堆載預(yù)壓法加固地基

張進(jìn)才

（中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300000）

堆載預(yù)壓法加固地基

張進(jìn)才

（中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300000）

處理軟土地基的方法很多，對于大面積的深厚淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土，在持續(xù)荷載的作用下，其體積會(huì)有明顯的壓縮，強(qiáng)度也會(huì)明顯增大。這種情況特別適合使用預(yù)壓法。簡要總結(jié)了堆載預(yù)壓法加固地基的加固原理，說明了現(xiàn)場施工的情況，以供與同行交流，為日后相關(guān)工作的順利進(jìn)行提供參考。

堆載預(yù)壓法；軟土地基；地基沉降；地基強(qiáng)度

1 目的、任務(wù)和使用范圍

堆載預(yù)壓法是在建（構(gòu)）筑物等工程未建前，預(yù)先向軟土地基施加荷載，使地基達(dá)到預(yù)期固結(jié)，然后進(jìn)行工程建造，使其在正常使用過程中地基沉降和地基強(qiáng)度均能滿足要求。堆載預(yù)壓法的主要任務(wù)是消降地基的部分沉降變形，縮短地基的固結(jié)周期，提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而達(dá)到加固地基的目的。堆載預(yù)壓法多用于處理軟土，比如淤泥、淤泥質(zhì)黏性土和沖填土等飽和黏性土。

2 堆載預(yù)壓法的加固原理

堆載預(yù)壓法是以土料、砂料、石料或建（構(gòu)）筑物自重等為堆載，對軟土地基進(jìn)行一定時(shí)間的預(yù)壓，軟土中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，并隨時(shí)間逐漸消散，使軟土中的有效應(yīng)力不斷增強(qiáng)，地基土得到排水固結(jié)、沉降，從而在一定程度上提高地基土的強(qiáng)度。

3 堆載預(yù)壓法現(xiàn)場施工

堆載預(yù)壓法現(xiàn)場施工的大致流程如圖1所示。

圖1 堆載預(yù)壓法現(xiàn)場施工流程

3.1 鋪設(shè)水平排水砂墊層

排水砂墊層對砂料有具體的要求：砂料的干密度ρd應(yīng)大于1.5 g/cm3；砂料的滲透系數(shù)K應(yīng)大于1×10-2cm/s；砂料宜選用中粗砂，其黏粒含量ρc不宜大于3%；砂料中可混有少量粒徑小于50 mm的礫石，砂墊層厚度不應(yīng)小于500 mm。

當(dāng)?shù)乇肀容^干硬時(shí)，可以采用大型機(jī)械攤鋪法；當(dāng)?shù)乇硗帘容^軟時(shí)，可用小翻斗車或人力車攤鋪；當(dāng)?shù)乇硗梁苘洉r(shí)，可先在地面鋪設(shè)荊芭或土工布等，然后采用大型機(jī)械攤鋪法或人力車攤鋪法。

3.2 排水豎井施工

3．2．1 塑料排水帶（板）

塑料排水帶（板）的性能指標(biāo)必須符合設(shè)計(jì)要求，其性能和規(guī)格在《塑料排水板質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ/T—T 257—96）中有明確的規(guī)定。在施工現(xiàn)場，應(yīng)妥善保管塑料排水帶（板），防止其被陽光照射，以防其破損或被污染。破損或受到污染的塑料排水帶（板）不得應(yīng)用于工程中。

塑料排水帶（板）的施工方法有振動(dòng)法、靜壓法，振動(dòng)法適用于各類地層，靜壓法在穿透硬夾層時(shí)應(yīng)考慮其適用性。施工機(jī)械有履帶式和走軌式，走軌式適用于各種場地，履帶式在地表比較干硬時(shí)使用。

塑料排水帶（板）施工所用套管應(yīng)采用菱形斷面或出口段為扁矩形的斷面，不應(yīng)全長都采用圓形斷面，以保證插入地基土中的帶子平直、不扭曲。

塑料排水帶（板）需接長時(shí)，應(yīng)采用濾膜內(nèi)芯帶平搭接的連接方法，搭接長度宜大于200 mm。

塑料排水帶（板）施工目前有較成熟的施工工藝，具體可參考《塑料排水板施工規(guī)程》（JTJ/T 256—96）。

塑料排水帶（板）施工完成并通過驗(yàn)收后，應(yīng)清理孔口套管帶出的軟土，并用砂料將孔填實(shí)，板頭埋入砂墊層內(nèi)100～200 mm。

3．2．2 袋裝砂井

為了減少對周圍土的擾動(dòng)，袋裝砂井施工所用套管直徑宜略大于砂井直徑。袋裝砂井一般選用聚丙烯編織袋制作，砂料要求與砂墊層相同，施工機(jī)械與塑料排水帶（板）相同。灌砂時(shí)，宜使用干砂，確保砂袋頂端進(jìn)入砂墊層，砂袋埋入砂墊層的長度不應(yīng)小于500 mm。

