地基处理3 预压法课件.ppt

,第三章 预压法,地基处理,预压法加固机理,2,预压法（排水固结法）：指直接在天然地基或在设置有袋装砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。,3.1概述,预压法,加压系统:通过预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出，进而使土体固结；排水系统:则通过改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度,预压法由加压系统和排水系统两部分组成。,共70页 第13页,砂井法堆载预压示意图,分级加载：前一级荷载作用下地基基本固结后，再施加下一级荷载，直至达到设计荷载为止。,加载过快 地基会失稳,加水预压,土方堆载预压,袋装砂井埋设完毕,真空预压是在负超静水压力下排水固结，又称为负压固结。 真空预压法处理地基必须设置排水竖井。,排水预压法处理软土的效果,适用:饱和的、渗透性低的、软土埋藏较深的软弱粘性土地基加固应用范围：广泛用于路基填筑工程，工业和民用建筑以及机场跑道工程,图1 排水固结系统,排水固结法,水平排水体,竖向排水体,塑料排水带,排水系统,加压系统,降水预压法,真空预压法,堆载预压法,砂垫层,袋装砂井,普通砂井,电渗排水法,应用排水固结法的主要目的,应用排水固结法的主要目的包括三个方面：,减少建筑地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间大部或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；,通过排水固结，加速地基土的抗剪强度的增长，提高建筑地基强度及稳定性；,消除欠固结软土地基中桩承受的负摩阻力，并可消除竣工后地基的不均匀沉降等。,饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括： 土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙体积逐渐减小；由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。 饱和土体固结作用是排水、压缩和压力转移同时进行的一个过程。,饱和土体渗流固结过程,3.2 预压法加固机理,渗流固结力学模型,饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力的逐渐消散和有效应力相应增长的过程,根据土力学，地基内某点总应力、有效应力、及孔隙水压力u 之间的关系为:= - u ;,固结度U 可表示,堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。,3.2.1 堆载预压加固机理,亦即大部分压缩变形( )在预压阶段已经消除(再压缩曲线fgc )。,c点卸压 (卸荷曲线cef )，孔隙比增大 值, 土体抗剪强度下降 。 由于,预压力学变化过程, 土体经预压之后，压缩变形量得以提前完成, 假定土体天然固结压力0对应的孔隙比为eo (对应a点) 。, 压力增加，孔隙比减小e ，固结终止于c点(压缩曲线abc)，对应抗剪强度增加。,根据固结理论，固结所需时间和排水距离的平方成正比，土层越厚，固结延续的时间越长。,a 竖向双面排水 b 砂井地基排水 图4-2-2 排水法的原理,排水系统(竖向、水平排水体)作用:改善地基排水边界条件，增强土层的排水固结效果。,固结所需时间,为加快土层的固结速度，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。,具体排水手段：设置竖向排水体(砂井、塑料排水板(袋)+水平排水体(砂垫层),如果对地基施加的荷载大于建(构)筑荷载，如图4-2-1中的d点所对应的压力，则会进一步增大地层的固结程度，大大减少地基的沉降量，该方法称为超载预压排水固结法。,真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应力，以利于土体排水固结。,3.2.2 真空预压加固机理,适用性： 真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。,工作机理： 抽气后，薄膜内外形成一个压差，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同时真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。从而使土体孔隙中的气和水由土体向垂直排水通道渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出。,真空预压和堆载预压法的对比,优点： 具有不需大量堆载材料，不需分级加压，可以在很软的地基上使用以及工期较短等优点；缺点： 工序复杂，工程费用较高，预压效果受到一定局限，预压区周边效果相对较差，同时由于真空抽水最大高度为10m，淤泥层厚度8m时预压效果较好，但厚度8m时则有所减弱，厚度越大则越明显，当淤泥中存在砂层时四周需增设密封墙。,降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。,3.2.3 降水预压加固机理,适用范围： 降水预压法与真空预压一样，不会使土体发生破坏，因而不需控制加荷速率，可一次性降水至预定深度。 降水预压法最适用于地下水位较高的砂或砂质土，或在软土中存在砂或砂质土的情况。对于深厚的软粘土层，为加速固结，往往设置砂井并采用井点法降低地下水位。,饱和土体中孔隙水压力和附加应力的计算,地下水下降,A点,电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结。