機場軟土地基堆載預壓處理效果實測分析

林佩臻

（成都天府國際機場建設指揮部，四川 成都 610000）

軟土地基是基礎設施建設過程中最常見的特殊地基。針對大面積的軟土地基處理，最常采用塑料排水板堆載預壓的方法，通過降低土體含水率來提高土體的強度。堆載預壓的軟基處理方式已在許多實際工程中得到實踐。李向群等[1]采用堆載預壓對海港城地區試驗段進行了10個月的預壓加固，結果表明加固區地基的力學性質得到了改善，承載力明顯提高。張國聯等[2]建立了塑料排水板堆載預壓處理的大規模數值模型，通過改變施加填土的時間以及堆載預壓的時間，認為工程上的堆載預壓應設計合理的預壓時間，防止堆載預壓造成軟土地基的破壞。厲業鋒[3]通過堆載預壓實測數據及模型推算，認為堆載卸載的時機十分重要。過早卸載會導致路基無法滿足上部荷載需求，過晚卸載會使得預壓時間無法產生足夠的社會經濟效益。

文章通過在國內某機場場區內埋設傳感器，得到其在堆載預壓條件下的沉降實測值，分析沉降特征與堆載預壓各影響因素間的關系及軟土地基堆載預壓處置機理。

1 工程概況

該機場場區以淺丘寬谷地貌為主，丘坡圓緩，地形起伏不大。場區內軟弱土主要為丘間溝谷地帶的第四系沖洪積形成的黏土、粉質黏土，主要分布于機場填方區等地勢相對低洼地帶，其最大埋深為14.4m，平均埋深約為4.0m。該軟弱土具有含水率高、孔隙比高、滲透性差、壓縮性高、強度低、固結時間長等特點，對地基承載力及地基變形有較大影響，是該工程建設的不利因素。機場建設中，對飛行區道面影響區（跑道）軟弱土層厚度大于5m，且填方高度大于5m的地區采用了“碎石樁+塑料排水板”的地基處理方法，待其土石方填筑至設計標高后進行堆載預壓，堆載高2～8m，堆載預壓時間12～18個月。

2 沉降監測

該工程采用單點沉降計進行沉降監測。單點沉降計由法蘭盤、錨頭、位移計等部分組成，底部的錨頭鉆入基巖內，頂部法蘭盤位于土體內。當地基沉降時，法蘭盤與土體協同變形，使位移計發生相對滑移，從而監測某點位絕對沉降。單點沉降計可以實現土體沉降連續、實時、自動化監測，且測量精度高、誤差小。文章選取堆載區域（以下簡稱“堆載區”）與非堆載區域（以下簡稱“對照區”）各1處，以單點沉降計所在溝槽回填碾壓作為計時起點，堆載區從第208天開始逐級堆載，監測其施工完成后1年左右的地基沉降。監測區域特征如表1所示。

表1 監測區域特征介紹

3 堆載預壓效果分析

基于傳感器實測數據，可以得到堆載區與對照區沉降量時變數據，兩監測區域沉降量—時間變化曲線如圖1所示。對比圖1中堆載區和對照區的數據可以看出，堆載后地基最終沉降Sc明顯增加，且堆載后的固結速率大幅提高。說明堆載預壓一方面可以增加土體總沉降量，使土體在相同固結度下更加安全穩定，另一方面可以增加沉降速率，減少固結所需的時間，節約工期。地基沉降預測是一個比較復雜的高度非線性土體變形問題，常采用顯式函數對工后沉降進行回歸分析，提取函數的擬合參數預測工后總沉降[4]。利用實測數據，考慮堆載高度、土體高度、土體壓縮模量，建立含有3個擬合參數的沉降預測指數模型如下：

式中：H為土層厚度；Hp為堆載高度；Es為土體壓縮模量；t為堆載時間；A、B、C為待擬合參數。

根據公式（1）可知：（1）沉降量與堆載高度成正比，固結臨界時間差值隨堆載高度增大而增加，但增加的速度越來越低。（2）土體固結時間差值隨土體高度增大而增加，且增加的速度越來越快。因此，堆載預壓效果隨土體高度增大而增大。（3）土層固結時間隨土的壓縮模量增大而減小，堆載預壓效果越好，即堆載預壓對軟土的處治效果更明顯。利用該模型擬合前述實測結果，顯示出較好的擬合結果，如圖1中曲線所示。堆載預壓效果可采用沉降量Sc（t）和固結時間t進行分析。其中，固結時間t利用沉降預測指數模型，令沉降量與規范規定的工后總沉降量相等而計算得到。

圖1 兩監測區域沉降量-時間變化曲線

4 結論

根據堆載預壓條件下的沉降現場監測數據，與擬合得到的軟基沉降特性模型，可以得出以下結論：（1）堆載預壓不僅可以增加土體總沉降量，使土體在相同固結度下更加安全穩定，還可以增加沉降速率，減少固結所需的時間，節約工期。（2）堆載效果與堆載高度呈正相關，但隨著堆載高度的增加，堆載預壓節省工期的邊際效果將降低。堆載預壓效果與土層厚度負相關，且隨著土層厚度的增加，堆載收斂的難度顯著增加。堆載預壓效果與土體壓縮模量呈正相關，土體壓縮模量越大，則堆載效果越好。