机场软土地基堆载预压处理效果实测分析

林佩臻

（成都天府国际机场建设指挥部，四川 成都 610000）

软土地基是基础设施建设过程中最常见的特殊地基。针对大面积的软土地基处理，最常采用塑料排水板堆载预压的方法，通过降低土体含水率来提高土体的强度。堆载预压的软基处理方式已在许多实际工程中得到实践。李向群等[1]采用堆载预压对海港城地区试验段进行了10个月的预压加固，结果表明加固区地基的力学性质得到了改善，承载力明显提高。张国联等[2]建立了塑料排水板堆载预压处理的大规模数值模型，通过改变施加填土的时间以及堆载预压的时间，认为工程上的堆载预压应设计合理的预压时间，防止堆载预压造成软土地基的破坏。厉业锋[3]通过堆载预压实测数据及模型推算，认为堆载卸载的时机十分重要。过早卸载会导致路基无法满足上部荷载需求，过晚卸载会使得预压时间无法产生足够的社会经济效益。

文章通过在国内某机场场区内埋设传感器，得到其在堆载预压条件下的沉降实测值，分析沉降特征与堆载预压各影响因素间的关系及软土地基堆载预压处置机理。

1 工程概况

该机场场区以浅丘宽谷地貌为主，丘坡圆缓，地形起伏不大。场区内软弱土主要为丘间沟谷地带的第四系冲洪积形成的黏土、粉质黏土，主要分布于机场填方区等地势相对低洼地带，其最大埋深为14.4m，平均埋深约为4.0m。该软弱土具有含水率高、孔隙比高、渗透性差、压缩性高、强度低、固结时间长等特点，对地基承载力及地基变形有较大影响，是该工程建设的不利因素。机场建设中，对飞行区道面影响区（跑道）软弱土层厚度大于5m，且填方高度大于5m的地区采用了“碎石桩+塑料排水板”的地基处理方法，待其土石方填筑至设计标高后进行堆载预压，堆载高2～8m，堆载预压时间12～18个月。

2 沉降监测

该工程采用单点沉降计进行沉降监测。单点沉降计由法兰盘、锚头、位移计等部分组成，底部的锚头钻入基岩内，顶部法兰盘位于土体内。当地基沉降时，法兰盘与土体协同变形，使位移计发生相对滑移，从而监测某点位绝对沉降。单点沉降计可以实现土体沉降连续、实时、自动化监测，且测量精度高、误差小。文章选取堆载区域（以下简称“堆载区”）与非堆载区域（以下简称“对照区”）各1处，以单点沉降计所在沟槽回填碾压作为计时起点，堆载区从第208天开始逐级堆载，监测其施工完成后1年左右的地基沉降。监测区域特征如表1所示。

表1 监测区域特征介绍

3 堆载预压效果分析

基于传感器实测数据，可以得到堆载区与对照区沉降量时变数据，两监测区域沉降量—时间变化曲线如图1所示。对比图1中堆载区和对照区的数据可以看出，堆载后地基最终沉降Sc明显增加，且堆载后的固结速率大幅提高。说明堆载预压一方面可以增加土体总沉降量，使土体在相同固结度下更加安全稳定，另一方面可以增加沉降速率，减少固结所需的时间，节约工期。地基沉降预测是一个比较复杂的高度非线性土体变形问题，常采用显式函数对工后沉降进行回归分析，提取函数的拟合参数预测工后总沉降[4]。利用实测数据，考虑堆载高度、土体高度、土体压缩模量，建立含有3个拟合参数的沉降预测指数模型如下：

式中：H为土层厚度；Hp为堆载高度；Es为土体压缩模量；t为堆载时间；A、B、C为待拟合参数。

根据公式（1）可知：（1）沉降量与堆载高度成正比，固结临界时间差值随堆载高度增大而增加，但增加的速度越来越低。（2）土体固结时间差值随土体高度增大而增加，且增加的速度越来越快。因此，堆载预压效果随土体高度增大而增大。（3）土层固结时间随土的压缩模量增大而减小，堆载预压效果越好，即堆载预压对软土的处治效果更明显。利用该模型拟合前述实测结果，显示出较好的拟合结果，如图1中曲线所示。堆载预压效果可采用沉降量Sc（t）和固结时间t进行分析。其中，固结时间t利用沉降预测指数模型，令沉降量与规范规定的工后总沉降量相等而计算得到。

图1 两监测区域沉降量-时间变化曲线

4 结论

根据堆载预压条件下的沉降现场监测数据，与拟合得到的软基沉降特性模型，可以得出以下结论：（1）堆载预压不仅可以增加土体总沉降量，使土体在相同固结度下更加安全稳定，还可以增加沉降速率，减少固结所需的时间，节约工期。（2）堆载效果与堆载高度呈正相关，但随着堆载高度的增加，堆载预压节省工期的边际效果将降低。堆载预压效果与土层厚度负相关，且随着土层厚度的增加，堆载收敛的难度显著增加。堆载预压效果与土体压缩模量呈正相关，土体压缩模量越大，则堆载效果越好。