,3.2.4 电渗预压加固机理,3.3 预压法的设计与计算,预压法的设计，实质上是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排加压系统与排水系统,堆载预压法设计计算,其设计内容主要包括： a. 选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度； b. 确定预压区范围、预压荷载的大小、荷载分级、加载速率和预压时间； c. 计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。,目标：加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；施工过程安全,（1）竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带，若竖向排水体深度超过20m，建议采用袋装砂井和塑料排水带。,（2）竖向排水体平面布置 a.竖向排水体直径和间距 主要根据土的固结性质和施工期限的要求确定。排水体的截面尺寸取决于能否及时排水，直径过小，施工困难；直径过大，并不能明显增加固结速率。为达到同样的固结度，缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好，即井径和井间距的关系是“细而密”比“粗而稀”好。,1、竖向排水体设计,普通砂井直径为300-500mm，袋装砂井直径为70-120mm。塑料排水带的当量换算直径：,竖向排水体的间距l通常按井径比n确定，一般普通砂井的间距可按n=6-8选用，塑料排水带或袋状砂井的间距可按n=15-22选用。,b排水带宽度(mm)；d 排水带厚度(mm),b.竖向排水体直径和间距竖向排水体在平面上可布置成正三角形或正方形，其相应的有效排水范围分别为正六边形和正方形。为简化计算将其有效排水范围均简化为等效圆，则竖井的有效排水直径和竖井间距l的关系为： 等边三角形排列时: 正方形排列时 :,正三角形布置 正方形布置,3. 竖向排水体深度和布置范围 竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中附加应力的大小、建筑物对地基的稳定性、变形要求及工期来确定，一般为10-25m。 1) 软土层不厚、底部有透水层时，竖向排水体应尽可能穿透软土层。 2) 当深厚的高压缩土层间有砂层或砂透镜体时，竖向排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体，而采用真空预压时应尽量避免竖向排水体与砂层相连，以免影响真空效果。,3) 对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般为0.1-0.2)。4）对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水体深度通过稳定性分析来确定，且至少应超过最危险滑动面2m。5) 对以变形控制的工程，竖向排水体深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量来确定。竖向排水体宜穿透受压土层。 竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约2-4m。,2 地表砂垫层设计 在竖向排水体顶部应铺设排水砂垫层，以保证地基固结过程排出的水能够顺利地通过砂垫层迅速排出，使受压土层的固结能够正常进行，以利于提高地基处理效果，缩短固结时间。,a. 垫层材料 垫层材料宜采用透水性良好的中粗砂。砂垫层的干密度应大于1.5g/cm3，其渗透系数宜大于110-2cm/s。 b. 垫层厚度应满足地基对其排水能力的要求；当地基表面承载力很低时，砂垫层还应具备持力层的功能，以承担施工机械荷载。陆上施工时，砂垫层厚度不应小于0.5m；水下施工时，一般为1m。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物底宽。并伸出竖向排水体外边线2倍竖向排水体直径。在砂料贫乏地区，可采用连通竖向排水体的纵、横砂沟代替整片砂垫层。,3. 预压荷载确定,在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。当该剪应力大于软土地基的抗剪强度时，地基将剪切破坏。,堆载预压需进行分级加荷，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，方可施加下一级荷载，直至加到设计荷载。,对于地基沉降有严格要求的建筑物，应采取部分超载预压处理地基。 首先用简便的方法确定一个初步加荷计划，然后校核该加荷计划下地基稳定性和沉降量,堆载预压加荷设计与计算流程,确定最后加荷计划,确定天然地基不排水抗剪强度Cu及砂井等设计参数,第i级加荷荷载计算Pi=5.52Cui1K,Pi作用下地基固结后强度值计算 Cu =( Cui-1+Cui ) 两级荷载间隔时间计算Ti-Ti-1),每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求,建筑地基最终沉降量、在预压工期内沉降量及剩余沉降量的计算，是否满足设计要求,是否超出设计荷载,否,否,是,是,否,是,采用超载预压,2) 计算第一级荷载P1作用下地基强度的增长值。地基在P1预压下，经过一段时间强度逐渐提高，地基强度为 Cu1 =( Cu+Cu1 )式中：Cu1为P1作用下地基固结增长的强度；为强度折减系数。,1) 利用地基的天然抗剪强度Cu 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 P1 =5.52CuK。 