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1、引言
随着我国建设效率的快速发展，特别是在软基处理中，一直在寻找一种即节约造价又可以缩短工期的方法，经过工程实际的摸索，一种突破传统的软基处理方法——静动力固结法在某市内湖A3地块软基处理的建设中被采用。这一新方法既弥补了传统强夯法不适合加固饱和软黏土地基的不足，又简化了静力排水固结法中繁杂的加卸载系统，并在施工期内基本完成主固结沉降，有效地提高了地基承载力，缩短了工期。达到了设备简单、经济易行、节约三材等优点。
2、工程概况
A3地块位于某市内湖岸壁的西侧，原是一片滩涂及虾池鱼塘，在岸壁的后方需填方形成面积约5万m ²开发地块，为节约社会资源和工程整体造价，业主要求采用科学、快速的软基处理方法，使其承载力≥９０ kPa，工期90天。
2．1 地质概况
根据野外钻探结果，拟建场地分布有人工填土层、滨海相沉积层、第四系海陆交互相沉积层，其特征按自上而下的顺序描述如下：
1)人工填土(Qml)①：属素填土，系近期修筑道路或虾池塘埂等人工堆填而成，褐红、黄褐等色，主要由粘性土构成，混碎石以及少量块石，结构一般呈松散～稍密状态。层厚为0.50～1.5m，局部分布。
2)第四系海漫滩相沉积（Qm）淤泥②：褐灰、灰黑色，含少量有机质及腐殖质，具腥臭味，局部夹少量贝壳碎片，上部呈饱和～很湿，流～软塑状态，底部呈可塑状态，切口光滑，摇震反应弱，具较高干强度及高等韧性。分布于整个场地，层厚3.30～5.0m。
3)第四系海陆交互相（Qmc）沉积粘土③：褐灰、青灰、褐黄色，呈稍湿，可塑～硬塑。稍有光泽反应，无明显摇震反应，具中等干强度及中等韧性。
3、设计
3．1 方案论证
常用的软基处理方法比较表1
处理方法 清淤换填 强夯法 袋装砂井(插塑板) 搅拌桩 碎石桩
(砂桩) CFG桩 静动力固结法
适应地质 各种
土质 碎石土
砂土 饱和
黏土 饱和
软黏土 碎石土、砂土 砂土粉土 饱和
黏土
工期 短 短 长 短 短 中 短
造价 高 中 低 高 高 高 低
备注 适用
于浅层 不适用
饱和黏土 需要
加卸载 不要卸载
节约材料
通过表1对比，采用静动力固结法进行软基处理。
3．2静动力排水固结法的基本原理
通过设置水平排水体系和竖向排水体系，土层在适量的静（覆盖）力、变化的动力荷载及其持续的后效力（动力残余力）的超载作用下，形成孔隙水高压力梯度，在人工排水体系及动载下产生的裂纹排水系统下，多次发生孔隙水压力的升降，孔隙水不断排出，孔隙比逐步减小，地基土在较短时间内完成大部分固结沉降，土的抗剪强度就不断提高，地基土成为超固结土，从而达到了软基加固的目的。
4、施工
4．1 施工工艺
放线定位场地整平铺设土工布铺设砂垫层 排水板施工
集水井盲沟施工堆载预压 强夯交工平整
4．2 注意事项
所有的施工工艺必须严格执行规范和设计要求，砂体厚度应考虑渗流排水性和满足施工机械行走的要求，塑料排水板剪断塑料排水板时，用砂料填满周围的孔洞，砂垫层以上的外露长度大于50cm，并将其埋置于砂垫层中，插设深度应以穿透软土层进入粘土为准。集水井各井位滤水钢筋笼长度根据预计填土厚度（需比最高填土顶面高出40~60cm）与盲沟深度确定，集水井底面需比周围盲沟深60~100cm。
4．3设计参数
4．3．1打设塑料排水板（B型）
设计时可把塑料排水板换算成相当直径的砂井，按砂井理论进行计算，
塑料排水板按正方形布设，间距为1.0m。
4．3．2堆载预压
施压层厚度根据现场原地表标高、交工标高、预计沉降量和地质条件等实际情况最终确定其厚度为2.0米，根据监测数据指导其分层进行堆载。
4．3．3 强夯
依据场地的土质和具体要求选用合理的夯击参数，这是处理成功的关键。
（1）有效加固深度和单击能的确定
夯击能的选择要考虑两方面的因素：①应给软土施加充分的动载，使土中动孔隙水压力ud大幅增长；②要避免过高夯能使软土过分扰动，破坏土的结构。
根据实践经验，修正了法国梅纳最初提出的公式，得到有效加固深度公式（1）
