，一定条件下提高了强夯的可加固深度。从而扩大了强夯法在山区高填方地基处理中的应用范围。 

在实际工程中，通常取附加应力与土自重应力的比值为0.1的深度作为在该附加应力下受压层的计算深度。不难看出，在一般多层建筑物自重作为附件应力条件下的计算深度难以超过强夯有效加固深度。从而在高填方地基上的建筑物建成后的沉降变形主要由强夯有效加固深度以下的弹性区域自重固结产生。

将强夯有效加固土层作为预压荷载施加到下部弹性区域土层时，将对下部土层产生超孔隙气压力和孔隙水压力。超孔隙压力会随时间增长而消散，这个过程将导致下部弹性区域土层体积减小或沉降。在强夯处理地基中考虑这个固结过程，可在一定条件下降低强夯有效加固深度以下土层的自重固结，从而降低建筑物在建成以后因这部分土体自重固结引起的沉降变形。 

 Terzaghi(1943)导出了饱和土一维固结的经典理论，将饱和土的本构方程与流动定律结合起来，用本构方程描述应力状态变化同土结构变形之间的关系。

重庆某工程为4层框架结构，地基填方深度约15米，填土以泥岩碎块石夹粉质粘土组成，泥岩碎块石约占50％~70％，填方时间约10个月。原始地貌距设计标高约8米。拟采用4000kN.m点夯夯击能对地基进行加固处理。试夯有效加固深度为8米，难以满足工程需要，有效加固深度以下土层的自重固结为影响房屋变形的主要因素。 

在地基变形计算中常常需要假定一个固结度，求得达到这个固结度所需要的时间。因土体的固结往往需要几十年甚至更长的时间，工程中我们采用达到75％固结度的地基土近似认为固结已被消除。

本工程试夯区采用深层沉降环对上部8米填土填筑后，下部7米填土的沉降变形进行测试。下部填土的总沉降量采用规范法进行计算。 

为测试下部填土的固结时间。在20m×20m的试夯区内均匀设置9个深层沉降观测点。沉降测点设置在下层7米填土表面，在进行8米填土过程选取具有代表性的3个观测点数据如表1。

 深层沉降观测数据

可以看出，强夯有效加固深度内填土作为预压荷载施加给下部土层后40天可以使该土层平均固结度超过75％。这样，通过强夯有效加固层内土对下部弹性区域土层的预压作用，有效消除了下部弹性区域土层自重固结，在一定条件下增加了强夯可加固深度，目前该工程已正常使用一年，最大沉降量仅12mm，最大不均匀沉降量仅3mm。

工程实践证明，强夯有效加固层对下部弹性区域土层的预压作用明显，8米有效加固深度内填土可在40天以内使下层7米填土的自重固结消除75％左右，采用预压非饱和土固结理论提高强夯处理山区碎块石高填方地基可加固深度，具有很大的经济效益。