堆载预压法在饱和软土地基处理中的应用研究

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摘要：对于深厚饱和软土地基的处理，可选择的方法很多，比较常用的有堆载预压、真空预压、水泥土搅拌桩法等。本文以上海浦东国际机场四跑道工程为背景，对场区内软土的沉降变形特性进行研究，得出了其在工程荷载作用下的沉降变形规律。研究认为针对浦东机场区域的软土地基，采用堆载预压法进行深层地基处理，能够有效减小工后沉降、消除不均匀沉降，研究结果为类似工程进行方法选择及地基处理设计提供了参考依据。

关键词:饱和软土；堆载；沉降变形

中图分类号：P642.13+3文献标识码： A

1 引言

对于深厚饱和软土地基的处理，堆载预压被认为是最为有效的方法之一，其工艺简单，效果可靠，当工期充裕、堆载土方充足时，通常将其作为首选。虽然堆载预压法已经广泛应用在软基处理方面，但其理论基础仍未完善，在沉降计算理论、地基土层的沉降变形规律研究等方面仍有不足，仍需要进一步研究[1]。

本文以上海浦东国际机场四跑道工程为背景，首先分析了工程的特点及场区土层的物理力学特性，对大面积堆载作用下地基土的沉降变形规律进行了研究，在此基础上提出了经济有效的治理对策。

2 工程概况

工程场地原地面标高在2.5~4m之间，平均标高约为3m，工程的荷载分填土荷载和道面荷载两部分，主要工程荷载参数见表2-1。

表2-1 主要工程荷载

场地地基土层按其宏观特性可分成4个层组。地表层组(深度为0～5 m)：吹填形成，主要为吹填的粉细砂及淤泥质粉质粘土夹粘质粉土；浅部层组(深度为2～10 m)：以粉性土为主，夹层厚不均的饱和软粘土；该层组土层结构松散，土质不均匀，有较高的水平向和垂直向的渗透系数，但由于层状粘性土的隔水作用，因而不利于土体竖向排水固结。中部层组(深度为10～65 m)：以粘性土为主，具有高含水量、大孔隙比、低强度、高等压缩性以及低渗透系数等特点，不利于土体排水固结；该层组在附加应力作用下是产生主、次固结沉降的主要层组。深部层组(深度为65m以下)：以砂性土为主，中密～密实，具有中～低等压缩性。各土层的主要物理力学特性见表2-2[2]。

表2.2 物理力学特性

3 沉降分析

3.1 计算原理

地基沉降按种类可以分为瞬时沉降、固结沉降及次固结沉降[3]。其表达关系为：

（2-1）

---总沉降；

---由剪切变形引起的瞬时沉降；

---固结沉降；

---次固结沉降。

其中，天然地基的固结度按照太沙基一维固结理论计算，微分方程为：

（2-3）

式中：Cv—竖向固结系数。

竖向固结度按照式（2-3）计算，并简化得到：

（2-4）

式中：，

H---竖向排水距离（cm）。

--- 固结时间(s)；

---正奇整数(1,3,5,… …)。

3.2 沉降变形分析

选取场内具有代表性的土层剖面，进行工程荷载作用下的沉降变形分析，地基土层沉降随时间的变化情况见图3-1。

图3-1 工程荷载作用下地基土层的沉降变形曲线

从图中可以看出，在工程荷载的作用下，未经处理的天然地基总沉降量为91.1cm，工后沉降的50%会在3~5年内完成，沉降历时较长，20年后沉降趋缓，40年后沉降才能收敛。

4 堆载预压

针对在工程荷载作用下地基沉降量较大的实际情况，为满足工程的质量要求、减小工后沉降，采用堆载预压的方法进行地基处理，为加快沉降速率，采用超载60%的方式。堆施工从2012年1月17日开始，2012年3月4日完成堆载施工，堆载时间至2012年9月4日。堆载高度-时间模型见图4-1。

图4-1 堆载高度-时间示意图

在堆载的过程中，在堆载体内部设置了监测点，堆载至2012年9月4日时，根据监测结果，沉降已经趋于稳定，沉降速率小于0.3mm/d，对各监测点的原地面沉降量进行统计，统计结果见表4-1。

表4-1 地表沉降量

从中可以看出，在堆载预压的情况下，原地面沉降小于50cm的点为5个，占总点数的17%，沉降在50~80cm的点为21个，占总数的70%，沉降量大于80cm的占13%。

5 结论

⑴在工程荷载的作用下，工后沉降的历时较长，大部分沉降会在3~5年内发生，天然地基未经处理易产生不均匀沉降。

⑵本工程采用荷载超载60%、堆载时间18个月的地基处理方式是适宜的，能够满足机场场道对地基沉降控制的要求。

参考文献

[1]金宗川,顾国荣等，大面积堆载作用下软土地基变形特性[J], 岩石力学与工程学报,2005,24（6）：1056~1060。

[2]上海浦东国际机场第四跑道岩土工程报告[M], 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司,2010。

[3]陈希哲，土力学地基基础[M]，北京：清华大学出版社，2003。