一、选题依据
软粘土是软弱性粘土的简称，又称软土，其特点是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差。在荷载作用下，软粘土的承载能力低，地基沉降变形大，且存在较严重的沉降差异问题。为保证工程质量，在实际工程中软粘土地基应采取合理有效的方法处理。我国的软土主要分布在东南沿海及各大江大河的入海三角洲冲积平原地区，从北至南有天津塘沽、连云港、上海、宁波、温州、福州、珠海、深圳等地。内陆主要是湖沼或者山谷冲积而成，分布范围较小，不成片分布。因此，软基处理一直是人们十分关注的课题。
明达工业(太仓)有限公司软基处理工程为江苏省重点项目。明达工业(太仓)有限公司新建厂区位于太仓市浮桥镇，为通港路以北，滨江路以西的地块，拟建的一期工程，占地面积为447亩，平面为长方形。本工程为工业工厂，设施包括厂房、仓库、办公楼、宿舍楼、辅助建筑物等。
该拟建场地位于长江三角洲前缘，其地貌属于冲击平原类型。场地地势平坦，场地内分布有河网密布；场区地面标高在1.52～2.93m之间。地表浅层为软弱的淤泥质土，含水量大，孔隙比大，承载力低，变形量大。如果不对其进行处理，地基承载力达不到设计要求，而且会产生较大的不均匀沉降，影响将来场区的正常运营，必须采取合理有效的地基处理方法对其进行处理。
对于本工程，采用预处理动力固结法进行加固处理，预处理工艺采用真空降水，强夯法又称为动力固结法，故本次预处理动力固结法即为真空降水联合低能级强夯，可简称为降水强夯法。场区软土在真空降水下，一方面使地下水位下降，造成对土体的预压加固，使软土中的部分空隙水排出，空隙减小；另一方面又降低了软土的含水量，为后续的低能量强夯创造不发生橡皮土的条件。强夯法是一种经济高效的地基处理方法，利用夯锤自由落下的动能在土体中转化成很大的冲击波和高应力，从而提高地基承载力，降低压缩性，提高均匀性，改善起抵抗震动液化的能力等。
本项目为国家建设部科研攻关基金资助项目高能级强夯地基加固机理工法研究与专用机械研制(编号：04-2-016)；现代建筑设计集团基金项目高能级强夯与预处理动力固结法研究(编号：2004-结-地-03)的一部分。
二、文献综述
国内外研究现状分析
1、强夯法
强力夯实法(简称强夯法)亦名动力固结法，是一种快速加固地基的方法。这种方法是60年代末法国梅那技术公司(Louis Menard Technique)首先开创的。它是将很重的锤一般为100~400kN)提起从高处自由落下(落距一般为6~40m)，以冲击荷载夯实软弱土层，使地基受冲击力和振动，土层被强制压密，从而提高地基土强度，降低土层的压缩性，改善土的振动液化条件，以达到地基加固的目的。
强夯法自70年代开始工程应用以来，以其机械设备简单、施工组织管理方便、加固效果显著、工程投资少等优点，很快引起世界各国工程界的注意。如今强夯法加固地基的应用范围已由最初的砂性土和碎石土发展到处理各种杂填土、湿陷性黄土、一般粘性土、软土以及工业生活垃圾等各种地基，成为常用的经济简便的地基加固方法之一。
我国于1978年首次由交通部一航局科研所进行了强夯法试验研究；1979年8月又在秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验和强夯加固施工，效果显著；同年，中国建筑科学院在河北廊坊机械化研究所宿舍工程中也进行强夯法处理可液化砂土和轻亚粘土地基的野外试验研究，也取得了较好的加固效果。通过上述试验研究及实际工程应用，初步总结出一套适合我国情况的强夯工艺，在我国地基加固领域里填补了一项空白，促使了强夯法在我国的广泛应用。
强夯法的基本特征表现为:①强夯法处理后的地基可使土的压缩性明显降低，不同程度地提高了地基土承载力；②强夯处理能使地基强度趋向均匀，有效消除不均匀沉降；③与其他夯击法相比，强夯法夯击能量大，可根据地基处理要求来确定夯点间距、夯击能量及夯击方法，特别使地基深处土体性能得到改善；④施工中必要的夯击能量可以分几遍完成强夯法施工设备简单，无需加固材料，费用低，周期短，具有广阔的应用前景。值得注意的是强夯法的适用范围与其土质及地质构造均有关，条件适当时可以有效加固软基。由于对强夯加固软基的机理、效果、设计计算方法与工艺措施的研究仍不全面和透彻，故强夯工程实验与观测分析是必要的。
2、真空降水
真空堆载预压法是一种新型的地基处理方法，最早是瑞典皇家地质学院Kjellmen于1952年提出的。国内1958年天津大学就开始进行真空排水固结的室内试验研究。在早期，由于工艺上存在问题，导致真空预压未能在工程中应用。直到80年代，交通部一航局、天津大学和南京水利科学院等单位对这项技术进行室内和现场试验研究，取得了成功经验，膜下真空度可以达到85~92kPa，并成功地将这项技术应用于天津新港软基加固工程中。此后，真空预压法在工程中得到了推广应用。