H= ----------(1)
式中：H——有效加固深度(m)；W——锤重（kN）；h——落距（m）；E＝W×h——单击夯击能（kN•m）；α——与土的性质和夯击能等因素有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9，本工程α取0.65，根据地质资料和堆载厚度得知H=7.5米，代入公式（1）得出
7.5= ---------(2)
根据式（2）计算出E＝W×h=1332 kN•m，因此，该工程采用的单击夯击能要大于1332 kN•m即可满足要求，实际采用最大落距15m ，10 t夯锤（带气孔的圆形锤底，面积≥5 m2 ）。
（2）夯点的布置及间距
一般根据地基土的性质和要求加固的深度确定，为便于强夯施工以5.0m间距按正方形布置，点夯一般按跳夯方式进行，满夯一般选用一夯挨一夯交错相切进行。
（3）单点夯击数及夯击遍数
单点夯击数即工程上所谓的收锤标准，应根据地基土的性质、夯击功能与有效加固深度确定。实践证明，国家有关强夯规范规定的收锤标准完全不适用于含水量大的软土地基的静动力排水固结法的处理，单点击数可依据孔压增量来控制：在夯点附近不同深度上埋设孔隙水压力传感器，当第n次夯击时，孔隙水压力增量ΔSn突然减小或趋近于零，则夯击次数可取n；
静动力排水固结法按少击多遍施工，第一遍是低能加固表层回填土形成施压层，接着是逐级加能提高加固深度，后遍夯点在前遍夯点位中间穿插进行，最后满夯的作用是加固表层土。
（4）夯击间隔时间
根据埋设的孔隙水压力计监测的情况确定前后两遍夯击的间歇时间，当孔压消散接近夯击前水平或更低，便可进行下一遍夯击，现场施工取超孔压消散80%的时间。
根据以上分析和计算，确定的强夯参数见表2
强夯参数表表2
夯击遍数 第一遍 第二遍 第三遍 第四遍 第五遍
单击能KN.M 800 1000 1200 1500 1500
夯点间距m 5×5 5×5 5×5 5×5 5×5
夯锤重量KN 10 10 10 10 10
夯锤落距m 8 10 12 15 15
单点夯击数 1 2 3 3 4
时间间隔（d） 8 8 7 7 7
最后一遍满夯，夯击能采用800 KN.M，采用夯点彼此搭接1/4夯锤直径连续夯击。
4．4处理范围
由于基础应力的扩散作用，处理范围应大于基础范围，其具体可根据构筑物类型和重要性等因素来决定，但每边超出基础外缘的宽度宜为基底下处理深度H的1/2~1/3，并不小于3m。
5、检测
5.1施工期间检测方法：
利用埋设的孔隙水压力计定期监测并根据消散情况指导堆载及强夯施工。
图1 深6．０m孔隙水压力监测曲线图
从图2可以看出，孔隙水压力一般在一个星期左右消散完毕，设置的排水措施使其达到原设计参数条件要求，起到了不错的效果。
5.2成果检测方法
本次地基处理现场检验主要为十字板剪切试验，在孔隙水压力消散后进行，试验点分别取在夯点及夯点间，按规范布设，在塑料排水板施打前、土方堆载后、强夯结束后三个阶段各进行一次十字板剪切试验。
本次试验选用开口钢环式十字板剪切仪，利用蜗轮旋转插入土中的十字板头，借开口钢环测出土的抵抗力矩，从而计算出原状土抗剪强度Cu，再依据式（3）计算出软基处理后的承载力f0。
f0=2cu+rd——————————（3）
上述计算公式中: Cu—原状土抗剪强度(kPa)
r------基底以上土的重度（kn/m3） d------基础埋深（m ）
5.3试验结果
随机抽取场内其中的2组数据作为计算，十字板剪切试验结果及承载力推算结果（本次计算不考虑深度修正，即去掉式（3）中的rd）详见表3
十字板剪切试验结果及承载力推算结果表 表3
塑料排水
板施打前 编号 D1-1 D2-1
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU (kPa) 12.3 16.3 15.4 15.8 15.7 15.6 17.8 18.6 16.9 17.8
