软土地基双重处理方法及沉降分析
马牛静
中国矿业大学土木工程系(221008)
E-mail ：摘 要：传统的预压处理地基方法往往需要相当长的时间才能使软土固结完全，而实际工程中有很多因为工期紧，而经常采取其它一些处理方法，这样往往使得成本很高。本文介绍了一种双重地基处理方法，即先对软土进行预压处理，然后在其上再加压实土垫层，这样，不仅可以缩短预压的时间，提高了经济性，而且效果也比较明显。 关键词：地基处理，预压，压实土
1．引言
随着社会的不断发展，陆地资源的利用将越来越充分，在许多沿海大城市，可以称得上是“寸土寸金”，而软土地区由于其土质较差而得不到充分利用，因而开发利用软土地区陆地资源得前景是十分广阔的。目前，一些沿海大城市由于陆地资源短缺，而将一些住宅、工业建筑、机场等项目相继建于近海软土地区，因此，如何以经济、高效而又简便的方法进行软土地基的处理将是未来的研究领域之一。现在常用的软土地基处理方法有很多种，当然，针对不同的地区应该因地制宜，选择适合的处理方法，这样才能获得比较理想的效果。
本文介绍了一种软土地基的双重处理方法，即先对软土进行预压处理，然后在其上再加填压实土垫层。传统的预压固结往往需要很长时间，而且随着时间的推移，沉降将越来越小，所以我们不可能等到土达到完全固结，而是当软土在较短的时间里固结较为充分的情况下，再在其上加填压实土垫层[1]，这样，我们可以选用分层总和法计算地基沉降。由于土层中的附加应力随着深度的增加而减小，因而沉降量也就越来越小，因此，选用压实土垫层的处理方法可以使软土地基处理工作在较短的时间里得以完成。以下我们将具体介绍软土地基的处理方法。
2．预压固结处理
已知某地区软土的物理力学指标如下表
1，现以大面积荷载p 0=200kPa 进行预压处
理，为了便于计算，我们用太沙基提出的一维固结理论进行计算[2]，即在荷载面积远大于压缩土层厚度时，地基孔隙水主要沿竖向渗流。
表1 某地区软土的物理力学指标表
土层
含水量孔隙比压缩系数渗透系数土层厚3
γ(KN /m ) (m ) ω(%) e a (/kPa ) k (cm /sec)
重度
各种压力下的孔隙比
p =(102kPa )
1.032
在大面积荷载，软土层中的附加应力沿深度均匀分布，即 软土层的最终沉降量为：
σz =p 0=200kPa ，因此，
S =
a 0. 00124
σz H =×200×103×6. 4=718mm ， 1+e 1+1. 210
竖向固结系数为：
k (1+e ) 6×10−7×10−2×3. 15×107×(1+1. 210) C v ===33. 7m 2/y ，
a γw 0. 00124×10
单向排水的时间因素为：
C v t 33. 7t
==0. 82t ， H 26. 42
即T v 仅是t 的函数，因此，我们只要给出预压时间t 便可求出时间因素T v 。
T v =
由于在正常条件下，要使软土达到完全固结十分困难，而且在很多情况下工期又不允许，因此，堆载的预压时间有限，在这里，我们取预压时间t =0. 5年，固结度的近似公式如下：
U t =1−
8
π
2
e −π
2
T v /4
……………………………………………………………①
由t =0. 5年得T v =0. 82×0. 5=0. 41，结合①式可求得U t =70%。
由此可见，经过半年的预压，软土已大部分固结，但考虑到继续让其固结，则需要相当长的时间，因此，我们可以撤去预压荷载改用压实土垫层覆盖于其上，对于这两种土层，我们可以采用常用的分层总和法计算地基最终沉降。
3．地基最终沉降量
该地区可以获得的压实土的指标如表2，基础尺寸为l ×b =4m ×2m =8m 2，埋置于
压实土层下1m 处，作用荷载为F =600kN ，地下水位位于淤泥土顶面。
表2 压实土指标表
土层
土层厚 重度
3
含水量
(m ) γ(KN /m )
ω(%)
孔隙比压缩系数
a (/kPa ) e
各种压力下的孔隙比 压力p =(102kPa ) 0.924由分层总和法[2]计算原理可以知道：随着深度的增加，土层中的附加应力不断减小，因此，各土层的沉降量也不断减小，这样，我们可以对土体进行分层，进而求得最终沉降量。 前面已经求出了固结度，结合最大固结沉降可以求得淤泥土层得剩余厚度为：
6. 4−0. 718×70%=5. 9m ，
以下将具体求解基础得最终沉降。
3.1地基分层
每层厚度按h i =0. 4b =0. 8m (b 为基础宽度) 划分，地下水位处作为分界面，这样，分层结果如图1所示。
F=600KN
1.0m
2.0m
①②③
粉质土Ⅰ
0.8m 0.8m 0.8m
④
0.8m
⑤
黑色淤泥土Ⅱ
5.9m
0.8m 0.8m
⑥⑦
0.8m
⑧⑩
图1 地基分层图
0.8m 0.3m
3.2计算地基竖向自重应力
由O 点依次往下计算，
σczi
O 点处：σcz 0=18. 2×1. 0=18. 2kPa ①