目前，我国在抽真空设备的研制、真空预压施工工艺的改进、真空度和预压时间的控制、设计计算理论的发展等方面均取得了进步，解决了很多技术难题。真空预压已作为较成熟的技术在港口、公路、铁路、能源、房屋建筑工程中得到了成功应用。
3、真空降水联合低能级强夯法
真空降水联合低能级强夯法是采用由真空降水和低能级强夯两道工序组成的施工工艺，其中：真空降水是由改进后的真空井点对加固范围内的地基进行强排水，这种设备功率比常用轻型井点大得多，可产生较大排气量和较高的真空度，即使在渗透系数较低的粘土中，也能通过形成的新水头梯度来加快地下水的渗流；低能级强夯主要采用锤击，即通常的强夯法。通过对上述两道工序的多遍循环，可达到加固地基的目的。真空降水联合低能级强夯法的特点：一是夯击前采用真空降水，可降低地下水位、减小被处理土体的含水量和饱和度等，使地基受击后，地下水位以上土体可产生较大的压缩变形，地下水位以下土体可减小土体中的超孔隙水压力；二是夯击后采用真空排水，以加快超孔隙水压力消散，此外，结合每遍夯击的间隔时间，可尽量避免弹簧土的形成；三是通过调整夯击力等参数，使浅层地基达到较高的密实度；四是大面积加固，对地基有一定的降水预压作用。
真空降水联合低能级强夯法的加固机理是以不完全破坏土体结构强度为前提，根据土体强度提高情况，逐步增加能量的动力固结。通过设置竖向排水和表面水层排水等主动排水法，使之在土体中形成微裂缝排水。因此，强夯能量的控制应掌握以下原则：激发土体孔压，并使土体产生微裂缝，但又不完全破坏土体结构强度，不形成橡皮土先轻后重，少击多遍，从上至下，逐步增大加固深度与范围。
4、强夯处理地基的检测
4.1静力触探试验
静力触探(cone penetration test)自1917年雅典正式以来，至今已有80年的历史。静力触探是通过一定的机械装备，将一定规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断、分析、确定地基土的物理力学性质。
静力触探的主要优点是连续、快速、精确；可以在现场直接测得各土层的贯入阻力指标；掌握各土层原始状态(相对于土层被扰动和应力状态改变而言)下有关物理力学的性质，这对于地基在竖向变化比较复杂，而用其他常规勘探手段不可能，能大密度取土或测试来查明土的变化；对于饱和砂土、砂质粉土以及高灵敏度软粘土层中钻探取样往往不易达到技术要求，或者无法取样的情况；用静力触探连续压入测试，则显出其独特的优越性。但是，静力触探也有不足之处：不能对土层进行直接的观测、鉴别；由于稳固的反力问题没有解决，测试深度不能超过80m；对于含碎石、砾石的土层和很密实的沙层一般不适合应用等。
4.2瑞雷波检测技术
瑞雷波(面波)检测是一种新型的无损检测方法，通过在地表进行地层波速测试，瑞雷波在地面表层传播，频率不同，影响的地层深度也不同。因此，在同一地段测出一系列不同频率的波，就可得到一条频散曲线，通过频散曲线的分析、反演优化，可对地下构造进行解释。利用瑞雷波检测是基于瑞雷波的两个特性:一是在分层介质中传播时的频散特性；二是传播速度与介质物理性质的密切关联性。
4.3平板载荷试验
载荷试验是一种最古老的地基土原位测试技术，它实际上是模拟建筑物基础受荷条件的现场模拟试验。该方法是在刚性承压板上加荷，测定天然埋藏条件下地基土的变形，可测定地基土的变形模量、评定地基土的承载力及预估实体基础的沉降。对于不能用小试样试验的各种填土、含碎石的土等，最适宜于用载荷试验确定压力与沉降的关系。但载荷试验一般受荷面积较小，加荷影响深度不超过承压板边长(或直径)的2倍。试验点的数量≮3点，当其极差不超过平均值的30%时，可取平均值作为地基承载力标准值。平板载荷试验(PLT)只反映承压板下1.5～2.0倍承压板直径或宽度范围内地基土强度、变形的综合性状，但它是最直接、最可靠的试验方法，其他试验手段的结果均以载荷试验的结果为参考依据。
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三、设计(论文)内容
1、软基处理技术的比选
软弱地基的加固处理，按其原理和作法的不同，可分为以下九类：换(填)垫层法、预压法、强夯法、振冲法、挤密桩法、砂石桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、托换法。适合本工程地基处理的方法有预压法、强夯法、碎(砂)石桩法、深层搅拌法等。
在同样满足地基设计要求的情况下，真空降水联合低能级强夯在造价上比其它常规软基处理方法要来的经济的多。并且真空降水联合低能级强夯具有工期短、加固效果好、工艺简单等优点。
2、方案设计
拟通过本次地基加固处理达到的目标是：
(1)地基承载力不小于120KPa，6m以内软弱层地基承载力提高30%以上，有效加固深度6m，影响深度8m。
(2)在50KPa均布荷载作用下，长期总沉降量小于30cm，不均匀沉降控制在1以内。
(3)处理过程消除沉降量不小于70cm。
在以上加固要求下，根据规范规定进行强夯工艺参数的设计。
3、施工过程的监测数据分析