f0(kPa) 24.6 32.6 30.8 31.6 31.4 31.2 35.6 37.2 33.8 35.6
土方堆载后 编号 D1-2 D2-2
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU(kPa) 26.9 28.7 29.6 30.1 24.6 29.3 30.2 35 34.2 30.2
f0(kPa) 53.8 57.4 59.2 60.2 49.2 58.6 60.4 70 68.4 60.4
强夯结束后 编号 D1-3 D2-3
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU(kPa) 51.8 50.2 53.1 49.7 40.1 51 52.1 48.6 53.2 45.2
f0(kPa) 104 100 106 99.4 80.2 102 104 97.2 106.4 90.4
注：试验深度从淤泥顶面起算
根据十字板剪切试验结果及承载力推算结果，承载力统计详见下表4
承载力统计表表4
时段 统计项目 统计个数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异
系数 标准值
塑料排水板施打前 f0(kPa) 10 37.2 24.6 32.4 3.527 0.109 30.4
土方堆载后 f0(kPa) 10 70.0 49.2 59.8 6.099 0.102 56.2
强夯结束后 f0(kPa) 10 106.4 80.2 99.0 8.142 0.082 94.2
根据上表统计，该地块采用静动力固结法进行软基处理后，其承载力基本值可达94.2kPa，工期85天，分别满足了业主提出承载力≥９０ kPa，工期90天的要求，取得了明显的处理效果，因此，该方法是可行的。
6、静动力固结法处理饱和黏土应用中几个问题的探讨
1）无论从加固原理还是工艺流程来讲，静动力排水固结法都不是强夯法与静力排水固结法的简单结合，这一新方法既弥补了传统单纯的强夯法不适合加固饱和软黏土地基的不足，克服了其不能有效排除软土中高压孔隙水的缺点，同时与静力排水固结法相比又简化了排水固结法中繁杂的加卸载系统，并在施工时间内大部分或基本完成主固结沉降，缩短了工期。
2）具有以下特点：夯击前，保证地基软土顶面有一定的顶压层，作为静力荷载及其持续的后效力加载系统，设置与加载系统相应的排水系统，保证软土层在复合力作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，遵循“夯击能由低到高，加固由浅入深，少击多遍”的原则，保证冲击荷载的作用不对软黏土微结构破坏，采用通过信息化(如埋设孔隙水压力计)指导堆载、强夯等施工，确保施工的质量。
3）静动力固结理论未完全成熟，如何根据理论计算也是今后待解决的问题。强夯必须关注如何降低孔隙水压和增大有效深度这两者之间的矛盾，需要采取适应强夯加固的有效排水系统和适应软黏土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固” 的夯击方式，确立以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准，形成了能够有效抑制孔压上升，加速孔压消散，防止土体液化，探索出能增强强夯效果，降低能耗的一整套强夯新工艺。
4）静动力固结法可以充分利用和发挥岩土材料本身的作用，造价低廉，无环境污染，特别适用于软土层较浅、宽大场地排水不易，软基处理要求施工期短，缺少预压时间、或者缺少预压荷载等情况，堆载材料缺少或堆载工程量很大的情况下具有更大的优势。
参考文献：
［１］ 中华人民共和国行业标准,《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）,北京：中国建筑工业出版社,2003.1:117-123
