堆载预压处理软土地基在我国得到大范围的应用，也取得了良好的效果。以下将从勘察、设计、施工、检测和监测四个方面，介绍堆载预压在机场工程中的应用方法。

堆载预压的目的是根据机场工程使用条件，使大部分的地基沉降均在工前发生，从而有效减少工程使用期的沉降，使得工程的功能性满足要求。

堆载预压基本原理：堆载预压附加荷载在地基土中产生超静孔隙水压力，随着时间推移，土体中孔隙水排出，超静水压力消散，土体有效应力增大，孔隙比减少，地基发生固结变形，地基土强度逐步增强，地基承载力提高。

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勘察

勘察阶段需要查明软土的成因、类型、性质和空间分布范围，地下水位类型、埋藏条件、水位变化幅度与规律。勘察成果需提供包括软土在内的土层物理力学指标：含水量、容重、孔隙比、液限、塑限、颗粒组成、压缩系数、压缩模量、固结系数、渗透系数、e-p曲线、快剪粘聚力及内摩擦角、固结快剪粘聚力及内摩擦角、无侧限抗压强度、承载力、原位十字板试验及相应图表等。

勘察阶段的主要目标：为设计方案计算沉降、固结度和稳定提供基础数据，为地基处理方案的选择提供基础资料。

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设计

根据堆载预压的作用机理，在设计中需完成三个核心参数的设计：堆载设计，排水系统设计和预压时间设计。

（1）堆载设计

堆载设计确定堆载大小及堆载土石方工程的要求。根据机场工程竖向设计、工程的使用目的，合理确定堆载的大小。按照建成后工程运营状况，堆载预压分为欠载预压、等载预压和超载预压。对沉降比较敏感的机场工程，应采用等载预压或超载预压，加速地基土体的固结沉降，从而减少运营期的工后沉降。

堆载预压采用填筑土石方作为附加荷载，土方材料和碾压密实满足相应压实度要求。设计中需考虑沉降补方的工程量，以及沉降补方作为附加荷载引起的新的沉降。根据工程规模、土石方的来源、场地条件和填筑稳定控制，确定合适的堆载速率。

（2）排水系统设计

软土的渗透性小，需设置排水系统，通过水平向设置砂垫层改善排水条件。常用材料为含泥量少，透水性好的中粗砂，含泥量小于5%，渗透系数为10^-2cm/s为佳。如无理想的砂料来源，也可布置滤水土工布（不小于300g/m²）+碎石垫层代替砂垫层，碎石的粒径小于10cm。

（3）预压时间设计

堆载预压必须控制堆载荷载大小值，一般要求施加的每一级荷载不得超过根据前一级荷载作用下地基强度增长后，由抗剪强度计算得到地基极限承载力的0.7倍或安全系数大于1.4。因为加载过大，将引起地基土的塑性屈服和塑性剪切，从而使强度衰减，地基后期沉降增加，出现不良后果。施工中，应严格控制加载速率，并通过监测数据，反馈填筑安全状况。

堆载预压时间可根据机场工程具体情况，制定相应的卸载标准，从而确定卸载时间。通过控制残余沉降、控制工后沉降和控制沉降速率等，根据监测数据分析和线性回归，计算推测的最终沉降量，剩余沉降量和工后沉降量，结合当前沉降速率，判定当前监测结果是否达到卸载标准，从而确定预压时间。

图1  堆载预压加载时间和沉降曲线

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施工

堆载预压施工材料和施工机具比较简单，施工操作方便，工程应用较为成熟。

（1）施工工艺流程

堆载预压施工工序或施工顺序为：场地清表平整→铺设砂垫层→分层填筑土石方→堆载预压→卸载→施工检测。

（2）施工注意事项

材料质量：砂垫层的含泥量小于5%。

堆载土石方填筑：填料满足设计要求，控制填料在最佳含水量附近，分层填筑、分层碾压密实，压实度满足设计要求；按照设计要求的填筑速率进行填筑，填筑过程中按照要求的频次进行监测，监测数据异常时，及时暂停填筑，查找原因。

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监测和检测

为准确计量、控制合理的填土速率和评价地基处理效果，地基处理的监测和检测工作是十分必要的。根据堆载预压基本原理，结合机场工程具体条件和要求，确定监测的目的和监测的项目，设计现场监测系统，布置监测点，制定监测的技术要求和监测物理量的控制标准。

（1）监测

堆载预压监测项目有地表沉降、水平位移和孔隙水压力观测等。

地表沉降监测是在接近原地面位置埋设地表沉降观测点，监测测点高程变化。一般布置在中轴线和道肩位置，并结合地形和地质情况布置。通过地表沉降观测，掌握地基某一点的沉降量、沉降速率和沉降变化规律。

 

水平位移监测采用埋设测斜专用管，观测测斜管沿深度的倾斜角度，算出管体沿深度的分布位置，通过观测比较管体位置的变化求得地基不同深度的水平位移。水平位移测斜管一般布置在边坡趾部或坡趾外5m以内部位，深度一般要达到相对硬的稳定土层以内。根据水平位移速率和土体变形状况指导施工，现场有失稳迹象可及时报警，确保填筑过程中边坡稳定。

 

孔隙水压力监测是监测地基土体在附加荷载作用下不同深度内超静孔隙水压力的消长规律，及时了解土体的固结状态和强度增长情况，并通过孔压系数来控制施工速率。孔隙水压力一般按2-5米布置在软土地基中，间距一般上部小、下部大。

现场监测点需设置醒目的警示标志，在观测期中采取有效措施加以保护或专人看管，测量标志一旦遭受碰损，应立即复位并复测。

监测资料应尽快绘制出相应的曲线，将监测结果直观化，以便做进一步分析，整理的曲线主要有：

1）沉降曲线：荷载—时间—沉降过程线、荷载—时间—沉降速率过程线；

2）水平位移曲线：荷载—时间—水平位移沿深度过程线；

3）孔隙水压力曲线：荷载—时间—孔隙水压力过程线、荷载与孔隙水压力比值—时间过程线；

4）荷载—时间—全断面沉降过程线；

5）时间—地下水变化过程线；

（2）检测

通过检测加固前后地基土性质的变化，检验地基的加固效果。检测的手段有钻孔取土与室内土工试验、现场十字板剪切试验。

钻孔取土与室内土工试验：在堆载预压加固区范围，在加固前、后地基钻孔取样，送试验室进行物理、力学试验，比较加固前后软土性质指标变化，分析评价设计方案的加固效果。为减轻取土过程中扰动的影响，采用薄壁取土器钻取原状土样，钻孔深度穿过软土层大约计算压缩层底部。

现场十字板剪切试验：在堆载预压加固区范围，在加固前、施工中及加固后地基进行十字板剪切试验，比较加固过程中软土强度指标变化，分析评价设计方案的加固效果。试验深度穿过软土层到达计算压缩层底部。

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结语

本文从勘察、设计、施工至监测和检测，全面介绍了堆载预压工法。实践经验表明，堆载预压法对软土地基机场的地基处理工程是有效与合适的，主要原因如下：

一是超载堆载土石方工程量可以用于土面区回填，不存在多购填料的问题；

二是沿海地区机场，为满足抗洪排涝，设计的填方高度不大（一般小于3m），填方荷载小于地基承载力，没有边坡稳定的问题；

三是工期要求相对比较宽松。

通过堆载预压，可以减少浅层的沉降和不均匀沉降。该方法充分利用了软土的结构性强、渗透性小的特点，沉降速率也容易收敛，且满足设计要求。

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