3.1地面沉降观测
布置15m15m的地面沉降测点方格网，测量强夯前、第一遍强夯后、第二遍强夯后和满夯后的地面平均沉降情况。以动态了解土体加固效果，及时调整施工工艺和参数。
3.2孔隙水压力监测
强夯时地基土体受到冲击荷载发生瞬时的压缩和挤密，孔隙减少，孔压升高，随着孔压消散，土的有效应力增加。若土体的渗透性较差时，冲击产生的超孔隙水压力不易消散，就会在饱和细粒土中产生较大的超孔隙水压力，对地基构成潜在的不稳定因素，也降低了夯击的效率。通过孔隙水压力观测，以便及时了解强夯加固效果，调整确定最大夯击能，两个夯击点之间的间距以及前后两夯击遍数之间的间隔时间，确定最佳夯击击数等施工参数。
3.3地下水位监测
对降水及强夯过程中的地下水位变化进行动态观测，了解降水效果，根据实际情况确定最优降水方案。
4、夯后地基的检测
强夯处理的地基，其强度是随着时间增长而逐步恢复和提高的，因此在强夯施工结束后，应间隔一定时间方能对地基质量进行检测。其间隔时间可根据土的性质而定，时间越长，强度增长越高，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取1～2周；对低饱和度的粉土和粘性土地基，可取2～4周。
在对强夯法加固后地基的检测，要求一般性工程场地采用两种或两种以上手段检测，对大型工程应进行大压板载荷试验。在检测数量方面，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检测点不少于3处；对于复杂场地或重要建筑物，应增加检测点数。检测深度应不小于设计处理深度。
4.1钻孔取样及室内土工试验
4.1.1试验目的
取得土的含水量、孔隙比、压缩系数、压缩模量、渗透系数等指标。
4.2静力触探试验
4.2.1试验目的
通过贯入阻力的变化，达到了解土层工程性质的目的。
4.2.2试验方法
试验时，用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头的传感器，通过仪器将探头的贯入阻力记录下来。
4.3瑞雷波(Rayleigh)测试
4.3.1试验目的
通过夯前、夯后瑞雷波测试，对比前后频散曲线变化，判定强夯有效加固深度和影响深度。
4.3.2试验方法
根据检测方案和测试内容布置激震器，在震源同一侧以一定间距布置检波器以接收波，在整个场区布置多条测线，根据DZ/T01701997《浅层地震勘查技术规范》的规定进行检测。瑞雷波现场测试工作于夯前、夯后分别进场1次，采集数据进行前后对比，比较夯前、夯后的不同。
4.4平板载荷板试验
4.4.1试验目的
通过试验确定地基承载力、压缩模量是否满足设计要求。
4.4.2试验方法
试验时，用一定面积的承载板向地基施加竖向荷载，观察地基变形和破坏现象。本次夯后共进行3组平板载荷试验，分夯间、夯点进行，试点编号分别为(夯间)、(一遍夯点)、(二遍夯点)，测点布置见附录。载荷板面积为0.7m0.7m，最大加载量按设计要求地基承载力特征值的2倍加载，即为240kN。
载荷试验要求如下：
a.试验在夯后地面以下20～30cm处进行，保持试验土层的原状结构和天然湿度，在拟试压表面用超过10mm厚的中粗砂找平。
b.加荷等级为10级，最大加荷量为2倍设计荷载。每级加荷后按间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔半小时读一次沉降，连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，可加下一级荷载。
c.在试验时出现承压板周围的土明显的侧向挤出或出现裂缝和隆起，沉降急剧增大，荷载～沉降曲线出现陡降段；或在某一荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；或s/b大于等于0.06(b为承压板宽度或直径)，可以终止加载。满足其中一条时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。卸载时按三倍加载分级进行，并测读残余沉降量。
d.承载力确定可按p～s曲线上有明确的比例界线所对应的荷载值，或取s=0.01b、0.02b、0.03b所对应的荷载值。
4.5检测结果分析
根据上述检测得出强夯后的各项指标，在加固深度、地基承载力等方面验算本次地基加固处理是否达到预期效果。
5、施工工艺与技术参数的优化
根据夯后的检测数据以及施工期间的检测数据，进行施工工艺以及技术参数的优化。
四、工作计划
20xx.4.16至20xx.4.22参考资料清单
20xx.4.23至20xx.4.29文献综述，英文参考文献翻译
20xx.4.30至20xx.5.7开题报告
20xx.5.8至20xx.6.10数据图表及结果分析
20xx.6.11至20xx.6.17论文初稿
20xx.6.18至20xx.7.1论文修改稿
20xx.7.2至20xx.7.6论文答辩