［２］ 陈希哲，《土力学地基基础》（第四版），北京：清华大学出版社，2004.4：422-428
随着我国建设效率的快速发展，特别是在软基处理中，一直在寻找一种即节约造价又可以缩短工期的方法，经过工程实际的摸索，一种突破传统的软基处理方法——静动力固结法在某市内湖A3地块软基处理的建设中被采用。这一新方法既弥补了传统强夯法不适合加固饱和软黏土地基的不足，又简化了静力排水固结法中繁杂的加卸载系统，并在施工期内基本完成主固结沉降，有效地提高了地基承载力，缩短了工期。达到了设备简单、经济易行、节约三材等优点。
2、工程概况
A3地块位于某市内湖岸壁的西侧，原是一片滩涂及虾池鱼塘，在岸壁的后方需填方形成面积约5万m ²开发地块，为节约社会资源和工程整体造价，业主要求采用科学、快速的软基处理方法，使其承载力≥９０ kPa，工期90天。
2．1 地质概况
根据野外钻探结果，拟建场地分布有人工填土层、滨海相沉积层、第四系海陆交互相沉积层，其特征按自上而下的顺序描述如下：
1)人工填土(Qml)①：属素填土，系近期修筑道路或虾池塘埂等人工堆填而成，褐红、黄褐等色，主要由粘性土构成，混碎石以及少量块石，结构一般呈松散～稍密状态。层厚为0.50～1.5m，局部分布。
2)第四系海漫滩相沉积（Qm）淤泥②：褐灰、灰黑色，含少量有机质及腐殖质，具腥臭味，局部夹少量贝壳碎片，上部呈饱和～很湿，流～软塑状态，底部呈可塑状态，切口光滑，摇震反应弱，具较高干强度及高等韧性。分布于整个场地，层厚3.30～5.0m。
3)第四系海陆交互相（Qmc）沉积粘土③：褐灰、青灰、褐黄色，呈稍湿，可塑～硬塑。稍有光泽反应，无明显摇震反应，具中等干强度及中等韧性。
3、设计
3．1 方案论证
常用的软基处理方法比较表1
处理方法 清淤换填 强夯法 袋装砂井(插塑板) 搅拌桩 碎石桩
(砂桩) CFG桩 静动力固结法
适应地质 各种
土质 碎石土
砂土 饱和
黏土 饱和
软黏土 碎石土、砂土 砂土粉土 饱和
黏土
工期 短 短 长 短 短 中 短
造价 高 中 低 高 高 高 低
备注 适用
于浅层 不适用
饱和黏土 需要
加卸载 不要卸载
节约材料
通过表1对比，采用静动力固结法进行软基处理。
3．2静动力排水固结法的基本原理
通过设置水平排水体系和竖向排水体系，土层在适量的静（覆盖）力、变化的动力荷载及其持续的后效力（动力残余力）的超载作用下，形成孔隙水高压力梯度，在人工排水体系及动载下产生的裂纹排水系统下，多次发生孔隙水压力的升降，孔隙水不断排出，孔隙比逐步减小，地基土在较短时间内完成大部分固结沉降，土的抗剪强度就不断提高，地基土成为超固结土，从而达到了软基加固的目的。
4、施工
4．1 施工工艺
放线定位场地整平铺设土工布铺设砂垫层 排水板施工
集水井盲沟施工堆载预压 强夯交工平整
4．2 注意事项
所有的施工工艺必须严格执行规范和设计要求，砂体厚度应考虑渗流排水性和满足施工机械行走的要求，塑料排水板剪断塑料排水板时，用砂料填满周围的孔洞，砂垫层以上的外露长度大于50cm，并将其埋置于砂垫层中，插设深度应以穿透软土层进入粘土为准。集水井各井位滤水钢筋笼长度根据预计填土厚度（需比最高填土顶面高出40~60cm）与盲沟深度确定，集水井底面需比周围盲沟深60~100cm。
4．3设计参数
4．3．1打设塑料排水板（B型）
设计时可把塑料排水板换算成相当直径的砂井，按砂井理论进行计算，
塑料排水板按正方形布设，间距为1.0m。
4．3．2堆载预压
施压层厚度根据现场原地表标高、交工标高、预计沉降量和地质条件等实际情况最终确定其厚度为2.0米，根据监测数据指导其分层进行堆载。
4．3．3 强夯
依据场地的土质和具体要求选用合理的夯击参数，这是处理成功的关键。
（1）有效加固深度和单击能的确定
夯击能的选择要考虑两方面的因素：①应给软土施加充分的动载，使土中动孔隙水压力ud大幅增长；②要避免过高夯能使软土过分扰动，破坏土的结构。
根据实践经验，修正了法国梅纳最初提出的公式，得到有效加固深度公式（1）
H= ----------(1)
