堆載預壓法在加固軟土地基中的應用

高滇新

一、堆載預壓法的原理簡介

解決在軟土地基上的建設問題，不僅關系著建筑物的安全，也影響著工程的造價、工期等。軟土地基處理一般要求達到以下兩個目的：一是提高承載力，使處理后的地基承載力滿足上部荷載要求；二是解決建筑物的沉降問題，使建筑物的沉降和沉降差滿足規范要求。軟土地基的處理方法較多，如換填墊層、水泥土攪拌樁、旋噴樁以及本文介紹的堆載預壓法等。各種方法的優劣文中不再贅述，僅簡要介紹堆載預壓法的原理與適用范圍。

堆載預壓法一般適用于淤泥質土、淤泥、沖填土等飽和性土地基，通常是以土石料等自重為堆載，對軟土地基進行預壓，使軟土地基的超孔隙水壓力逐漸消散，從而增強有效應力，地基土得到排水固結，使地基土的強度有所提高。對堆載預壓工程，預壓荷載應分級施加，并確保每級荷載下地基的穩定性。

筆者以某工程的建設實例為依據，介紹堆載預壓法的設計與施工經驗，供大家參考。

二、工程概況及計算公式

某水閘管理區位于河岸邊，管理房的平均基底應力約為110kPa。根據地勘資料，管理房位于厚淤泥質地基上，平均厚度約15.0m，底部為隔水層。該淤泥質土含水量大（一般在80%以上），承載力低（僅為 30～40kPa），壓縮模量約 1.5MPa，固結系數ch=cv=2×10-3cm2/s，水平滲透系數kh=1.5×10-7cm/s，ks=1/5kh=0.3×10-7cm/s。

堆載預壓法的計算一般參考《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012），現將有關公式介紹如下：

地基平均估計固結度可按下式計算：

式中：

—t時間地基的平均固結度；

—第i級荷載的加載速率（kPa/d）；

ΣΔp—各級荷載的累加值（kPa）；

α、β—參數，見該規范表5.2.7。

當考慮涂抹和井阻影響時：

式中：

kh—天然土層水平向滲透系數（cm/s）；

ks—涂抹區的水平向滲透系數（cm/s）；

s—涂抹區直徑ds豎井直徑dw的比值；

L—豎井深度（cm）；

qw—豎井縱向通水量（cm3/s）；

ch—土的徑向排水固結系數（cm2/s）；

cv—土的豎向排水固結系數（cm2/s）。

三、計算過程

根據上述資料，地基處理擬采用堆載預壓法，預壓荷載取120kPa，分兩級施加。第一級荷載7d內達到70kPa，第二級荷載 5d（50～55d）內加載至120kPa。擬采用的袋裝砂井直徑為70mm，袋裝砂井等邊三角形布置，間距1.5m，深度15.0m。涂抹區直徑ds=150mm，砂料滲透系數 kw=3×10-2cm/s，砂井打穿軟土層。初步估算100d時的豎向平均固結度。

圖1 加載示意圖

加載過程如圖1所示。

1.不考慮井阻影響

根據已知條件，砂井等邊三角形布置，有效排水直徑de=1.05l=1.05×1.5=1.575（m）

井徑比n=de/dw=1.575/0.07=22.5

把n=22.5代入上式，得Fn=2.37

第一級加載速率q1=70/7=10（kPa/d）

第二級加載速率q2=50/5=10（kPa/d）

開始加載后100d受壓土層的平均固結度

2.當考慮井阻影響時

豎井縱向通水量 qw=kw×1/4×πdw2=3×10-2×1/4×3.14×72=1.154（cm3/s）

開始加載后100d受壓土層的平均固結度：

與不考慮井阻影響相比，平均固結度下降16%。

四、施工中注意事項

（1）場地平整后，開挖排水盲溝，需回填50cm厚砂墊層，主要用于軟土中孔隙水的匯集和排出。砂墊層鋪設完成后，安裝塑料排水帶，再鋪設一層300g/m2的土工布，最后進行土石方堆載。

（2）土石方堆載應分層進行，避免局部堆載較高。由于加載時間一般較長，需在堆載體頂部修筑排水設施，確保邊坡穩定。

五、結論與建議

該工程地基處理過程中，施工單位準備充分，塑料排水帶、砂井灌砂等關鍵部位施工質量控制得較好，地基強度達到了設計要求。同時，是否需要考慮涂抹和井阻的影響，設計人員應仔細研究，并最終確定方案。

在施工過程中，應加強安全監測，包括地基豎向變形、側向位移、孔隙水壓力等，并將檢測結果與計算值對比分析，如差別較大，應仔細查找原因，以便更合理地堆載預壓設計與施工。預壓處理后的地基承載力應進行靜載荷試驗確定地基的承載力、變形參數等，確保工程的安全建設與運行。

該工程的地基條件具有一定的典型性，采用堆載預壓法是一次成功的應用，對類似工程的地基處理具有一定的借鑒意義