摘要：简述了一例使用堆载预压法（设置塑料排水板）加固深厚软土地基的过程，通过理论计算和试验数据的对比说明了该地基处理方法的优点。
关键词：堆载预压法、有效应力、Barron解、塑料排水板
一、理论基础
堆载预压法概述：
堆载预压法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后分级逐渐加载；使土体加速固结。堆载预压法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。堆载预压法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
图1堆载预压法的原理示意图
预压荷载计算（有效应力法） ：
（1）利用地基的天然抗剪强度估算第一级容许施加的荷载。
①用斯开普顿极限荷载半经验公式计算：
②对于饱和软粘土可采用下式估算：
（2）估算加荷速率和预压固结时间。
控制加荷速率 ≤4～8kPa/d，
（3）计算第一级荷载下地基强度增长值。
（4）计算p1作用下达到所确定固结度需要的时间及p2加载开始时间。
（5）根据（3）所得到的地基强度计算第二级所施加的荷载 。
水平固结系数Ch的推算
Barron解： ，水平固结系数单位为cm2/s。
二、工程实例
1.工程地质概况：厦门七宇鞋业有限公司新建厂房位于厦门市集美区潘涂镇东咀港的滩涂边，为典型的滨海相沉积地层。岸滩0.5～1.0m厚的耕殖土下面是很厚的淤泥―淤泥质粉质粘土，其厚度一般为10～15m左右，最厚处达22m；再下为力学性能较好的粉质粘土。根据地质勘察和室内土工试验表明，淤泥层压缩性大、含水量高、承载力低；其主要的物理力学性能指标如下：
含水量ω一般在80%以上，最高达到87.6%，天然重度γ为14.63KN/m3，比重G为2.667，孔隙比e达2.557，液限ωL为52.22%，塑性指数Ip为24.64，压缩模量Es（1-2）为1.416MPa，压缩系数α（1-2）为2.203（MPa）-1，无侧限抗压强度qu为10.71kPa，三轴不排水剪切强度指标cu为5.33kPa，灵敏度St为2.56，固结压力为100kPa时，水平方向固结系数ch为1.31×10-3cm2/s，垂直方向固结系数cv为0.73×10-3cm2/s。10m以内深度范围的十字板剪切强度指标为6kPa，10～20m深度范围的十字板剪切强度指标为11kPa。
原滩涂自然地面标高为±0.00m，厂区设计地坪标高为3.7m。考虑到堆载后地基的压缩沉降而预先抬高堆载高度，估计实际填土厚度要超过4.5m。
2.地基处理方案的确定：
（1）地基处理方案：根据现场十字板剪切资料和预压荷载计算公式估算，回填土的厚度早已大大超出了淤泥的临界高度，因此必须对地基进行加固处理。
根据业主的回填要求和场地土的工程力学性能指标，并从经济、技术、工程、环境影响等各方面综合考虑后，决定采用堆载预压方案处理软弱地基。
通过对厂房具有代表性的地段小规模的现场试验分析，认为在淤泥层厚度小于7m的地段采用不设竖向排水体的砂垫层分级预压堆载方案，不仅可大大降低地基处理费用，而且在加荷后200d（即排水后一级堆载完成后的80d），即完成地基土固结度的90%左右，十字板剪切强度可提高至22kPa左右；在淤泥层超过7m地段打设竖向排水体进行超载预压，对靠近岸边的7层职工宿舍，由于淤泥层厚度达20m左右，设计单柱荷载较大，为了保证宿舍在投入使用后地基的稳定性并减少地基沉降，可打设正方形布置、间距为1.5m的塑料排水板或袋装砂井。经过小规模试验表明，经分级堆载预压后180天，即最后一级堆载加完100天以后，地基土固结度可达80%左右，十字板剪切强度得到较大提高。对其他软土地区，采用2.0m间距，正方形布置的塑料排水板或袋装砂井分级堆载方案。
（2）竖向排水体的选择：由于场地淤泥的不排水剪切强度指标较低，普通砂井容易产生缩颈、断颈、侧移等质量事故，所以选择了连续性和完整性较好的袋装砂井和塑料排水板。通过现场原位试验检测现打设所料排水板的区域，处理后十字板剪切强度的增长、空隙水压力的消散、排水固结效果均比打设袋装砂井区域理想，而且从施工工艺，工期和技术经济比较均表明，采用塑料排水板更为有效，最终决定采用塑料排水板作为竖向排水体。