点处：σcz 1=18. 2+18. 2×0. 2=21. 8kPa
其余各点得计算结果见表3。
3.3计算地基竖向附加应力σzi
基底平均压力：
p =
基底附加压力：
F +G 600+2×4×1. 0×20
==95kPa A 2×4
p 0=p −γd =95−18. 2×1. 0=76. 8kPa
由l /b ，z /b 的值查附加应力系数表[2]得相应得应力系数，因此，各层的附加应力为：
σz =αp 0。
3.4地基分层自重应力平均值和附加应力平均值的计算
各层的平均附加应力为：zi
=(σzi −1+σzi ) /2，具体计算结果见表3。
3.5地基沉降计算深度z n 的确定
对于软土地基应满足σzn /σczn ≤0. 1，由表中数据可知：σz 10=5. 5kPa ，
σcz 10=71. 2kPa ，则有σz 10=5. 5kPa
3.6计算地基各分层沉降量
首先根据表2作出两种土的压缩曲线图如图2所示。
e
1.21.11.00.9
Ⅰ
0.80.7
0.5
1.5
Ⅱ
1.02.0
p(×100kPa)
图2 压缩曲线图
根据图2中的曲线，由线性插值法可求得各土层得孔隙比(其中e 1i 是czi 对应的孔隙比，e 2i 是czi +zi 对应的孔隙比) ，粉质土层按Ⅱ曲线计算，淤泥土层按Ⅰ曲线计算，各分层的变形量公式为：
∆s i =
e 1i −e 2i
h i ……………………………………………………………②
1+e 1i
由式②可算出各分层的压缩量。
例如第①层(i =1，h 1=0. 8m ) ，其中cz 1=20. 0kPa ∈(0, 50kPa ) ，则可求得e 11=0. 893；其中σcz 1+σz 1=91. 9kPa ∈(50kPa , 100kPa ) ，则可求得e 21=0. 810。因而第一层得压缩量为：
∆s 1=
其余计算结果见表3。
0. 893−0. 810
×0. 8×102=3. 51(cm )
1+0. 893
3.7计算基础中点总沉降量
基础总沉降量即为各分层得压缩量之和，即：
s =∑∆s i =13. 17(cm )
i =1
10
4. 结束语
由上述分析过程可以看出，用预压固结和压实土垫层双重处理方法后地基的最终沉降量只有13. 17cm ，效果比较明显，主要原因是地基中各土层的附加应力随着深度的增加而逐渐减小，而土层的压缩量也相应地减小，因此，如果使压实土垫层的厚度进一步增加，那么淤泥土的沉降将进一步减小。而如果要采用预压固结的方法使地基土完全固结则需要相当长的时间，在实际工程中，不可能用太长的时间来预压地基土，也没有必要这样做，因此，压实土垫层就是一个很好的选择。当然，压实土垫层的处理方法也有一定的缺陷，比如说有些软土地区缺少某些需要的压实土，这就不得不改用其它方法，而且压实土的指标要求也很高，如果压实土的指标得不到保证，将会产生很大得影响，因此，在选用压实土时，一定要使各项指标都得以保证。随着软土地区陆地资源得进一步开发，压实土垫层得处理方法将到广泛的应用。
参考文献
[1] 左名麒等，《地基处理实用技术》，中国铁道出版社，2005年。 [2] 赵明华，《土力学与基础工程》，武汉理工大学出版社，2003年。
Double methods of soft soil foundation treatment and
analysis of its subsidence
Ma Niujing
Department of Civil Engineering, China University of Mining & Technology, XuZhou,
JiangSu, (221008) Abstract
The traditional preloading method of foundation treatment often costs a long time so that the soft soil is consolidated completely, but time limit for most projects is short, so it is necessary for us to adopt other methods, and the costs are often too high. This passage introduces double methods of soil foundation treatment, that is to say, the soft soil foundation is dealt with preloading method firstly, then we add a layer of compacted soil. As a result, not only the time for preloading is shortened, but also the effect is great.
