软土固化地基轻型触探N10与静力触探qc相关性研究

张 维，张振兴，韦开腾

（1、广东华路交通科技有限公司 广州510420；2、深圳合创建设工程顾问有限公司 深圳518000）

沼泽相软土经过浅层就地固化改良，将非适用性软土就地固化成适应性路基填料。一般将软土体配制成无侧限抗压强度为0.8～4.5 MPa 的半刚性路基填料［1］，从而实现软土的资源化利用。施工初期作为路基施工时大型机具进出不良场地的施工便道，然后待机具撤出场后，作为永久性地基与塑料排水板，或深层处理的基桩形成复合路基。在粤东滨海沼泽相淤泥层较厚［2］，一般设计就地改良固化深度1～3 m 为宜。前期为大型施工机具出入提供通道，《公路路堤就地固化（强力搅拌法）设计与施工技术指南》采用不排水抗剪强度和静力触探锥尖阻力检测软土固化改良处理后的强度，判定路基改良处理效果，以及改良后路基的承载能力［3］。

鉴于静力触探与轻型动力触探同属于贯入圆锥体触探获得相关力值范畴。复合路基可采用圆锥动力触探检验注浆加固路基以及复合地基增强体施工检测［4］，然后使用平板静荷载试验检测获取地基承载力特征值，综合判断地基整体承载能力。轻型触探采取施加竖向动荷载获得不同深度的锤击数，反算触探仪锥尖阻力；静力触探使用竖向静荷载直接获取锥尖贯入阻力。两种试验方法工作原理相似，均是通过施加外力压入一定规格的锥体，采集锥体压入力值，分析地基土强度和抵抗变形能力，评判地基改良处理效果［5］。由此，轻型动力触探与静力触探之间一定存在必然的联系。国内外学者对轻型触探与静力触探在不同地基填料介质之间换算关系，得出了较多的研究结论，并总结了相关经验公式［6］。由于软土就地固化土技术，近两年才开始在国内推广使用，目前对于固化路基土体轻型触探N10与静力触探qc之间的关系，没有文献可参考。借鉴研究台背回填料轻型触探与静力触探的方法［7］，使用平板静荷载试验验证方法可靠性，建立软基就地固化土体轻型触探N10与静力触探qc之间的相关性关系。

1 同条件原位检测就地固化土体轻型触探N10与静力触探qc试验

同条件检测就地固化土体轻型触探N10试验。在就地固化路基段择取固化深度为1.5～3.0 m 的段落作为试验段，获取固化土的实际无侧限抗压强度，保证试验区域固化土体无侧限抗压强度值分布均匀，排除由于固化土体强度以及其他物理性能指标差异造成的误差［8］。经过现场取样试验，在固化深度为1.5 m、2.0 m、3.0 m，设计固化土体无侧限抗压强度（7 d龄期）为2.50 MPa，选择原状土物理指标相近，改良后固化土无侧限强度差异小，且分布均匀的3 个测区［9］，实测各测区固化土实际无侧限抗压强度代表值为2.70 MPa（测区1）、2.72 MPa（测区2）、2.74 MPa（测区3），根据文献［4］的试验检测方法进行试验。在上述3个测区，采集轻型触探N10如表1、图1所示。

⑴由表1、图1 可以看出使用轻型动力触探N10进行检测，固化土体强度与锤击次数成正比关系。触探仪锥尖在贯入深度60 cm、120 cm、170 cm、270 cm 附近时，存在明显的折点。由此，截取贯入深度为60～120 cm、60～170 cm、60～270 cm 的曲线，发现上述固化土体深度与锤击次数曲线呈缓和的正比关系递增，且曲线递增趋势相似。由此，在后述中分别截取贯入深度60～120 cm、60～170 cm、60～270 cm为例。然后，再在原位进行静力触探qc试验，获取相应的锥尖阻力强度值。

图1 不同深度固化土体贯入深度轻型触探N10锤击数与锥尖阻力qc的关系Fig.1 Light Penetration Depth of Solidified Soil at Different Depths Relationship between Hammer Number of N10 and Tip Resistance qc

⑵同条件原位进行静力触探qc试验。在进行轻型动力触探N10的原位使用双桥静力触探仪，收集触探仪锥尖阻力值，修正数据，计算出不同强度固化土体的承载力特征值，由表1、图1 可以看出使用静力触探仪进行检测，固化土体强度与锥尖阻力成正比关系，触探锥尖贯入深度在60 cm附近时，同样也存在明显的起始临界折点，触探锥尖贯入深度在60 cm 附近时，线形增长趋于平缓，贯入锥尖阻力与贯入深度的关系曲线总体较为平缓，不存在陡增、陡降，当接近固化土体末端与软土层地质分界清晰，触探锥尖阻力突变，固化深度体现明显。为了对比轻型动力触探N10锤击次数，分别截取贯入深度为60～120 cm、60～170 cm、60～270 cm 时的锤击数N10和qc承载力特征值作为代表值进行分析。在上述3个测区，采集轻型触探N10与静力触探锥尖阻力qc，如表1、图1所示。

