堆载预压法处理软土地基沉降量预测探讨

杨酉兴

摘 要：软土地基沉降是影响工程安全程度与质量高低的重要因素。因此，在现代工程建设中，有必要对软基处理工艺进行探讨，为实现沉降量的有效控制提供理论参考。堆载预压法是一种比较实用的软基处理法，但在具体应用中，如何通过有效的沉降量预测确定最佳施工参数却是一个比较突出的难题。本文以某民用机场工程为例，对堆载预压法在软基处理中的沉降量预测进行了分析。

关键词：堆载预压法 软土地基处理 沉降量预测

1.前言

尽管目前我国建筑工程中可用的地基处理方法多种多样，但堆载预压法依旧是一项优势突出的技术。在具体的工程项目中，堆载预压法具有操作便捷、成本较低、技术完善等明显优势，对于工期充裕的工程来讲，该技术是地基处理的最佳选择之一。但是，此种方法应用中，沉降量预测是一个技术性难题，目前对其的研究还不够深入。

2.堆载预压法处理软土地基沉降量预测探讨

2. 1项目概况

该陆域形成工程位于福建省晋江市西滨92旅军垦农场堤外海滩，东面为施工中的沿海大通道，西面为92旅军垦农场海堤，南面紧邻石狮蚶江水头十一孔水闸，北接晋江西滨临时垃圾场。该工程施工场地中部自东向西有条土堤，场地被该堤分为南北两大区：北区以渔塘为主，塘底标高平均约为2.1～2.4m；南区为滩涂地，杂草丛生，沟、渠纵横交错，平均标高约为0.6～2.7m。拟建场地地质条件如下：表层以淤泥质土层为主，承载力不高，未经改造之前，不宜作为持力层及厂房路基。在水文环境方面，此处有一河流经过，人工渠与水塘均大量分布，粉细砂及粗砂的水含量均比较高。因而，此次施工中开挖基坑时，必须对特殊的地下水条件进行充分考虑，并适当采取止水措施。

2.2地基处理要求及方案确定

鉴于该工程性质特殊，因而地基处理的效果要求相当严格。工程使用年限设计是20年，运行期的地基沉降要求为小于10cm，差异沉降要求不能超过1.5‰。按照该工程地基需为中等强度的要求，地基处理之后，需要保证：反应模量在60MN/m3以上；承载力特征值在250KPa以下；平整度在30mm以下。

在处理方案方面，经过系统分析对比之后发现：由于该工程淤泥质土最大深度可20.4m且软土含水率最大为99.4%，故换填法与水泥搅拌桩法等常规方法均不能达到此次施工的地基处理要求。在对施工难度、处理成本、处理效果等因素进行综合考虑后，专业人员认为堆载预压法是该工程进行地基处理的最佳选择。该方法具有下述突出优势：①可以实现对较深处软土的有效处理。②施工沉降相对更大，可促进工后沉降的明显减少。③超载预压能够增加土体应力，推动超固结状态的形成、延缓次固结变形。

堆载预压法分为两部分，一为排水系统，二为加载系统，其中，前者的排水体分为水平向以及竖向两种方向。按照工程设计，试验段共分为六个区，各区的施工参数以及处理方法都各不相同。此举是为了明确不同组合的处理效果，以确定最佳方案。本文以该工程的试验段为研究对象。

2.3具体方案

该工程试验段面积为17475m2，长度与宽度分别为150m、116.5m，六个分区分别为①DD1区。②DD2区。③DD3区。④SD1区。⑤SD2区。⑥SD3区。其中，①、②区的地基处理方法为袋装砂井堆载预压法；③区为普通砂井堆载预压法；④、⑤、⑥区均为塑料排水板堆载预压法。该工程的此次试验历时一年。在排水体方面，水平向采用中粗砂垫层，且使用的均为含泥量≤3%的中粗砂，铺设厚度≥50cm，在对损耗以及混合作用进行科学分析后，此次施工中的虚铺实厚为70cm。竖向则以袋装砂井以及塑料排水板为主，结合工程实际，此次施工中采用了直径为70mm的袋装砂井、100mm宽的塑料排水板。各个试验分区的孔径比与桩间距设计如下：①区孔径比为15，桩间距1m；②区孔径比为20；桩间距1.3m；③区孔径比为7，桩间距2.8m；④区孔径比为16，桩间距1m；⑤区孔径比为19，桩间距1.2m；⑥区孔径比为22，桩间距1.4m。此种设计共获得6组不同的施工参数，后期建设中可以通过对6种方案处理效果的比较，选择最佳参数组合。

此次施工实行填土加压，①、②、③区荷载均为60KPa，填土高度统一为3m；④、⑤、⑥区荷载均为120KPa，填土高度统一为6m。填土处理中以坡积土及碎石料为主要材料，压实度均大于90%。

2.4沉降量预测简述

2.4.1沉降监测

为了明确此次施工期间的沉降量情况，施工过程中对地基表面、软土分层、孔隙水压力、土体深层水平位移、地下水位分别实行了沉降监测，获得了真实的沉降数据（篇幅有限，本文不再一一详述）。以地基表面的监测为例，通过沉降板获得了较为可信的沉降数据。其中，A6沉降板布设于④区，其测得的地基沉降变化状况如图1所示。A6沉降板测得的④区沉降量累计140cm。整体来讲，六个分区的沉降速率随着时间的推移在逐渐降低，半年后的日均沉降已经不足1mm。

2.4.2数据分析

同样以A6沉降板为例，其沉降曲线整体比较规则，但其中的数据与真实数据之间始终存在一定的偏差。尽管误差不会在沉降曲线图上反映出来，然而谁也不能否定它的存在。对A6沉降板测得的沉降数据进行小波降噪分析，可得出如下结果（见图2）。

以沉降量为沉降预测依据，失效的可能性较高，为了避免误差过大，该工程中以沉降差为依据，对软土固结进行了沉降预测。在借助小波理论处理沉降差数据之后，使用GM（1，1）模型进行了科学运算。以A6沉降板为例，利用GM（1，1）进行分析之后，误差状况如下：短期预测方面，其一层分解的真实值为180.08cm，预测值为179.57cm，误差为0.28%；二层分解真实值为179.88cm，预测值为178.27cm，误差为0.9%。中期预测方面，一层分解真实值为182.27cm，预测值为180.80cm，误差率0.8%；二层分解真实值为182.13cm，预测值为 179.28cm，误差率为1.57%。

经过预测分析，六个分区的固结度情况如下：在GM（1，1）模型分析中，位于①区的A3沉降板固结度为92.76%；位于②区的A2沉降板固结度为89.24%；位于③区的A1沉降板固结度为86.38%；位于④区的A6、A9沉降板固结度分别为94.99%、94.95%；位于⑤区的A5、A8沉降板固结度分别为89.78%、91.49%；位于⑥区的A4、A7沉降板固结度分别为89.78%、89.17%。

3.结语

堆载预压法是一种比较有效的地基处理工艺，在不少工程项目中的应用都取得了令人满意的效果。随着近年来堆载预压法的应用范围不断扩大，对其应用展开的各项研究也越来越深入。其中，此种方法使用过程中的沉降量预测是一个非常引人注意的话题。本文以某机场工程中堆载预压法的应用为例，对其应用过程中的沉降量预测进行了简要探讨，希望能够为此种方法的合理应用提供参考。

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