式中：H——有效加固深度(m)；W——锤重（kN）；h——落距（m）；E＝W×h——单击夯击能（kN•m）；α——与土的性质和夯击能等因素有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9，本工程α取0.65，根据地质资料和堆载厚度得知H=7.5米，代入公式（1）得出
7.5= ---------(2)
根据式（2）计算出E＝W×h=1332 kN•m，因此，该工程采用的单击夯击能要大于1332 kN•m即可满足要求，实际采用最大落距15m ，10 t夯锤（带气孔的圆形锤底，面积≥5 m2 ）。
（2）夯点的布置及间距
一般根据地基土的性质和要求加固的深度确定，为便于强夯施工以5.0m间距按正方形布置，点夯一般按跳夯方式进行，满夯一般选用一夯挨一夯交错相切进行。
（3）单点夯击数及夯击遍数
单点夯击数即工程上所谓的收锤标准，应根据地基土的性质、夯击功能与有效加固深度确定。实践证明，国家有关强夯规范规定的收锤标准完全不适用于含水量大的软土地基的静动力排水固结法的处理，单点击数可依据孔压增量来控制：在夯点附近不同深度上埋设孔隙水压力传感器，当第n次夯击时，孔隙水压力增量ΔSn突然减小或趋近于零，则夯击次数可取n；
静动力排水固结法按少击多遍施工，第一遍是低能加固表层回填土形成施压层，接着是逐级加能提高加固深度，后遍夯点在前遍夯点位中间穿插进行，最后满夯的作用是加固表层土。
（4）夯击间隔时间
根据埋设的孔隙水压力计监测的情况确定前后两遍夯击的间歇时间，当孔压消散接近夯击前水平或更低，便可进行下一遍夯击，现场施工取超孔压消散80%的时间。
根据以上分析和计算，确定的强夯参数见表2
强夯参数表表2
夯击遍数 第一遍 第二遍 第三遍 第四遍 第五遍
单击能KN.M 800 1000 1200 1500 1500
夯点间距m 5×5 5×5 5×5 5×5 5×5
夯锤重量KN 10 10 10 10 10
夯锤落距m 8 10 12 15 15
单点夯击数 1 2 3 3 4
时间间隔（d） 8 8 7 7 7
最后一遍满夯，夯击能采用800 KN.M，采用夯点彼此搭接1/4夯锤直径连续夯击。
4．4处理范围
由于基础应力的扩散作用，处理范围应大于基础范围，其具体可根据构筑物类型和重要性等因素来决定，但每边超出基础外缘的宽度宜为基底下处理深度H的1/2~1/3，并不小于3m。
5、检测
5.1施工期间检测方法：
利用埋设的孔隙水压力计定期监测并根据消散情况指导堆载及强夯施工。
图1 深6．０m孔隙水压力监测曲线图
从图2可以看出，孔隙水压力一般在一个星期左右消散完毕，设置的排水措施使其达到原设计参数条件要求，起到了不错的效果。
5.2成果检测方法
本次地基处理现场检验主要为十字板剪切试验，在孔隙水压力消散后进行，试验点分别取在夯点及夯点间，按规范布设，在塑料排水板施打前、土方堆载后、强夯结束后三个阶段各进行一次十字板剪切试验。
本次试验选用开口钢环式十字板剪切仪，利用蜗轮旋转插入土中的十字板头，借开口钢环测出土的抵抗力矩，从而计算出原状土抗剪强度Cu，再依据式（3）计算出软基处理后的承载力f0。
f0=2cu+rd——————————（3）
上述计算公式中: Cu—原状土抗剪强度(kPa)
r------基底以上土的重度（kn/m3） d------基础埋深（m ）
5.3试验结果
随机抽取场内其中的2组数据作为计算，十字板剪切试验结果及承载力推算结果（本次计算不考虑深度修正，即去掉式（3）中的rd）详见表3
十字板剪切试验结果及承载力推算结果表 表3
塑料排水
板施打前 编号 D1-1 D2-1
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU (kPa) 12.3 16.3 15.4 15.8 15.7 15.6 17.8 18.6 16.9 17.8
f0(kPa) 24.6 32.6 30.8 31.6 31.4 31.2 35.6 37.2 33.8 35.6
