爆炸固结法结合其他方法处理软土地基的探讨

文｜国家知识产权局专利局 材料工程发明审查部 任亮平

软土地基处理存在多种处理方法，爆炸固结法实际上是爆炸结合堆载预压来处理软土地基的方法，即：先软土内设置排水通道，在软土地基表面实施堆载预压，在上覆荷载下实施固结沉降，等到固结后的沉降完全稳定下来，然后在软基中装置适量炸药引爆，借助炸药爆炸造成的剧烈震动，进一步降低软土的强度，从而破坏软土地基的固结平衡，再在上覆荷载下产生附加压缩沉降, 最终达到超载预压的效果。中国铁道科学研究院铁道建筑研究所针对爆炸固结法分别作了现场试验和模型试验[2,3,4,5]，对爆炸固结法处理软土地基的沉降规律、强度变化规律等做了试验性的研究。

本文根据试验结果，分析爆炸固结法处理软土地基的特点，并结合这些特点探讨与其他软土地基处理方法结合的可行性。

1 试验情况介绍

1.1 现场试验

2001年5月, 铁道科学研究院在西南线中铁十六局施工DK299 +500 ～ DK299+550 段，对深层软土地基进行爆炸结合堆载预压处理的现场试验[2,3], 试验场地长30 m 、宽20m , 淤泥质土体深度为1m-7.5 m。试验情况: 堆载预压采用在淤泥质土体上堆填3 m厚填土,淤泥质土体中布置排水砂井,先进性预压沉降，再进行爆炸处理。爆后进行沉降观测，并对土体物理、力学指标进行测量。表1为物理指标、剪切和压缩实验结果，图1为典型沉降曲线。

表1 爆炸前后土体物理、力学指标对比

图1 典型沉降曲线

试验结果表明，爆炸对土体的物理力学指标产生了较大影响，在爆炸前期，通常是在1-2周内土体的物理力学便会逐渐得到一定程度是改善，土体中的含水量以及孔间隙都会相对降低，而土体剪切强度则会进一步增强，其压缩性能也会得到提升。但在后期，土体指标虽继续得到改善，但改善速度较慢。同时，试验在沉降观测时，还观测到爆炸导致土体产生较大侧向位移，说明，竖向固结沉降仅仅是总沉降的一部分。

为了更加明确爆炸对土体物理力学指标在不同阶段的影响，还进行了爆炸后短时间内测量，在爆后1 h 内进行了现场标贯试验对比, 标贯试验情况见表2 。由表2 可知,爆炸作用在短时间内土体的强度未见升高,反而有下降趋势, 这说明爆炸作用使得已经固结平衡的土体结构受到扰动, 土体结构强度降低，重新产生固结沉降，土体的结构强度在爆后一点时间内是要小于堆载预处理后的强度的；在爆后45 d 进行了轻型标贯试验对比, N10击数提高了1.8 倍，说明土体强度因固结沉降而重新恢复、提高。

表2 爆炸前后标贯试验对比表

1.2 模型试验

为进一步探究爆炸固结法处理软土地基的机理，铁道科学研究院又进行了模型试验[4,5]，针对爆炸装置设置上，可以利用钢筋混凝土修建一座内径为2m，高为2.4m的圆形土池子，（见如图2）。在圆形池子内放置饱和淤泥质软土，图3为装药和砂井布置示意图。具体试验操作过程：（1）使用饱和状态含水量为100%淤泥质软土，并装置有排水体，如袋装砂井；（2）气囊加载（模拟上覆荷载堆载预处理）进行预处理，待沉降稳定时，爆炸处理土体；（3）在不同阶段进行强度检测，同时进行沉降观测。

图2 模型试验装置

图3 装药及砂井布置图

沉降-时间曲线如图4所示，静力触探贯入阻力随时间变化如图5、6所示。试验结果观测到了土体强度在爆后短时间内明显降低，随着时间变化土体强度逐渐恢复并增强。结合沉降观测，因此次试验过程中，爆炸池是使用的刚性侧壁，土体难以在水平方向上发生移动，因而观测结果显示的沉降则完全是由排水固结产生的竖向沉降，而不会有横向变形沉降。从而验证爆炸固结法的机理，爆炸扰动破坏土体结构，并形成类似裂隙，在上覆荷载下，土体重新排水固结，形成的结构，土体强度也得到恢复、提高，达到加固软土地基的目的。

图4 沉降-时间曲线

图5 贯入阻力在不同时刻变化图

1.3 试验总结

综合现场试验和模型试验，可以看出，爆炸固结法处理软土地基，在爆后短时间内可以破坏土体结构，产生大量排水，但在处理后期，土体的沉降以及物理、力学指标的变化趋近于常规的堆载预压或超载预压，但在土体强度的恢复、提高上，其效果还有待确定。

2 与其他方法结合的探讨

对于软土地基，应注意其两个特性，其一是触变性：软土未受破坏时常具一定的结构强度，但一经扰动，结构破坏，强度迅速降低甚至变成稀释状态。软土的这一性质称触变性。这在现场和模型试验中，也得到了进一步地证实，并且，爆炸固结法也是利用软土这种特性。其二是流变性：是指在持续荷载作用下，土的变形随时间而增长的特性，结合爆炸固结法，爆炸后土体在上覆荷载下重新排水固结沉降，达到平衡后，理应可以进行施工，但由于其流变性的特点，会有可能继续产生变形沉降。试验中观测到土体强度在后期反而略有下降的情况也印证了该特性。因此，采用爆炸固结法处理软土地基，一是在爆炸后仍要较长时间来进行堆载处理，二是处理效果上，尤其是土体强度的变化情况仍有待确定。

常规的软土地基的处理方法中有采用灌入固化物处理的方法，比如常见的深层搅拌法，该方法在固化剂使用上采用的水泥系，然后在地基深处借助深层搅拌机把软粘土和水泥浆强行搅拌在一起，产生水泥加固土，使得地基土物理力学性能发生改变，以便于能够进一步加强地基承载力，实现加固软土地基的目的。针对爆炸固结法的特点，其在爆炸初期土体强度会急剧下降，同时产生大量排水，可以考虑两者的结合：在爆炸后，立即进行深层搅拌法的施工，一是可以大大减小深层搅拌机的搅拌阻力，二是固化剂可以很好的与地基大量排水发生水化反应；同时，土体的排水可通过固化剂吸收拌和为水泥土，而无需再排水，可以考虑减少甚至取消排水体，如：砂井的布置。采用爆炸固结法结合深层搅拌法，充分利用了两者的特点，相对于单独采用各个方法，可以减少施工量、缩短施工周期，由于处理后形成水泥加固土，即彻底改变了土体性质，也会克服常规软土地基流变性的缺点，提高处理效果，这种结合方法针对饱和软粘土尤为适用。

3 小结

采用爆炸固结法结合灌入固化物处理的方法，如深层搅拌法，是根据爆炸固结法的现场试验和模型试验的结果，结合各方法的特点，针对饱和软土的特点，针对性提出的相结合的软土地基的处理方法，其具体处理步骤以及实际效果，还需通过试验进行验证。