地基处理技术：堆载预压与排水固结法

堆载预压是指在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度随之逐渐提高。

饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙水在压差作用下，由排水通道缓慢排出，使孔隙体积减小，地基发生固结沉降。同时，土中有效应力增加，地基土强度逐渐增长。这一原理可由图6.2.8来说明。

图6.2.8 排水固结法增大地基土密度原理

当土样的固结压力为σ₀′，其孔隙比为e₀，在e—σ_c′坐标上对应于a点；当压力增加Δσ＇，其孔隙比减少Δe，对应于曲线上c点，曲线abc称为压缩曲线。同时，在τ—σ_c′坐标中，抗剪强度成比例增长，由a点提高到c点。如果卸除固结压力Δσ′，土样发生膨胀，由c点回到f点，曲线cef为卸荷曲线。若对土样再施加Δσ′的压力，土样发生再压缩，由f点沿虚线变化到c′点，其相应的强度包络如图中所示。从再压缩曲线fgc＇可清楚看出，固结压力同样从σ_c′增加Δσ，从而孔隙水减少值为Δe′，Δe′比Δe小得多。这说明，如在建筑场地先施加一个与上部建筑物相同的压力进行预压，使土层固结（相当于压缩曲线从a点变化到c点），然后卸载（相当于回弹曲线上从c点变化到f点），再建造建筑物（相当于再压缩曲线从f点变化到c′点），这样建筑物所引起的沉降可大幅度减小。如果预压荷载大于建筑物荷载，即所谓的超载预压，则效果更好。经过超载预压，当土层的固结压力大于使用荷载下的固结压力时，则原来的正常固结的软弱黏性土将处于超固结状态，而使土层在正常使用荷载下的变形大为减小。

地基土层的排水固结效果与地基土的排水条件有关，依据固结理论，在达到某一固结度时，地基固结所需时间与排水距离的平方成正比。

图6.2.9 排水固结原理(www.xing528.com)

a）竖向排水情况 b）砂井地基排水情况

软弱黏性土层越厚所需固结时间越长（图6.2.9a所示），如果淤泥质土层厚度大于1.20m，要达到较大固结度（U＞80%），所需固结时间长达几年至几十年。为加速固结，减小固结所需时间，最为有效的方法是在地基中设置竖向排水体，缩短排水路径图6.2.9b。这时土层中的孔隙水主要通过竖向排水体排出，竖向排水体的作用就是缩短排水距离。为此，缩短了预压工程的预压工期，在短期内达到较好的固结效果，使地基沉降提前完成；加速地基土强度的增长，使地基承载力提高的速度始终大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性。排水固结法就是依据这一原理应用到如下两个方面。

1.减少建筑物基础沉降

在拟建建筑物场地上施加预压荷载，待土层充分固结后卸去预压荷载再修建建筑物，这样，由建筑物荷载引起的沉降将明显减少。

2.提高地基稳定性与承载力

利用堆载或建筑物的自重，通过分级加载并控制加载速率，使地基在前一级荷载作用下排水固结、地基强度与承载力增大，然后再施加下一级荷载，这样逐步进行，直至满足地基承载力与稳定性的要求为止。