用真空預壓法加固吹填土地基需要利用大型機械插入塑料排水板。提出在吹填土上吹填一層粉細砂形成硬殼層，以提高地基的承載能力，來滿足插板機的承載力要求的新工藝。首先通過小比尺模型試驗驗證硬殼層地基對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制，采用PLAXIS 有限元分析軟件對硬殼層厚度與荷載寬度和承載力關系進行系統的分析計算，將數值計算結果與Vesic 公式計算結果比較，對具有粉細砂形成的硬殼層對上硬下軟的地基承載力的貢獻做出定量的研究，并給出塑性區和位移場的開展狀況，為該工藝提供理論依據。

　　1、引言

　　隨著天津濱海新區的快速發展，為緩解用地緊張矛盾，大量土地需通過圍海造陸形成，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，強度及承載力極低，需經加固處理才能形成人工地基。采用真空預壓法對吹填土進行加固時，首先要用插板機在吹填土上打設排水板，但承載力極低的吹填土不能承受插板機的重力，必須在插板前提高地基的極限承載力。傳統的工藝是通過2～3 a 晾曬形成一個硬殼層，再鋪土工布和2 m左右厚的好土(相對于吹填土而言，指一般的素土)，才能進行插板機的操作。硬殼層曾在公路地基進行優化處理得到應用，也有學者研究過硬殼層的封閉作用對雙層地基承載力的影響。

　　受此啟發，筆者將硬殼層理論應用在吹填土真空預壓加固的實際工程中，在吹填土上吹填一定厚度粉細砂，增加地基的承載能力，來滿足插板機的安裝需求。不同于公路地基，吹填土的含水量更高，承載力更低。所以真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為要對吹砂厚度H以及插板機載荷寬度B 進行細致研究，來保證安全和避免浪費。本文通過模型試驗直觀地驗證了硬殼層的提高承載力的效果，并分別通過理論和數值計算對硬殼層的作用機制進行解釋。

　　2、硬殼層地基的承載機制

　　在強度極低的吹填土上鋪設粉細砂，使得地基形成由上下2 層土體性質差別很大的成層土。荷載作用于上層硬土時，會將應力擴散至整個下臥層。而目前規范上對于層狀地基承載力的計算采用擴散角的方法，但土質的差異性較大，計算過于保守。

　　本文結合Meyerhof，Hanna 和Vesic 對成層土的特性的研究，提出了相應的計算理論。該理論假設地基基礎中軟弱土層上部的較硬土層發生剪切破壞并假定剪切破壞面為豎直向下(見圖1)。

圖 1 Meyerhof-Hanna 的沖剪破壞理論模型

　　6、結論

　　通過本文的試驗可以直觀發現硬殼層能夠提高地基承載力。在理論分析和研究計算結果后可知，荷載寬度B 與硬殼層厚度H 比值B/H = 0.5 時，地基承載力最大。有限元模擬土層破壞時的應力場和位移場，得到成層土的3 種破壞模式下的硬殼層地基的變形特性，并分析了其破壞機制。分析表明，在強度極低的吹填土上鋪設一層粉細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等機械的施工要求，而且可以立即進行吹填土的加固，從而大大縮短了工期。該工藝已在天津濱海新區圍海造陸工程中得到廣泛應用。