（3）塑料排水板的打设深度的确定：鉴于现场插板机打设深度的限制，且厂区内大于20m深度的淤泥并不很多，因此决定采用泰安塑料研制厂生产的B-Ⅰ型和B-ⅠB型两种型号的塑料排水板，当淤泥厚度≤15m时，采用B-Ⅰ型；当淤泥厚度>15m时，采用B-ⅠB型。
（4）控制堆载：现场试验表明，堆载时的堆载速率应控制在空隙水压力∑Δu/p（p―堆载）在0.5～0.7范围以内；堆载中心每天的沉降量，第一级堆载控制在30mm/d以内，以后各级控制在20mm/d以内。
（5）砂垫层的设置：砂垫层用中粗砂，洗净后平铺于地面，砂垫层厚度0.5m，含泥量控制在3%左右，密度控制在15kN/m3以上。
（6）堆载计划：根据有效应力法地基抗剪强度增长公式初步制定每层的堆填厚度，再按堆载控制指标进行堆载。场地填筑采用吹填。材料为中粗砂，并要求粒径≤0.075mm的粉粒含量以干重计不得大于15%，吹填分层进行。
3.地基加固效果分析。图1和图2分别为插板间距为1.5m和2.0m处地表沉降区测得的实测沉降过程曲线和堆载曲线。其中虚线为设计堆载过程线。由于实际施工中未严格按控制标准进行吹填，实际吹填速度大于设计的要求。图1中测得在第二层和第三层吹填时最大的日沉降速度为3.5cm，图2中测得吹填到厚度为3.42m时，最大的日沉降量为4.0cm，均大于设计日沉降速度2.0cm的要求。由于场地吹填速度大于设计要求，除了日沉降量大于设计要求外，个别尚没有吹填或者吹填很小的测点出现隆起现象，吹填围堰局部地段出现浅层滑动，地基接近破坏。虽然如此，由于竖向排水体采用了塑料板，它具有较好的抗拉强度和适应抗剪变形的能力，竖向排水通道始终保持通畅。 根据实测沉降资料，利用Barron解可推算出水平向固结系数Ch平均值为1.804×10-3cm2/s，较室内土工试验值1.31×10-3cm2/s大0.40倍，与设计采用数值1.745×10-3cm2/s比较接近。
图2 间距为1.50m插板区的堆载过程线和实测沉降过程线
图3 间距为2. 0m插板区的堆载过程线和实测沉降过程线
4.加固效果：从2011年8月19日开始，并于2012年4月19日结束的观测表明，场地在平均吹填厚度为4.70m（包括0.5m厚砂垫层）时，场地平均沉降量为1.213m，表明塑料排水板对加快地基在填土自重作用的固结具有明显的作用。
经现场钻探和室内土工试验表明，加固前、后，地基土的物理力学性质指标发生了较大的变化，见表1，地基土得到了加固。
表1 淤泥层物理力学性质变化表
测试阶段 天然含水量ω（） 天然重度γ（） 孔隙比 压缩系数
a1-2（MPa-1）
压缩模量（） 十字板剪切强度（）
垂直 水平
堆载前 87.612 14.63 2.557 2.203 1.974 1.430 6.0～11.0
堆载后，2012年6月 73.504 15.72 2.023 1.483 1.374 2.075 20.55
堆载后，2012年10月 64.43 16.04 1.784 1.401 1.230 2.234 21.40
三、结论
通过本文工程实例，利用堆载预压法处理软弱地基，可以使相对于预压荷载的地基沉降在处理期间基本消除，同时通过排水固结，加速地基土的抗剪强度的增长，使建筑物在使用期间不会产生过大的沉降或沉降差，提高建筑地基强度及稳定性；对于沿海地区软弱粘土层上的地基处理，堆载预压法是一种经济有效的手段。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部，《岩土工程勘察规范 GB50021-2001》（2009年版）
[2]中华人民共和国水利部，《土工试验方法标准 GBT50123-1999》（2007年版）
[3]《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册rM].北京：中国建筑工业出版社，1988
[4]张克恭， 刘松玉. 土力学[ M] . 北京： 中国建筑工业出版社，2001.