Keywords: foundation treatment, preloading, compacted soil
软土地基双重处理方法及沉降分析
马牛静
中国矿业大学土木工程系(221008)
E-mail ：摘 要：传统的预压处理地基方法往往需要相当长的时间才能使软土固结完全，而实际工程中有很多因为工期紧，而经常采取其它一些处理方法，这样往往使得成本很高。本文介绍了一种双重地基处理方法，即先对软土进行预压处理，然后在其上再加压实土垫层，这样，不仅可以缩短预压的时间，提高了经济性，而且效果也比较明显。 关键词：地基处理，预压，压实土
1．引言
随着社会的不断发展，陆地资源的利用将越来越充分，在许多沿海大城市，可以称得上是“寸土寸金”，而软土地区由于其土质较差而得不到充分利用，因而开发利用软土地区陆地资源得前景是十分广阔的。目前，一些沿海大城市由于陆地资源短缺，而将一些住宅、工业建筑、机场等项目相继建于近海软土地区，因此，如何以经济、高效而又简便的方法进行软土地基的处理将是未来的研究领域之一。现在常用的软土地基处理方法有很多种，当然，针对不同的地区应该因地制宜，选择适合的处理方法，这样才能获得比较理想的效果。
本文介绍了一种软土地基的双重处理方法，即先对软土进行预压处理，然后在其上再加填压实土垫层。传统的预压固结往往需要很长时间，而且随着时间的推移，沉降将越来越小，所以我们不可能等到土达到完全固结，而是当软土在较短的时间里固结较为充分的情况下，再在其上加填压实土垫层[1]，这样，我们可以选用分层总和法计算地基沉降。由于土层中的附加应力随着深度的增加而减小，因而沉降量也就越来越小，因此，选用压实土垫层的处理方法可以使软土地基处理工作在较短的时间里得以完成。以下我们将具体介绍软土地基的处理方法。
2．预压固结处理
已知某地区软土的物理力学指标如下表
1，现以大面积荷载p 0=200kPa 进行预压处
理，为了便于计算，我们用太沙基提出的一维固结理论进行计算[2]，即在荷载面积远大于压缩土层厚度时，地基孔隙水主要沿竖向渗流。
表1 某地区软土的物理力学指标表
土层
含水量孔隙比压缩系数渗透系数土层厚3
γ(KN /m ) (m ) ω(%) e a (/kPa ) k (cm /sec)
重度
各种压力下的孔隙比
p =(102kPa )
1.032
在大面积荷载，软土层中的附加应力沿深度均匀分布，即 软土层的最终沉降量为：
σz =p 0=200kPa ，因此，
S =
a 0. 00124
σz H =×200×103×6. 4=718mm ， 1+e 1+1. 210
竖向固结系数为：
k (1+e ) 6×10−7×10−2×3. 15×107×(1+1. 210) C v ===33. 7m 2/y ，
a γw 0. 00124×10
单向排水的时间因素为：
C v t 33. 7t
==0. 82t ， H 26. 42
即T v 仅是t 的函数，因此，我们只要给出预压时间t 便可求出时间因素T v 。
T v =
由于在正常条件下，要使软土达到完全固结十分困难，而且在很多情况下工期又不允许，因此，堆载的预压时间有限，在这里，我们取预压时间t =0. 5年，固结度的近似公式如下：
U t =1−
8
π
2
e −π
2
T v /4
……………………………………………………………①
由t =0. 5年得T v =0. 82×0. 5=0. 41，结合①式可求得U t =70%。
由此可见，经过半年的预压，软土已大部分固结，但考虑到继续让其固结，则需要相当长的时间，因此，我们可以撤去预压荷载改用压实土垫层覆盖于其上，对于这两种土层，我们可以采用常用的分层总和法计算地基最终沉降。
3．地基最终沉降量
该地区可以获得的压实土的指标如表2，基础尺寸为l ×b =4m ×2m =8m 2，埋置于
压实土层下1m 处，作用荷载为F =600kN ，地下水位位于淤泥土顶面。
表2 压实土指标表
土层
土层厚 重度
3
含水量
(m ) γ(KN /m )
ω(%)
孔隙比压缩系数
a (/kPa ) e
各种压力下的孔隙比 压力p =(102kPa ) 0.924由分层总和法[2]计算原理可以知道：随着深度的增加，土层中的附加应力不断减小，因此，各土层的沉降量也不断减小，这样，我们可以对土体进行分层，进而求得最终沉降量。 前面已经求出了固结度，结合最大固结沉降可以求得淤泥土层得剩余厚度为：
6. 4−0. 718×70%=5. 9m ，
以下将具体求解基础得最终沉降。
3.1地基分层
每层厚度按h i =0. 4b =0. 8m (b 为基础宽度) 划分，地下水位处作为分界面，这样，分层结果如图1所示。
F=600KN
1.0m
2.0m
①②③
粉质土Ⅰ
0.8m 0.8m 0.8m
④
0.8m
⑤
黑色淤泥土Ⅱ
5.9m
0.8m 0.8m
⑥⑦
0.8m
⑧⑩
图1 地基分层图
0.8m 0.3m
3.2计算地基竖向自重应力
由O 点依次往下计算，
σczi
O 点处：σcz 0=18. 2×1. 0=18. 2kPa ①
