堆载预压法在软土地基处理中的应用及效果评价

任宗朋

（广州市建筑材料工业研究所有限公司）

0 引言

软土地基是沿海地区建设中常遇到的问题，由于其土壤强度低、压缩量高、含水量高且透气性差，因此承载力比较弱，土壤质地较为松软，地质结构稳定性差，如果施工中处理不当，极易造成重大安全事故。堆载预压法作为软土地基处理中常用的方法，在软基处理工程中得到了广泛的应用。

1 工程概况

粤澳合作中医药科技产业园位于珠海市，地处珠江三角洲中南部，珠江口西岸。在大地构造上属于中国东部新华夏系第二隆起带与南岭纬向构造带的复合部位，也是华夏地向斜的东南延伸部分。场地附近范围内分布主要有北西向西江断裂（F1）、北东向马骝洲断裂（F10）和三灶、横琴断裂（F11）。结合本次勘察结果，拟建场区地层以海相沉积为主，淤泥及淤泥质土层厚度较大，基岩大都隐伏于第四系沉积层之下。本工程通过堆载预压法对地基进行处理，同时对地表及地基内部的沉降、孔隙水压力、分层沉降等进行监测，研究土体的压缩过程，以判断地基固结时间，为判断地基的沉降与差异沉降提供依据；为业主提供及时、可靠的信息用以评定施工期间的安全性及软基处理效果，并对可能发生危及公共安全的隐患或事故提供及时准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故发生。

2 软基监测的卸载要求及监测数据

本次评估范围为D6 区，总面积为5 900.4m2。

表1 D6 区测点数量

设计文件对地基处理区域卸载的条件要求：

⑴D6 区满载预压时间达到150 天；

⑵D6 区20 年内工后沉降量≤30cm；

⑶D6 区排水板加固深度范围内软土层平均固结度≥90%。

监测周期：从2014 年10 月27 日砂垫层验收，2015年01 月20 日加载完成，截至2015 年08 月27 日恒载预压时间已达到219 天。具体地表沉降、孔隙水压力、分层沉降监测数据如表2～表4、图1～图3 所示。

3 地基处理效果——固结度及工后沉降的评估

3.1 最终沉降的预测

为了检验软基预压、加固的效果能否满足允许工后沉降的要求，利用现场实测沉降的资料，推算最终沉降值。采用三点法推算土层的最终沉降量，三点法计算公式如下：

表2 D6 区地表沉降数据统计

图1 地表沉降D- 6 区各观测点累计沉降量- 荷载- 时间关系曲线图

表3 孔压观测数据统计

表4 分层沉降观测数据统计

图2 D- 6 区各观测点孔隙水压力- 荷载- 时间关系曲线图

图3 图2 D- 6 区各观测点累计沉降量- 时间关系曲线图

式中，

S∞——根据实测沉降推算的最终沉降量；

S1、S2、S3——满载后，实测沉降曲线中对应于t1、t2、t3时刻的沉降量，并满足t2－t1=t3－t2；

Ut——t 时刻的固结度（%）；

St——t 时刻的沉降量；

Sr——残余沉降量。

三点法推算最终沉降量的取值、设计值如表5 所示。

表5 三点法推算最终沉降量取值

3.2 实测数据

实际测量数据如表6 所示，用三点法推算D6 区的最终沉降量小于设计预计值，产生的该项误差的主要原因是打孔代表性及施工期间沉降数据缺失等因素。

表6 沉降实测值与设计值比较

截至2015 年08 月27 日地基土层的平均固结度为95%，残余沉降量平均值为71.30mm。

4 监测数据的分析

4.1 地表沉降观测

从地表沉降曲线图的地表沉降观测过程线来看D6区在开始的1～2 个月左右沉降速率较小，开始加载后沉降速率逐渐增至最大，加载完成后沉降速率渐缓渐趋收敛。

D6 区地表各监测点的差异沉降较大，产生这种差异的原因主要是各监测点所处位置的地下软土层的厚度有差异，其次D6-2 在堆载区的边缘放坡以及施工堆载进度等也有一定影响。

4.2 孔隙水压力观测

由孔隙水压力曲线图可以看出，各分区孔隙水压力在加载期间增长较快，随着土体排水固结，孔隙水压力逐渐减小。大部分区域测孔的上部测点孔隙水压力已经消散。受土层渗透特性及排水板位置等因素影响，部分孔压测值呈不规律性，部分孔压尚未消散。

根据数据分析，个别的孔位孔压存在异常，深部孔位孔压值消散情况不理想。未消散的原因可能有：

⑴排水板插打深度较深，由于井阻、涂抹等效应以及土体压缩后排水板本身可能存在的弯折现象，深层土的真空负压损耗较大。

⑵该场地压缩量较大，淤泥层较深，且采用了真空联合堆载方式进行加载，孔压正负变换对仪器要求较高，场地中水分由于滨海的缘故，含盐量较大，也较易造成仪器的损耗。

⑶本工程压缩层较厚、压缩量较大以及淤泥质土的渗透性较差，会存在排水板排水困难的情况，个别地层可能存在孔压消散不理想的情况。

4.3 分层沉降观测

从分层沉降曲线图可以看出测点FD6-1～FD6-10分层沉降观测过程线看，各测点沉降量各不相同，沿打孔深度自上而下依次减小。开始监测时沉降速率较缓，加载期间沉降速率逐渐增至最大，加载完成后沉降速率逐渐变缓渐趋于收敛。

分析分层沉降数据，分层沉降首个磁环沉降量为1 352.4mm，地表沉降均值为1 551.32mm，差异值为198.92mm，产生差异的原因主要是受插板期间土层沉降及磁环至沉降板之间土层沉降的影响，因此地表沉降与首个磁环沉降量基本相符。

4.4 小结

截至2015 年08 月27 日地基土层的平均固结度为95%，残余沉降量平均值为71.30mm，设计指标要求平均固结度≥90%，20 年内工后沉降≤30cm，满载预压期为219 天，已满足设计要求（150 天），鉴于本区域特殊情况，故监测沉降量偏小及部分孔压未完全消散，请设计单位慎重考虑卸载时间。

5 结语

地基在预压荷载作用下排水固结，地基产生变形，地基强度得以提高，卸去预压荷载后再建造建（构）筑物，不仅地基承载力提高，而且使得施工后沉降小。通过对设计要求的满载预压时间、20 年内工后沉降量、排水板加固深度范围内软土层平均固结度等要求的验算，以及对监测数据异常的分析，综合评定地基处理效果。