[5]左明麒《地基处理实用技术》中国铁道出版社，2005
作者：王云 工程师 西安 工作单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司引汉济渭项目部 电话：[1**********]
杂志请邮寄到以下地址：新疆伊宁市解放西路宝地宾馆4楼伊钢办事处转王三太收
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摘要：简述了一例使用堆载预压法（设置塑料排水板）加固深厚软土地基的过程，通过理论计算和试验数据的对比说明了该地基处理方法的优点。
关键词：堆载预压法、有效应力、Barron解、塑料排水板
一、理论基础
堆载预压法概述：
堆载预压法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后分级逐渐加载；使土体加速固结。堆载预压法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。堆载预压法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
图1堆载预压法的原理示意图
预压荷载计算（有效应力法） ：
（1）利用地基的天然抗剪强度估算第一级容许施加的荷载。
①用斯开普顿极限荷载半经验公式计算：
②对于饱和软粘土可采用下式估算：
（2）估算加荷速率和预压固结时间。
控制加荷速率 ≤4～8kPa/d，
（3）计算第一级荷载下地基强度增长值。
（4）计算p1作用下达到所确定固结度需要的时间及p2加载开始时间。
（5）根据（3）所得到的地基强度计算第二级所施加的荷载 。
水平固结系数Ch的推算
Barron解： ，水平固结系数单位为cm2/s。
二、工程实例
1.工程地质概况：厦门七宇鞋业有限公司新建厂房位于厦门市集美区潘涂镇东咀港的滩涂边，为典型的滨海相沉积地层。岸滩0.5～1.0m厚的耕殖土下面是很厚的淤泥―淤泥质粉质粘土，其厚度一般为10～15m左右，最厚处达22m；再下为力学性能较好的粉质粘土。根据地质勘察和室内土工试验表明，淤泥层压缩性大、含水量高、承载力低；其主要的物理力学性能指标如下：
含水量ω一般在80%以上，最高达到87.6%，天然重度γ为14.63KN/m3，比重G为2.667，孔隙比e达2.557，液限ωL为52.22%，塑性指数Ip为24.64，压缩模量Es（1-2）为1.416MPa，压缩系数α（1-2）为2.203（MPa）-1，无侧限抗压强度qu为10.71kPa，三轴不排水剪切强度指标cu为5.33kPa，灵敏度St为2.56，固结压力为100kPa时，水平方向固结系数ch为1.31×10-3cm2/s，垂直方向固结系数cv为0.73×10-3cm2/s。10m以内深度范围的十字板剪切强度指标为6kPa，10～20m深度范围的十字板剪切强度指标为11kPa。
原滩涂自然地面标高为±0.00m，厂区设计地坪标高为3.7m。考虑到堆载后地基的压缩沉降而预先抬高堆载高度，估计实际填土厚度要超过4.5m。
2.地基处理方案的确定：
（1）地基处理方案：根据现场十字板剪切资料和预压荷载计算公式估算，回填土的厚度早已大大超出了淤泥的临界高度，因此必须对地基进行加固处理。
根据业主的回填要求和场地土的工程力学性能指标，并从经济、技术、工程、环境影响等各方面综合考虑后，决定采用堆载预压方案处理软弱地基。
通过对厂房具有代表性的地段小规模的现场试验分析，认为在淤泥层厚度小于7m的地段采用不设竖向排水体的砂垫层分级预压堆载方案，不仅可大大降低地基处理费用，而且在加荷后200d（即排水后一级堆载完成后的80d），即完成地基土固结度的90%左右，十字板剪切强度可提高至22kPa左右；在淤泥层超过7m地段打设竖向排水体进行超载预压，对靠近岸边的7层职工宿舍，由于淤泥层厚度达20m左右，设计单柱荷载较大，为了保证宿舍在投入使用后地基的稳定性并减少地基沉降，可打设正方形布置、间距为1.5m的塑料排水板或袋装砂井。经过小规模试验表明，经分级堆载预压后180天，即最后一级堆载加完100天以后，地基土固结度可达80%左右，十字板剪切强度得到较大提高。对其他软土地区，采用2.0m间距，正方形布置的塑料排水板或袋装砂井分级堆载方案。
（2）竖向排水体的选择：由于场地淤泥的不排水剪切强度指标较低，普通砂井容易产生缩颈、断颈、侧移等质量事故，所以选择了连续性和完整性较好的袋装砂井和塑料排水板。通过现场原位试验检测现打设所料排水板的区域，处理后十字板剪切强度的增长、空隙水压力的消散、排水固结效果均比打设袋装砂井区域理想，而且从施工工艺，工期和技术经济比较均表明，采用塑料排水板更为有效，最终决定采用塑料排水板作为竖向排水体。