⑶静力触探和轻型动力触探2 种方式试验检测数据进行对比，截取贯入深度在60～120 cm、60～170 cm、60～270 cm 时的N10锤击数和锥尖阻力qc值回归分析。分析图1、表1 及表2，若舍去固化土体表层40 cm，下层地质分界上方30 cm 的数据，则锥尖阻力与锤击次数上升拐点相同。根据这一特征，在同条件区域，使用静力触探检测经过固化处理后固化土体的锥尖阻力qc值，对比轻型动力触探N10锤击次数，分析数据寻求两种检测手段之间的相关性关系，从图1、表1 可以看出静力触探与轻型动力触探N10之间，线形临界点相同。由图1可以看出，贯入深度与动力触探N10获取锤击次数、静力触探锥尖阻力qc之间呈正相关关系。静力触探锥尖阻力qc获取的路基承载力特征值曲线平缓、稳定，且能与室内无侧限抗压强度值相应衬，具有一定的代表性。由此，两者之间应该存在一定的联系，以静力触探所得到的强度为Y值，以及对应Y值时的锤击数为X 值，使用最小二乘法关联同贯入深度时的两组数据，建立关系曲线方程，获得两类数据之间的关系保证率。以60～120 cm、60～170 cm、60～270 cm为例，3组代表值在不同贯入深度时，两者相关性公式如表2所示。

利用克姆莱理论，计算分析表2数据的准确性，选取保证率（R2值）最合理的贯入深度，作为代表关系式。逐段数理分析贯入深度、静力触探qc与轻型动力触探N10三者之间的关系，得到当贯入深度贯入深度在120 cm 时，数据的保证率最合理，所以建议使用贯入深度为120 cm 时的相关性关系作为经验公式：qc=-0.000 7N102+0.054 2N10+1.751，保证率R2=0.991 6。可以在现场使用轻型动力触探N10获取锤击次数，换算出静力触探锥尖阻力qc值，测出固化土体的承载力（强度）强度特征值。

表1 不同贯入深度固化土体静力触探qc与轻型触探N10代表值统计Tab.1 Statistical of Static Penetration qc and Light Penetration N10 Representative Value of Solidified Soil with Different Penetration Depths

表2 不同贯入深度的静力触探qc与轻型动力触探N10的相关性关系Tab.2 Correlation between Static Penetration qc with Differ⁃ent Penetration Depth and Light Penetration N10

2 采集同条件不同试区就地固化土体平板静载荷试验数据对上述结论平行验证

根据《建筑地基处理技术规范：广东省标准DBJ∕T 15-38-2019》［10］相关章节规定，对固化体路基进行静载荷试验，检测试区的P-s（压强与荷载板沉降速率）曲线、s-lgP 及s-lgt（沉降速率与压强及单位时间荷载板沉降量回归分析）曲线。根据以上试验检测手段对3个检测试区的试验结果整理如表3所示。

表3 同条件检测不同试区就地固化土体平板载荷试验Tab.3 Test of Plate Load of Local Solidified Soil in Different Test Areas under the Same Conditions

经过计算，上述3 处试检测点承载力特征值在200～300 kPa 之间。符合《公路路基设计规范：JTG D30-2015》以及《公路软土地基路堤设计与施工技术细则：JTG ∕T D31-02-2013》对地基承载力的要求。通过平板静载荷试验可以间接看出，就地固化土体承载力特征值与触探锤击数和贯入锥尖阻力所获取的相关性关系公式合理，且能反映地基承载力的真实情况，同时与固化土体无侧限抗压强度值一致。由于试验区域大面积软土物理特性较一致，所以试验未对于土壤分层、颗粒物粒径、有机质含量等指标因素差异影响较小［11］，因此，在列出静力触探qc与轻型动力触探N10的相关关系时，未列出原状软土物理性能的差异影响。

3 结论

由于软土路基改良后强度明显高于松散的颗粒状原土，显然不能再使用轻型动力触探N10经验公式（8N10-20）换算地基承载力的代表值。经过上述试验并整理相关数据，得出软土就地固化改良后，作为半刚性填料使用在路基工程中，采用轻型动力触探N10，也可检测出就地固化土体的承载力特征值。但就地固化强度、深度各异，取值时舍去固化土体表层40 cm，下层地质分界处30 cm以上数据，截取正常段数据进行数理分析，以最具有代表性的贯入深度120 cm 为例，得出轻型动力触探N10与地基承载力之间的相应关系公式为：qc=-0.000 7N102+0.054 2N10+1.751，保证率R2=0.991 6。

综上所述，若使用强力搅拌头［11］就地固化改良软土路基土体提高路基承载力，当固化土强度分布较平均时，轻型动力触探N10和静力触探qc之间存在良好的相关性关系。以触探贯入深度为120 cm 为例，可以利用相关性公式互为转换。由此，建立了就地固化土轻型动力触探N10锤击次数与静力触探qc之间的相关性关系公式。