钙质砂地基加固方法效果对比研究

李可良 赵良才

(1.陆军工程大学 国防工程学院爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007； 2.63850部队，吉林 白城 137000)

0 引言

我国南海诸岛绝大部分是由珊瑚礁构成的，礁体通常由上层松散无胶结或弱胶结的砂砾层(主要为钙质砂)和下层固结成岩的次生或原生礁灰岩组成，厚达2 000 m以上。钙质砂主要来源于珊瑚类和其他海洋生物的残骸沉积，因此保留了原生生物骨架中的细小孔隙。钙质砂颗粒形状不规则、易破碎，且具有一定的胶结特性，与陆源砂相比有明显差异[1]。

1 钙质砂地基工程特性

Coop[2]研究指出，钙质砂与石英砂相比具有高压缩性，压缩特征与黏土相似，符合剑桥模型。刘崇权等[3]对我国南海南沙永暑礁的钙质砂进行了压缩试验，印证了钙质砂具有与黏土类似的压缩性，但机理不同，钙质砂压缩过程中的变形几乎是不可恢复的塑性变形。张家铭[4]对钙质砂进行了一维和等向压缩试验，同样验证了钙质砂的压缩特性同正常固结粘性土相似，低压阶段，颗粒间相互调整位置，而高压阶段，颗粒产生破碎。王新志等[5]发现，相同密实度的钙质砂承载力和变形模量比石英砂大得多，变形量则小得多，且沉降稳定快。

钙质砂的剪切性质通常用三轴试验来研究，钙质砂强度指标较高，有微小的粘聚力，c≈10 kPa；内摩擦角较大，一般大于35°，有的甚至大于50°；摩尔包络线呈现出随围压升高而变缓的非线性特征。Coop[2]研究表明，在低围压下，根据初始孔隙比的不同，钙质砂的排水剪可能剪胀，也可能剪缩；高围压下，钙质砂的排水剪都是剪缩。Fahey[6]与Coop的结论类似，认为钙质砂排水剪，在低压下，初期的响应是刚性，随后出现一个屈服点，然后是应变硬化阶段；而高压下，初期反应较弱，没有明显的屈服点。张家铭[4]的研究表明，钙质砂固结不排水剪的应力应变关系曲线与固结排水剪有明显的差别，排水剪应力应变曲线一般为缓变型，而不排水剪在剪切开始后，偏应力在很小的应变范围内就陡升至围压的2/3，然后才缓慢上升到峰值。

2 分层碾压法

目前钙质砂地基加固的方法最常用的是分层碾压法，即用冲击碾对砂层进行碾压，达到施工控制预期效果后，再进行分层回填和碾压，逐步形成硬化的人工加固层。分层碾压法技术非常成熟，在钙质砂地基处理实践中应用较多，效果良好。但是该方法施工周期较长、工序也较复杂、加固深度和效果有限，不适合钙质砂地基的大面积处理。

3 强夯法

贺迎喜等[7]结合沙特吉达RSGT码头修建项目，利用吹填珊瑚礁砂作地基填料(厚6 m～15 m)，采用强夯法进行加固处理，结果表明，强夯法能使土体在7 m～9 m范围内形成超固结硬土层，深度6 m范围内N63.5平均值由10击左右提高到25击左右，有效提高了地基承载力和抗液化能力；随后邱伟建等[8]进一步利用加固后地基的标贯SPT数据对沉降进行了分析计算，得出沉降满足要求。王建平等[9]采用高真空击密法对珊瑚碎屑地基进行加固，利用“压差”原理进行降排水，不仅有效降低了强夯间歇时间，从而缩短了工期，同时，降水过程提供了约40 kPa的降水预压荷载，进一步增大了施工的影响深度。

4 振冲法

贺迎喜等[7]在沙特吉达RSGT码头修建项目中对珊瑚礁砂地基也进行了振冲挤密加固，结果显示振冲挤密法加固深度达16 m，一般区域深度的土层，CPT端阻平均值由原来不足3 MPa，大大提高到15 MPa。余以明等[10]对振冲法的不同工艺进行了现场对比试验，认为加密振冲点位，选择较粗的吹填料进行回填置换，可使软弱夹层变密实，珊瑚砂地基承载力明显提高。

5 加固效果比较

檀会春等[11]以苏丹港新集装箱码头后方堆场地基处理工程为依托，分析了振动碾压和强夯两种加固方法对珊瑚回填料的加固效果，两种方法均能使地基回弹模量值大幅提高，加固后回弹模量、CBR值、SPT击数，强夯法加固效果均略优于振动碾压，振动碾压法加固处理深度较小，仅0.5 m左右，强夯法(500 kJ)加固处理深度约为2 m。王建平等[12]采用强夯法和两点振冲法对钙质砂地基加固进行了对比，结果表明，表层3 m范围内，两种方法加固后的土层标准贯入锤击数提高幅度差不多；但地表以下3 m～6 m，强夯区提高幅度下降明显，可能存在砂土液化的问题，6 m以下能量衰减迅速，处理效果差；振冲区加固效果沿深度方向没有衰减，均匀性更好，此外，两点振冲法对礁盘破坏更小，因此两点振冲法优于强夯法。

余东华等[13]在对珊瑚礁回填料进行加固处理时，采用了强夯联合振动碾压法，此方法能把表层加固和一定深度范围内的深层加固结合起来，地基承载力由40 kPa～130 kPa提高至约400 kPa，大大提高了珊瑚礁回填料地基土的承载力，并有效地解决了地基沉降问题。此外，严与平等介绍了中国援建巴哈马国家体育场项目中钙质砂地基处理方法，对于荷重不大的地基，采用了长螺旋钻水泥搅拌桩法，处理深度7 m左右。

6 建议与展望

总结钙质砂地基加固处理方法，可以发现钙质砂地基加固处理方法的发展和研究已经较为成熟，在各种地质条件下的工程应用中解决了很多实际问题，但仍然存在着许多需要进一步探索的问题，本文提供以下几条建议：

1)这些传统的加固方法，对地基的承载力提高有限，因此要寻求其他更有效的地基处理方法，如桩基础，目前钙质砂地基的桩基础已经有学者开始研究，但工程应用上还是凭经验施工，缺少理论支撑。

2)加强钙质砂注浆方面的研究，注浆技术在岩土工程中应用比较普遍和成熟，但钙质砂地基注浆加固的研究还非常少。

3)尽快制订钙质砂岩土工程勘探、测试与地基处理的相关技术规范，以推动钙质砂工程特性研究进展及推动各类工程处理方法的应用。