（3）塑料排水板的打设深度的确定：鉴于现场插板机打设深度的限制，且厂区内大于20m深度的淤泥并不很多，因此决定采用泰安塑料研制厂生产的B-Ⅰ型和B-ⅠB型两种型号的塑料排水板，当淤泥厚度≤15m时，采用B-Ⅰ型；当淤泥厚度>15m时，采用B-ⅠB型。
（4）控制堆载：现场试验表明，堆载时的堆载速率应控制在空隙水压力∑Δu/p（p―堆载）在0.5～0.7范围以内；堆载中心每天的沉降量，第一级堆载控制在30mm/d以内，以后各级控制在20mm/d以内。
（5）砂垫层的设置：砂垫层用中粗砂，洗净后平铺于地面，砂垫层厚度0.5m，含泥量控制在3%左右，密度控制在15kN/m3以上。
（6）堆载计划：根据有效应力法地基抗剪强度增长公式初步制定每层的堆填厚度，再按堆载控制指标进行堆载。场地填筑采用吹填。材料为中粗砂，并要求粒径≤0.075mm的粉粒含量以干重计不得大于15%，吹填分层进行。
3.地基加固效果分析。图1和图2分别为插板间距为1.5m和2.0m处地表沉降区测得的实测沉降过程曲线和堆载曲线。其中虚线为设计堆载过程线。由于实际施工中未严格按控制标准进行吹填，实际吹填速度大于设计的要求。图1中测得在第二层和第三层吹填时最大的日沉降速度为3.5cm，图2中测得吹填到厚度为3.42m时，最大的日沉降量为4.0cm，均大于设计日沉降速度2.0cm的要求。由于场地吹填速度大于设计要求，除了日沉降量大于设计要求外，个别尚没有吹填或者吹填很小的测点出现隆起现象，吹填围堰局部地段出现浅层滑动，地基接近破坏。虽然如此，由于竖向排水体采用了塑料板，它具有较好的抗拉强度和适应抗剪变形的能力，竖向排水通道始终保持通畅。 根据实测沉降资料，利用Barron解可推算出水平向固结系数Ch平均值为1.804×10-3cm2/s，较室内土工试验值1.31×10-3cm2/s大0.40倍，与设计采用数值1.745×10-3cm2/s比较接近。
图2 间距为1.50m插板区的堆载过程线和实测沉降过程线
图3 间距为2. 0m插板区的堆载过程线和实测沉降过程线
4.加固效果：从2011年8月19日开始，并于2012年4月19日结束的观测表明，场地在平均吹填厚度为4.70m（包括0.5m厚砂垫层）时，场地平均沉降量为1.213m，表明塑料排水板对加快地基在填土自重作用的固结具有明显的作用。
经现场钻探和室内土工试验表明，加固前、后，地基土的物理力学性质指标发生了较大的变化，见表1，地基土得到了加固。
表1 淤泥层物理力学性质变化表
测试阶段 天然含水量ω（） 天然重度γ（） 孔隙比 压缩系数
a1-2（MPa-1）
压缩模量（） 十字板剪切强度（）
垂直 水平
堆载前 87.612 14.63 2.557 2.203 1.974 1.430 6.0～11.0
堆载后，2012年6月 73.504 15.72 2.023 1.483 1.374 2.075 20.55
堆载后，2012年10月 64.43 16.04 1.784 1.401 1.230 2.234 21.40
三、结论
通过本文工程实例，利用堆载预压法处理软弱地基，可以使相对于预压荷载的地基沉降在处理期间基本消除，同时通过排水固结，加速地基土的抗剪强度的增长，使建筑物在使用期间不会产生过大的沉降或沉降差，提高建筑地基强度及稳定性；对于沿海地区软弱粘土层上的地基处理，堆载预压法是一种经济有效的手段。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部，《岩土工程勘察规范 GB50021-2001》（2009年版）
[2]中华人民共和国水利部，《土工试验方法标准 GBT50123-1999》（2007年版）
[3]《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册rM].北京：中国建筑工业出版社，1988
[4]张克恭， 刘松玉. 土力学[ M] . 北京： 中国建筑工业出版社，2001.
[5]左明麒《地基处理实用技术》中国铁道出版社，2005
作者：王云 工程师 西安 工作单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司引汉济渭项目部 电话：[1**********]
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