点处：σcz 1=18. 2+18. 2×0. 2=21. 8kPa
其余各点得计算结果见表3。
3.3计算地基竖向附加应力σzi
基底平均压力：
p =
基底附加压力：
F +G 600+2×4×1. 0×20
==95kPa A 2×4
p 0=p −γd =95−18. 2×1. 0=76. 8kPa
由l /b ，z /b 的值查附加应力系数表[2]得相应得应力系数，因此，各层的附加应力为：
σz =αp 0。
3.4地基分层自重应力平均值和附加应力平均值的计算
各层的平均附加应力为：zi
=(σzi −1+σzi ) /2，具体计算结果见表3。
3.5地基沉降计算深度z n 的确定
对于软土地基应满足σzn /σczn ≤0. 1，由表中数据可知：σz 10=5. 5kPa ，
σcz 10=71. 2kPa ，则有σz 10=5. 5kPa
3.6计算地基各分层沉降量
首先根据表2作出两种土的压缩曲线图如图2所示。
e
1.21.11.00.9
Ⅰ
0.80.7
0.5
1.5
Ⅱ
1.02.0
p(×100kPa)
图2 压缩曲线图
根据图2中的曲线，由线性插值法可求得各土层得孔隙比(其中e 1i 是czi 对应的孔隙比，e 2i 是czi +zi 对应的孔隙比) ，粉质土层按Ⅱ曲线计算，淤泥土层按Ⅰ曲线计算，各分层的变形量公式为：
∆s i =
e 1i −e 2i
h i ……………………………………………………………②
1+e 1i
由式②可算出各分层的压缩量。
例如第①层(i =1，h 1=0. 8m ) ，其中cz 1=20. 0kPa ∈(0, 50kPa ) ，则可求得e 11=0. 893；其中σcz 1+σz 1=91. 9kPa ∈(50kPa , 100kPa ) ，则可求得e 21=0. 810。因而第一层得压缩量为：
∆s 1=
其余计算结果见表3。
0. 893−0. 810
×0. 8×102=3. 51(cm )
1+0. 893
3.7计算基础中点总沉降量
基础总沉降量即为各分层得压缩量之和，即：
s =∑∆s i =13. 17(cm )
i =1
10
4. 结束语
由上述分析过程可以看出，用预压固结和压实土垫层双重处理方法后地基的最终沉降量只有13. 17cm ，效果比较明显，主要原因是地基中各土层的附加应力随着深度的增加而逐渐减小，而土层的压缩量也相应地减小，因此，如果使压实土垫层的厚度进一步增加，那么淤泥土的沉降将进一步减小。而如果要采用预压固结的方法使地基土完全固结则需要相当长的时间，在实际工程中，不可能用太长的时间来预压地基土，也没有必要这样做，因此，压实土垫层就是一个很好的选择。当然，压实土垫层的处理方法也有一定的缺陷，比如说有些软土地区缺少某些需要的压实土，这就不得不改用其它方法，而且压实土的指标要求也很高，如果压实土的指标得不到保证，将会产生很大得影响，因此，在选用压实土时，一定要使各项指标都得以保证。随着软土地区陆地资源得进一步开发，压实土垫层得处理方法将到广泛的应用。
参考文献
[1] 左名麒等，《地基处理实用技术》，中国铁道出版社，2005年。 [2] 赵明华，《土力学与基础工程》，武汉理工大学出版社，2003年。
Double methods of soft soil foundation treatment and
analysis of its subsidence
Ma Niujing
Department of Civil Engineering, China University of Mining & Technology, XuZhou,
JiangSu, (221008) Abstract
The traditional preloading method of foundation treatment often costs a long time so that the soft soil is consolidated completely, but time limit for most projects is short, so it is necessary for us to adopt other methods, and the costs are often too high. This passage introduces double methods of soil foundation treatment, that is to say, the soft soil foundation is dealt with preloading method firstly, then we add a layer of compacted soil. As a result, not only the time for preloading is shortened, but also the effect is great.
Keywords: foundation treatment, preloading, compacted soil