塑料排水帶（板）和袋裝砂井施工時(shí)，宜配置能檢測其深度的設(shè)備，平面井距偏差不應(yīng)大于井徑，垂直度偏差不應(yīng)大于1.5%，深度不得小于設(shè)計(jì)要求。

3．2．3 普通砂井

普通砂井的灌砂量應(yīng)按照井孔的體積和砂在中密狀態(tài)時(shí)的干密度計(jì)算，實(shí)際灌砂量不得小于計(jì)算值的95%.普通砂井的砂料要求與砂墊層相同，一般采用振動(dòng)沉管機(jī)成井。

3．2．4 施工沉降

施工沉降是指在排水豎井施工過程中地面發(fā)生的沉降，可通過實(shí)際施工前后的場地高程求得，應(yīng)計(jì)入預(yù)壓沉降量。

3.3 埋置監(jiān)測設(shè)備

這里的監(jiān)測設(shè)備主要是指排水豎井施工完成后所需埋置的設(shè)備，不包括施工過程中埋置的（比如監(jiān)測豎井深度的設(shè)備）設(shè)備。

3．3．1 沉降標(biāo)

沉降標(biāo)根據(jù)場地大小和建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)形狀，按照方格網(wǎng)或輻射狀布置，方格網(wǎng)每500～800 m21個(gè)。堆載預(yù)壓宜在堆載中央處、堆載坡頂處、堆載坡腳處布點(diǎn)，布點(diǎn)數(shù)一般不少于5個(gè)。在距場地邊界處1 m到1～1.5倍處理深度影響范圍內(nèi)，宜布置不少于2條沉降斷面，每條斷面上不宜少于3個(gè)點(diǎn)。場地內(nèi)、外監(jiān)測點(diǎn)宜成斷面布設(shè)。標(biāo)盤置于砂墊層下軟土面上，標(biāo)桿能隨堆載高度加長，并用套管保護(hù)。

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)一般采用接桿式觀測標(biāo)，觀測標(biāo)可選用（600×600×14）mm3鋼板做底板（稱“標(biāo)盤”），底板中央焊接1根長1.0 m、Φ30～40 mm的鋼管（稱“標(biāo)桿”），頂部接觀測標(biāo)。安裝桿盤時(shí)，需保證其水平，并與標(biāo)桿鉛直，隨著分級加荷的增加，逐步接桿進(jìn)行觀測，接桿直至堆載頂部。為了方便計(jì)算，接桿宜選1 m等長。

試驗(yàn)區(qū)外可用（400×400×10）mm3的鋼板做標(biāo)盤，底板中央焊接1根長60 cm、Φ20～30 mm的鋼管或Φ20 mm的鋼筋。桿盤需保證水平，并與標(biāo)桿鉛直，設(shè)置標(biāo)桿時(shí)，需露出地表5～10 cm作為觀測用。

3．3．2 地面邊樁位移標(biāo)

埋置在場地外側(cè)對稱軸線上不同距離處，宜在處理區(qū)邊界外1.0～1.5倍處理深度的影響范圍內(nèi)布置不少于2條側(cè)向位移斷面，每條斷面上布置不少于3個(gè)點(diǎn)，邊界外1 m處需布點(diǎn)，宜與沉降觀測點(diǎn)布置在相鄰位置。一般情況下，可用木樁或預(yù)制加筋混凝土樁，樁尺寸為（200×200×1 000）m3，觀測標(biāo)點(diǎn)固定于樁頂。埋設(shè)方式可采用鉆孔擊入埋標(biāo)法，鉆孔可選用Φ130 mm鉆具，鉆深0.8 m，然后將樁插入孔內(nèi)，用吊錘擊樁入土中，但是，地表上需留有100 mm左右的余量，以便觀測。樁設(shè)置到位后，需夯實(shí)樁周邊的土體，以確保樁埋設(shè)的穩(wěn)定性。

3．3．3 分層沉降環(huán)

分層沉降環(huán)宜布置在試驗(yàn)場區(qū)中央處、場區(qū)中央至預(yù)壓邊界中間地帶、預(yù)壓邊界處，每個(gè)場地1～2組，每組不宜少于3個(gè)點(diǎn)，垂直向布置，沿土層1.5～3.0 m布置一點(diǎn)。分土層設(shè)置時(shí)，每層不應(yīng)少于1個(gè)點(diǎn)，布設(shè)深度一般大于處理深度3～6 m。堆載層可不設(shè)點(diǎn)。所有觀測點(diǎn)要布置在較小的范圍內(nèi)，（一般2 m見方或各點(diǎn)間距不大于50 cm），以便于觀測接近同一鉛垂線上的各層土的沉降情況。

