摘要：本文以越南河内城市铁路项目嚓灵-哈洞线建设为例，根据其软土地基特点，选择了联合联合堆载预压法对其进行处理。详述了分级加载和沙井布置，分析了基沉降规律，及处理后对地面沉降的影响。通过实践证明，在该地层条件下，联合堆载预压方法是加强软土地基的有效手段，并取得了较好的综合效益，可为类似工程提供参考。
关键词：软土；地面沉降；联合堆载预压
1 引言
目前，河内市的陆上交通方式以步行、自行车、摩托车、公交车和出租车为主。越南交通主管部门于2008年计划修建一条城市地铁，以减少私人交通工具，并提高城市环境水平。该线路将是河内的第二条轨道交通线路，预计2016年投入运营，日旅客发送量为20万。本研究针对河内城市地铁项目嚓灵-哈洞线建设中遭遇的软土问题进行分析。整个处理面积约1.75万m2。通过对地层分析，以及土体的孔隙度和液限实验，得到自然地基的容许承载力不足80kPa，然后上部结构需要的承载力在100至120kPa。传统堆载法的最大优点是没有受到荷载大小的限制，因此可以进行超载预压。但缺点是堆载的工程量太大，所需投资高。降水法和真空法则比较经济，但所形成的预压荷载不可能大，技术要求也比较复杂。在工程实践中可采用真空-堆载联合预压法，联合法就是综合两者的优点，堆一部分荷载，再加降水或抽真空，就可以取得更加理想的结果。
2 堆载预压设计
由于软粘土地基抗剪强度低，因此在进行堆载预压时，不可能快速加载，而是分级逐渐加荷，即待前期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基稳定性和沉降。具体方法如下：
(1) 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载P1，对长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即
（1）
式中：τf0为天然地基不排水抗剪强度，由无侧限、
三轴不排水剪切试验或原位十字板剪切试验测定；F为安全系数，建议采用1.1～1.5。
(2) 计算第一级荷载下地基强度增长值。在P1荷载下，经过一段时间预压，地基强度将提高为τf1，即
（2）
式中：△τf0为P1作用下，地基因固结而增长的强度，通常假设地基的固结度为70%；η为考虑剪切蠕变的强度折减系数。
(3) 计算P1作用下达到所定固结度所需要的时间。这一步计算的目的是确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。
(4) 根据第（2）步所得到的地基强度τf1计算第二级所能施加的荷载P2，即
(3)
同样，求出在P2作用下地基固结度达70%时的强度以及所需时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次计算出以后各级荷载的停歇时间，初步的加荷计划也确定下来。
(5) 对按以下步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算，如稳定性不满足，则调整加荷计划。
(6) 计划预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达到设计要求，所剩留的沉降为建筑物所允许。
3 超载预压
经超载预压后，如受压土层各点有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点附加总应力，在建筑物荷载作用下地基将不会再发生主固结变形，而且将减小次固结变形，并推迟次固结变形的发生。
超载预压可缩短预压时间，如图1所示，在预压过程中，任一时间地基的沉降量可表示为
（4）
式中：St为时刻t时地基的沉降量（mm）；Sd为由于剪切变形而引起的瞬时沉降（mm）；
为t时刻地基的平均固结度；S0为最终固结沉降（mm）；Ss为次固结沉降（mm）。
式（5）可用于：①确定所需的超载压力值ps，以保证在使用荷载pi作用下预期的总沉降量在给定的时间内完成；②确定在给定超载下达到预定沉降量所需要的时间。
图1 超载预压消除主固沉降
在永久填土或建筑物荷载pi作用下，地基的固结沉降可用通常的方法计算。
为了消除超载卸除后继续发生的主固结沉降，超载应维持到使土层中间部位的固结度达到要求。
（5）
该方法要求将超载保持到在pi作用下所有点都完全固结为止，这时土层的大部分将处于超固结状态。因此，这是一个安全度较大的方法，它所预估的值ps或超载时间都大于实际所需的值。
用超载预压法对减小永久荷载下的次固结沉降有一定效果，计算原则是把pi作用下的总沉降看做主固结沉降和次固结沉降之和。
4 沙井布置
砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距，以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层深度等。
（1）砂井直径和间距
砂井直径太小，当采用套管法打设时，容易造成灌砂率不足、缩颈或砂井不连续等质量问题。工程上常用的普通砂井直径为300～400mm，袋装砂井直径为70～120mm。井距也不宜过小，否则施工时将使砂井周围土体受到较大的扰动。对于普通砂井，通常的井距为砂井直径的6～9倍，相当于井径比7～10。
目前袋装砂井在国内工程上得到广泛的应用。我国通常采用70mm直径，井距一般为1～2m，相当于井径比15～30。
（2）砂井长度
砂井长度的选择和土层分布、地基中附加应力的大小、施工期限和条件等因素有关。当软粘土层较薄时，砂井应打穿粘土层；粘土层较厚但含有砂层或砂透镜体时，砂井应尽可能打至砂层或砂透镜体。当粘土层很厚，其中又无透水层时，可按地基的稳定性以及建筑物沉降所要求处理的深度来决定。对于以沉降为控制的工程，如受压层厚度不大（例如小于20m）时，可打穿受压层以减少预压荷载或预压时间。当受压层厚度很大时，因至深度较大处，附加应力与土自重应力相比已很小，砂井的排水固结作用已不大，故砂井不一定要打穿受压层。
（3）砂井排列
图2 砂井平面布置及影响区域
图2为砂井平面布置的两种常用形式，即等边三角形和正方形。当砂井为正方形排列时，砂井的有效排水范围为正方形；而为等边三角形排列时则为正六边形，如图中虚线所示，并认为在该有效范围内的水系通过位于其中的砂井排出。在实际进行固结计算时，巴隆建议将每个砂井的影响范围化作一个等面积的圆来求解，等效圆的直径与砂井间距的关系如下：
等边三角形排列时
（6）
正方形排列时
（7）
式中：de为砂井的有效直径；l为砂井间距。
形式上砂井按等边三角形排列较正方形排列紧凑，实际工程中较常采用，但理论上这两种排列效果相同（当de相同时）。砂井的布置范围，一般比建筑物基础范围稍大为好，一般可由基础的轮廓线向外延伸约2～4m。这是因为基础以外一定范围内地基中任仍然产生由于建筑物荷载而引起的压应力和剪应力。基础外的地基土如能加速其固结，对提高地基的稳定性和减小侧向变形以及由此引起的沉降均有好处。
（4）排水砂垫层
在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通砂井，引出从土层排水砂井的渗流水。砂垫层的厚度一般为0.5m左右。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。
（5）砂料
砂料宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3%。
5 施工过程
图3 荷载加载示意图
荷载加载示意图如图3所示。图中，A-B段为铺设初始砂垫层，B-C段为抽水泵运转及测试段，D-E段位第一级加载（砂垫层厚度0.5m），F-G段位第二级加载（砂垫层厚度0.6m），H-I为第三级加载（砂垫层厚度0.7m），J-K段为补偿式联合堆载预压（砂垫层厚度调整至0.5m）。
整个过程实现了一个高性能的预压，砂性和补偿后填充时间从所有回填砂填充15天。此外，根据计算泵出总时间约为170天，其中真空压力和回填砂载满负荷的时间大约是130天。
补充砂层充填1m，主要包括两个施工阶段。在第一阶段，在填土厚度为0.5m，地基沉降可稳定15天的情况下，填充可以继续。第二部分可以抽真空后充。根据现场试验结果，地基表面沉降约1213mm；加固度达90.8%；残余沉降是0.148m；最沉降率为3.217（cm /y）。以上结果无疑是满足设计要求。沉降与时间的曲线图说明了下面的图4。
图4 沉降与时间关系曲线
6 结论
该真空联合堆载预压法加固软土地基，兼顾了真空和堆载的优点。该方法不仅可以加速软土地基满足地基土的强度要求和缩短工期的巩固，和工程实践也证明了真空堆载预压是安全，可靠和经济的巩固软地基的方法。
在采用固化软土地基的真空联合堆载预压法时，应结合真空荷载的有效范围，分析地基土压力的分布特征。软土地基上形成的分压桩顶荷载和真空度应叠加计算。如果真空负荷固结是有效的，那么不必忽略其功效。
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作者简介：方镇波（1990-），男，湖北潜江人，助理工程师，工学学士，主要从事岩土勘察、工程地质方面的工作。
论文作者:方镇波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
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