用真空預(yù)壓法加固吹填土地基需要利用大型機(jī)械插入塑料排水板。提出在吹填土上吹填一層粉細(xì)砂形成硬殼層，以提高地基的承載能力，來(lái)滿足插板機(jī)的承載力要求的新工藝。首先通過(guò)小比尺模型試驗(yàn)驗(yàn)證硬殼層地基對(duì)于提高地基承載力的有效性，探討具有硬殼層的地基的承載特性和機(jī)制，采用PLAXIS 有限元分析軟件對(duì)硬殼層厚度與荷載寬度和承載力關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的分析計(jì)算，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與Vesic 公式計(jì)算結(jié)果比較，對(duì)具有粉細(xì)砂形成的硬殼層對(duì)上硬下軟的地基承載力的貢獻(xiàn)做出定量的研究，并給出塑性區(qū)和位移場(chǎng)的開(kāi)展?fàn)顩r，為該工藝提供理論依據(jù)。

　　1、引言

　　隨著天津?yàn)I海新區(qū)的快速發(fā)展，為緩解用地緊張矛盾，大量土地需通過(guò)圍海造陸形成，總面積約為477 km2。圍海造陸所用吹填土一般采用港池和航道的疏浚淤泥，強(qiáng)度及承載力極低，需經(jīng)加固處理才能形成人工地基。采用真空預(yù)壓法對(duì)吹填土進(jìn)行加固時(shí)，首先要用插板機(jī)在吹填土上打設(shè)排水板，但承載力極低的吹填土不能承受插板機(jī)的重力，必須在插板前提高地基的極限承載力。傳統(tǒng)的工藝是通過(guò)2～3 a 晾曬形成一個(gè)硬殼層，再鋪土工布和2 m左右厚的好土(相對(duì)于吹填土而言，指一般的素土)，才能進(jìn)行插板機(jī)的操作。硬殼層曾在公路地基進(jìn)行優(yōu)化處理得到應(yīng)用，也有學(xué)者研究過(guò)硬殼層的封閉作用對(duì)雙層地基承載力的影響。

　　受此啟發(fā)，筆者將硬殼層理論應(yīng)用在吹填土真空預(yù)壓加固的實(shí)際工程中，在吹填土上吹填一定厚度粉細(xì)砂，增加地基的承載能力，來(lái)滿足插板機(jī)的安裝需求。不同于公路地基，吹填土的含水量更高，承載力更低。所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為要對(duì)吹砂厚度H以及插板機(jī)載荷寬度B 進(jìn)行細(xì)致研究，來(lái)保證安全和避免浪費(fèi)。本文通過(guò)模型試驗(yàn)直觀地驗(yàn)證了硬殼層的提高承載力的效果，并分別通過(guò)理論和數(shù)值計(jì)算對(duì)硬殼層的作用機(jī)制進(jìn)行解釋。

　　2、硬殼層地基的承載機(jī)制

　　在強(qiáng)度極低的吹填土上鋪設(shè)粉細(xì)砂，使得地基形成由上下2 層土體性質(zhì)差別很大的成層土。荷載作用于上層硬土?xí)r，會(huì)將應(yīng)力擴(kuò)散至整個(gè)下臥層。而目前規(guī)范上對(duì)于層狀地基承載力的計(jì)算采用擴(kuò)散角的方法，但土質(zhì)的差異性較大，計(jì)算過(guò)于保守。

　　本文結(jié)合Meyerhof，Hanna 和Vesic 對(duì)成層土的特性的研究，提出了相應(yīng)的計(jì)算理論。該理論假設(shè)地基基礎(chǔ)中軟弱土層上部的較硬土層發(fā)生剪切破壞并假定剪切破壞面為豎直向下(見(jiàn)圖1)。

圖 1 Meyerhof-Hanna 的沖剪破壞理論模型

　　6、結(jié)論

　　通過(guò)本文的試驗(yàn)可以直觀發(fā)現(xiàn)硬殼層能夠提高地基承載力。在理論分析和研究計(jì)算結(jié)果后可知，荷載寬度B 與硬殼層厚度H 比值B/H = 0.5 時(shí)，地基承載力最大。有限元模擬土層破壞時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，得到成層土的3 種破壞模式下的硬殼層地基的變形特性，并分析了其破壞機(jī)制。分析表明，在強(qiáng)度極低的吹填土上鋪設(shè)一層粉細(xì)砂可以大大提高成層土地基的極限承載力，這種新工藝不僅能夠滿足插板機(jī)等機(jī)械的施工要求，而且可以立即進(jìn)行吹填土的加固，從而大大縮短了工期。該工藝已在天津?yàn)I海新區(qū)圍海造陸工程中得到廣泛應(yīng)用。