分層沉降觀測標(biāo)志一般由內(nèi)管和保護(hù)管組成，內(nèi)管的上端應(yīng)加工成半球狀，下端與標(biāo)盤焊接，用鉆機(jī)打孔將標(biāo)盤埋入預(yù)定深度。外面埋1個(gè)保護(hù)管，但不得壓碰內(nèi)管標(biāo)志，在保護(hù)管下端外面還要埋1個(gè)50 cm的套管。為了避免保護(hù)管下沉影響內(nèi)標(biāo)，在保護(hù)管將標(biāo)盤壓入預(yù)定深度后，將保護(hù)管抬高，使其距離標(biāo)盤30～50 cm，然后在保護(hù)管內(nèi)灌砂填實(shí)。

3．3．4 深層水平位移管

施工時(shí)，宜在場區(qū)邊界外1.0～1.5倍處理深度的影響范圍內(nèi)布置不少于1條深層土體側(cè)向位移斷面，觀測點(diǎn)不宜少于3個(gè)，宜與其他監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測點(diǎn)布置在相鄰位置，邊界外1 m處需布點(diǎn)。土體側(cè)向位置觀測深度應(yīng)大于地基處理深度10 m，宜采用Φ108 mm鉆具成孔，鉆孔應(yīng)垂直，下套管護(hù)孔，成孔后應(yīng)用清水洗孔至孔內(nèi)無稠漿，鉆孔深度應(yīng)比安裝深度深，每隔10 m深0.5 m。鉆孔應(yīng)有原始記錄，包括分層、深度和土性描述。

測斜管安裝埋設(shè)采用的是逐根連接法，最下節(jié)管底套上配套，底蓋固定密封，放入孔內(nèi)；將上節(jié)按照槽口方向插入下節(jié)接頭內(nèi)，必須保證插到管子端平面相接后再固定。如果在安裝過程中遇到管子上浮的情況，可以向管內(nèi)注清水。測斜管安裝到位后，注意將管內(nèi)壁上兩對凹槽的任何一對調(diào)整至垂直于量測的方向，套上配套頂蓋。

另外，管外與鉆孔間用中粗砂填實(shí)，或用水泥與黏土拌和材料注漿。以砂為填料時(shí)，回填速度不宜過快，一邊填，一邊輕搖管子，直到填實(shí)。一個(gè)測斜孔的測斜管應(yīng)為一個(gè)廠家的產(chǎn)品，以免接口導(dǎo)槽對不起來。在此要注意，測斜管內(nèi)不得混入水泥漿和雜物。安裝完成后，測斜管全長的垂直傾斜偏差應(yīng)小于2°。

3．3．5 孔隙水壓力計(jì)

孔隙水壓力計(jì)宜布置在試驗(yàn)場區(qū)中央處、場區(qū)中央至預(yù)壓邊界中間地帶、預(yù)壓邊界處，一般不少于3個(gè)點(diǎn)，并宜與場地其他監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測點(diǎn)布置在相鄰的位置。對于場地外，在處理深度的影響范圍內(nèi)，可根據(jù)需要選擇布點(diǎn)，每個(gè)場地1～2組，沿軟土1.5～3.0 m垂直布置1個(gè)孔隙水壓力計(jì)。分土層布設(shè)時(shí)，每層不應(yīng)少于1個(gè)孔隙水壓力計(jì)，布置深度一般以大于處理深度3～6 m。在布置時(shí)，宜一孔一計(jì)，如果一孔多計(jì)，計(jì)間距應(yīng)大于1 m，并應(yīng)做好探頭之間的隔水密封，并按《孔隙水壓力測試規(guī)程》（CECS 55：93）規(guī)定實(shí)施。

孔隙水壓力觀測一般宜選用振弦式孔隙水壓力傳感器和振弦式頻率測定儀，測讀精度為±1 Hz。孔隙水壓力傳感器量程應(yīng)根據(jù)埋設(shè)深度、變化幅值、大氣降水等確定，以免超出量程范圍，或是量程過大影響測量精度。

《孔隙水壓力測試規(guī)程》（CECS 55：93）規(guī)定，上限值應(yīng)大于靜水壓力值與預(yù)估的超孔隙水壓力值之和，一般宜為100～200 kPa。當(dāng)測量深度大于20 m時(shí)，上限可為400～600 kPa。

原則上要求成孔孔徑應(yīng)與傳感器的直徑相同，一般則采用Φ91 mm或Φ108 mm鉆具成孔，如果采用泥漿護(hù)壁工藝，鉆孔完成后需用清水洗孔，直至泥漿全部清除方可。

