超载预压

建筑学术语

超载预压法是处理软粘土地基的有效方法之一。属于堆载预压法的一种，即在被加固地基上采用堆载达到施加预压目的的排水固结方法，当预压荷载大于使用荷载时，称为超载预压法。

理论

定义

加载预压利用临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，增强地基抗剪强度，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物，预压荷载大于建筑物荷载时称为超载预压，超载预压可减少由于次固结而产生的沉降。最常用的堆载材料是土或砂石料，也可采用其他原料。

加固机理

应用原理是有效应力原理与固结理论。

软土层在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙体积不断减小，地基发生固结变形，同时随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步增长。土层的排水固结效果与其排水边界有关，根据太沙基一维固结理论，土层固结所需时间与排水距离的平方成正比，因此可用增加土层的排水途径、缩短排水距离的办法来加速土层的固结。

设计计算

设计内容

（1）、确定竖向排水体，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度。

（2）、确定排水砂垫层材料和厚度。

（3）、确定预压区范围、预压荷载大小（大于建筑物自重）、荷载分级、加载速率和预压时间。

（4）、计算地基土的固结度、强度增长，进行稳定性和变形验算。

计算要点

1、排水体的尺寸、间距、排列方式和深度取决于土层的固结特性和施工期限的要求，应使有效范围内的水均通过位于其中的排水体排出。

2、超载大小，应视要求的参与沉降量和固结度而定。

3、在软弱地基上超载预压，会在土体中产生剪应力，当剪应力大于土体抗剪强度时，土体发生破坏。因此，超载预压过程应分级加荷，等到前期荷载作用下地基强度增加到足以满足下一级荷载时，方施加下一级荷载，直至设计荷载。

4、预压时间根据计算所得预压荷载下地基的最终沉降量、预压期间的沉降量和剩余沉降量确定。不但与固结度、超载比和加载计划有关，而且与初始有效应力和黏塑性指数也有关。算例表明,针对特定的加载方案,受软土地基强度增长规律的影响，超载预压存在最短持续时间。对次固结变形显著的软土地基，按纯主固结理论计算的持续时间过小，考虑次固结沉降后无法满足工后沉降的要求；而按有效应力面积比法计算持续时间时有时会出现固结度大于1.0的错误，应全面考虑主固结和次固结的沉降特性才能合理地确定超载预压的持续时间。

通常认为，对大面积场地堆载，当压缩土层的平均固结度达到下式要求时即可卸载：

(1)

式中　Sf为使用荷载下土层的最终主固结变形；Ssc为场地使用期间的次固结变形； Sfts为使用荷载及超载共同作用下土层的最终主固结变形。用式(1)的平均固结度进行卸载控制，应慎重考虑以下问题：(1)当受压土层的平均固结度达到式(1)要求时，在使用荷载下地基仍有可能产生主固结变形。其原因是：由于土的性质和排水条件不同，即使满足式(1)，受压土层内超静孔隙水压力也可能没有充分消散，在使用荷载下，它将继续产生主固结变形。(2)应用式(1)可能产生这样的情况，对于次固结变形较大的土，如果超载不太大，可能出现Sf+Ssc>Sfts的现象，这时固结度>1，这是不可能的。(3)用式(1)进行卸载控制难以预测超载卸除后地基的后续沉降情况。实际上，超载卸除后的变形包括主固结变形，吸水膨胀变形，次固结变形和次回胀变形。当超载足够大，超载时间足够长，超载卸除后地基在很长时间内以回胀变形为主。如果合理地选择超载比及超载作用时间，就会使回胀变形(包括吸水膨胀与次回胀)与固结变形(包括主固结与次固结)在建筑物使用期内达到总体上的相对平衡。

超载预压法的传统设计计算方法对超载比的大小和超载作用时间的长短，即超载预压的阈值问题并没有很好地解决。

实验研究

根据实验研究所得结论：

(1)超载预压的效果反映在卸载后沉降的大小，亦即后续变形的大小，而后续变形的大小对一定的场地来说与超载量及超载作用下地基所达到的平均固结度有关。

(2)从试验结果看，超载比较小时，随着超载比增加，最佳超载作用时间急剧下降；当超载比增加到一定程度后，超载比对最佳超载作用时间的影响将大大减弱，最佳超载作用时间随着超载比的增加将趋于某一定值。因此在工程上，超载比不宜过大，过大效果并不显著，造成浪费，且必须以地基的稳定为前提。

施工方法

该方法广泛应用于我国沿海平原和内陆湖泊沉积地区的软土地基加固，积累了丰富施工经验。

施工过程分为排水体施工与加压系统施工。排水体的施工分为水平排水体施工和竖向排水体施工。

超载预压的材料一般以散料为主，如石料、砂、砖等，大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合作业。对超软地基，第一级荷载宜用轻型机械作业或人工作业。

施工过程中应注意：（1）加载面积要足够大，加载顶面积不小于建筑物底面积，加载底面积适当扩大以保证范围内的地基得到均匀加固。（2）加载要求严格控制加荷速率，保证各级荷载下地基的稳定性，同时避免部分堆载过高而引起的地基局部破坏。（3）对超软黏性土地基，荷载的大小、施工工艺更要精心设计，以避免对土的扰动和破坏。

质量检验

施工过程后，需对土层进行质量检验和检测，主要包括现场检验和竣工质量检验。

现场检验包括：（1）孔隙水压力观测。在超载预压工程中，一般在场地中央、载物坡顶处及载物坡脚处不同深度设置孔隙水压力观测仪器。根据测点孔隙水压力—时间变化曲线反算土的固结系数，推算该点不同时间的固结度、强度增长，从而确定下一级施加荷载的大小。根据测点孔隙水压力—荷载的关系曲线判断该点是否达到屈服状态，来控制加荷速率。（2）沉降观测。这是地基工程中最重要最基本的观测项目之一。超载预压工程的地面沉降应沿场地对称轴线上设置，场地中心、坡顶、坡脚和场外10m范围内均需设置地面沉降标，以掌握整个场地的沉降情况和场地周围地面隆起情况。需观测荷载作用范围内地基的总沉降、荷载外地面沉降或隆起、分层沉降以及沉降速率等。（3）水平位移观测。包括边桩水平位移和沿深度的水平位移，是控制预压加荷的重要手段之一。地表水平位移标一般由木桩或混凝土制成，布置在预压场地的对称轴线上和场地边线不同距离处。（4）地基土物理力学指标检测。

竣工质量检验：（1）排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。（2）应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验，必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3点。

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