土方堆载后 编号 D1-2 D2-2
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU(kPa) 26.9 28.7 29.6 30.1 24.6 29.3 30.2 35 34.2 30.2
f0(kPa) 53.8 57.4 59.2 60.2 49.2 58.6 60.4 70 68.4 60.4
强夯结束后 编号 D1-3 D2-3
深度(m) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
CU(kPa) 51.8 50.2 53.1 49.7 40.1 51 52.1 48.6 53.2 45.2
f0(kPa) 104 100 106 99.4 80.2 102 104 97.2 106.4 90.4
注：试验深度从淤泥顶面起算
根据十字板剪切试验结果及承载力推算结果，承载力统计详见下表4
承载力统计表表4
时段 统计项目 统计个数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异
系数 标准值
塑料排水板施打前 f0(kPa) 10 37.2 24.6 32.4 3.527 0.109 30.4
土方堆载后 f0(kPa) 10 70.0 49.2 59.8 6.099 0.102 56.2
强夯结束后 f0(kPa) 10 106.4 80.2 99.0 8.142 0.082 94.2
根据上表统计，该地块采用静动力固结法进行软基处理后，其承载力基本值可达94.2kPa，工期85天，分别满足了业主提出承载力≥９０ kPa，工期90天的要求，取得了明显的处理效果，因此，该方法是可行的。
6、静动力固结法处理饱和黏土应用中几个问题的探讨
1）无论从加固原理还是工艺流程来讲，静动力排水固结法都不是强夯法与静力排水固结法的简单结合，这一新方法既弥补了传统单纯的强夯法不适合加固饱和软黏土地基的不足，克服了其不能有效排除软土中高压孔隙水的缺点，同时与静力排水固结法相比又简化了排水固结法中繁杂的加卸载系统，并在施工时间内大部分或基本完成主固结沉降，缩短了工期。
2）具有以下特点：夯击前，保证地基软土顶面有一定的顶压层，作为静力荷载及其持续的后效力加载系统，设置与加载系统相应的排水系统，保证软土层在复合力作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，遵循“夯击能由低到高，加固由浅入深，少击多遍”的原则，保证冲击荷载的作用不对软黏土微结构破坏，采用通过信息化(如埋设孔隙水压力计)指导堆载、强夯等施工，确保施工的质量。
3）静动力固结理论未完全成熟，如何根据理论计算也是今后待解决的问题。强夯必须关注如何降低孔隙水压和增大有效深度这两者之间的矛盾，需要采取适应强夯加固的有效排水系统和适应软黏土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固” 的夯击方式，确立以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准，形成了能够有效抑制孔压上升，加速孔压消散，防止土体液化，探索出能增强强夯效果，降低能耗的一整套强夯新工艺。
4）静动力固结法可以充分利用和发挥岩土材料本身的作用，造价低廉，无环境污染，特别适用于软土层较浅、宽大场地排水不易，软基处理要求施工期短，缺少预压时间、或者缺少预压荷载等情况，堆载材料缺少或堆载工程量很大的情况下具有更大的优势。
参考文献：
［１］ 中华人民共和国行业标准,《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）,北京：中国建筑工业出版社,2003.1:117-123
［２］ 陈希哲，《土力学地基基础》（第四版），北京：清华大学出版社，2004.4：422-428