孔隙水壓力傳感器的安裝與埋設(shè)均需在水中作業(yè)，濾水石不得與大氣接觸，一旦接觸，應(yīng)重新排氣?？紫端畨毫鞲衅鞯穆裨O(shè)方法一般有以下2種：①壓入法。這種方法適用于軟土，直接壓入埋設(shè)深度。如果在操作過程中遇到困難，可先成孔至埋設(shè)深度以上1 m處，再壓入土中，上部用黏土球封孔。②鉆孔埋設(shè)法。鉆機(jī)成孔至埋設(shè)深度，然后在孔內(nèi)填入少許純凈砂，將傳感器送入埋設(shè)位置，在周圍填入部分純凈砂，然后用黏土球封孔。

封孔時(shí)，應(yīng)使用干黏土球，Ip≥17，封孔應(yīng)從傳感器一直封至孔口。如果在同一鉆孔中埋設(shè)多個(gè)探頭，則需封至下一個(gè)傳感器埋設(shè)的深度。

孔隙水壓力計(jì)導(dǎo)線長度應(yīng)根據(jù)傳感器的埋設(shè)和堆載高度，或鋪設(shè)到觀測位置的距離來確定，并要留有足夠的余量。

3.4 挖設(shè)排水溝、盲溝和集水井

排水溝挖于場地外，深度應(yīng)大于預(yù)估沉降量0.5 m以上。盲溝根據(jù)地勢靈活布置，將水排至排水溝或集水井即可。排水溝應(yīng)揭穿砂墊層進(jìn)入地表一定深度，并全部用碎石填至與砂墊層相平。

排水有困難時(shí)，可設(shè)Φ300～400 mm的集水井，集水井應(yīng)揭穿砂墊層進(jìn)入地表一定深度，井底和井周應(yīng)用碎石填至與砂墊層相平，濾水管隨堆載而增高，用潛水泵排水。

3.5 堆載、監(jiān)測

3．5．1 堆載

堆載時(shí)常使用自卸汽車、推土機(jī)和裝載機(jī)。當(dāng)?shù)乇硗临|(zhì)比較軟時(shí)，第一級荷載可用輕型機(jī)器或人力堆載。對于堤壩、罐體等，也可用其自身荷載或充水作為預(yù)壓堆載。

3．5．2 監(jiān)測

在加載過程中，應(yīng)每天觀測一次，遇異常情況，觀測次數(shù)應(yīng)加密。待所有情況都正常后，可3 d觀測1次，并嚴(yán)格控制加載速度，防止地基發(fā)生剪切破壞或產(chǎn)生過大的塑性變形。當(dāng)滿足下列要求時(shí)，才可繼續(xù)加載，即：①對于豎井地基，最大豎向變形量每天不應(yīng)超過15 mm；對于天然地基，最大豎向變形量每天不應(yīng)超過10 mm；邊樁水平位移每天不應(yīng)超過5 mm。②目前，對孔隙水壓力的控制尚缺少經(jīng)驗(yàn)。一般情況下，以實(shí)測孔隙水壓力值與堆載量值的比值小于50%～60%為標(biāo)準(zhǔn)。③滿載穩(wěn)定后，計(jì)算固結(jié)度、抗剪強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。④在預(yù)壓區(qū)內(nèi)進(jìn)行原位十字板剪切試驗(yàn)或取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，以確定地基土強(qiáng)度的增長和預(yù)壓進(jìn)程。軟土地基的失穩(wěn)通常經(jīng)歷從局部剪切破壞到整體剪切破壞的過程，這個(gè)過程要有數(shù)天時(shí)間。因此，相關(guān)工作人員要綜合分析孔隙水壓力、豎向變形、邊樁水平位移等觀測資料，密切注意它們的發(fā)展趨勢。對于鋪設(shè)土工織物的堆載預(yù)壓工程，要注意破壞的突發(fā)性。

3.6 卸載

卸載終止預(yù)壓的條件是，有關(guān)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，卸載應(yīng)分級進(jìn)行，并做好對各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測工作。

4 結(jié)束語

近幾年來，預(yù)壓法加固地基在沿海軟土地區(qū)的應(yīng)用比較廣泛，對于大面積的深厚淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土，使用預(yù)壓法加固地基效果明顯。本文簡要闡述了堆載預(yù)壓法加固地基的加固原理，總結(jié)了現(xiàn)場施工情況，希望能對以后的工作起到指導(dǎo)作用。

由于時(shí)間倉促，筆者水平有限，文中不當(dāng)甚至錯(cuò)誤之處在所難免，希望同行批評指正，在此表示感謝。

［1］中國建筑科學(xué)研究院.JGJ 79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］中華人民共和國交通部.港口工程地基規(guī)范［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［3］孫懷軍.塑料板排水法在軟基處理中的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.天津勘察，2005（1）.

［4］林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

〔編輯：白潔〕

TU472.3+3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.126

2095-6835（2017）13-0126-03