式中：Cu天然地基不排水抗剪强度(由无侧限、三轴不排水剪试验或原位十字板剪切试验测定)； K安全系数(建议采用1.11.5)。,a. 制订加荷计划,3) 计算P1 作用下达到所定固结度(一般为70)所需要的时间，即两级荷载(Pi、Pi+1)间隔，目的在于确定第一级荷载停歇的时间，或第二级荷载开始施加的时间。地基在Pi 作用下达到某一固结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。,4) 根据第2步骤得到的地基强度Cu1, 计算第二级所能施加的荷载P2，即 P2=5.52Cu1K 在此基础上，计算P2 作用下地基固结后的强度值： Cu2=( Cu1+Cu2 ) 以及P2的作用时间(固结度为70)。依次按上述步骤计算出各级加荷荷载Pi和加荷时间，直至超出设计荷载。,5) 上述加荷计划确定后，对每一级荷载下地基的稳定性进行验算。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。,6) 计算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，以确定预压荷载卸除的时间。如果预压工期内，地基沉降量不满足设计要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。,加载速率根据地基土强度确定。当天然地基土强度满足预压荷载下地基的稳定性要求时可一次性加载；否则，应分级逐渐加载，待前期预压荷载下地基土强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性要求时方可加载。,b. 地基固结度计算 1) 瞬时加荷条件下的固结度计算,固结理论假定： 每个砂井的有效影响范围为一圆柱体，且不考虑施工过程中所引起的井阻和涂抹作用； 荷载为大面积连续均布荷载，地基中附加应力分布不随深度变化； 一次性瞬时施加荷载，加荷开始时，外荷载全部由孔隙水压力承担，固结过程就是孔隙水排出的过程； 地基土体仅发生竖向变形，土体的压缩系数和渗透系数为常数。,砂井地基固结度计算模型,固结微分方程为：,用分离变量法求解，可分解为:,竖向排水平均固结度Uz,当Uz 30%时，可采用下式计算,根据不同边界条件绘制的UzTv关系曲线。计算竖向固结度时，先求得时间因素Tv，再根据边界条件查图即可求得Uz。,双面排水条件,压缩应力分布不同时,工程背景,H小，p面积大,自重应力,附加应力底面接近零,自重应力附加应力,和情况1类似底面不接近零,计算公式,应力分布,情况A 情况B 情况1 情况2 情况2,不透水,透水,a,b,=1 =0 = 1,（1）单面排水时的固结度计算,42,(2)双面排水时平均固结度的计算,无论哪种情况，均按情况A计算压缩土层深度H取1/2值,应力分布,基本情况A,透水,透水,43,专题：已知沉降量求与该沉降量对应的时间,【例 3-1】厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，在均布荷载p的作用下其压缩应力为：地表处p0=240kPa，10m处p10=80kPa，。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，sat=20kN/m3，压缩系数a=0.00025kPa-1，渗透系数k=0.02m/a。试求：在自重条件下固结度达Uz=0.7时所需要的历时t；在均布荷载p作用下Uz=0.7时所需要的历时t；若将此粘土层下部改为透水层，则Uz=0.7时所需历时t。,p,1.在自重条件下,径向排水平均固结度Ur,考虑涂抹和井阻影响时，竖向排水体地基可按下式计算径向排水平均固结度Ur,涂抹效应：地基设置砂井时，施工操作将不可避免地扰动井壁周围的土体，使其渗透性降低；井阻效应: 砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，使砂井内不同深度的孔压不全等于大气压。 这两种效应都会造成地基地固结速率减慢.,涂抹,井阻,总平均固结度 Urz,根据卡里罗（Carrillo）理论证明,Urz30%时的总平均固结度:,当竖向排水体间距较密、软土层很厚或径向固结系数远大于竖向固结系数，竖向平均固结度的影响很小，常可忽略不计，可只考虑径向固结度作为整个竖向排水体有效影响范围内的总平均固结度。,已知时间求与该时间对应的固结度,已知固结度求与该固结度对应的时间,竖向排水体往往并未穿透整个受压土层。在这种情况下，固结度的计算可分为两部分：竖向排水体范围内地基的平均固结度按式（3.26）计算；竖向排水体以下部分的受压土层按竖向固结度按式（3.15）计算:,特殊情况：,例3-1 有一厚度15m的饱和软粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径dw=350mm，砂井间距L=2m，以正三角形布置，经测定土层的竖向固结系数Cv=4.5m2/年，径向固结系数Ch=4.5m2/年，试求加载预压3个月的平均固结度。,【解答】,竖向固结度。,由Tv0.02，a1查图得到Uz=0.17,径向固结度。,由Th0.26，n6查图得到Ur=0.84,竖向时间因数：,有效排水直径：,井径比：,径向时间因数：,例3-1 有一厚度15m的饱和软粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径dw=350mm，砂井间距L=2m，以正三角形布置，经测定土层的竖向固结系数Cv=4.5m2/年，径向固结系数Ch=4.5m2/年，试求加载预压3个月的平均固结度。,有效排水直径：,井径比：,平均固结度：,平均固结度：,2) 分级加荷条件下的固结度计算 为保证堆载预压过程中地基的稳定性，其预压荷载多为分级逐渐施加。但以上固结度的计算都是假设荷载是一次瞬间加足的，因此，必须对求得的固结时间关系和沉降时间关系加以修正。修正的方法有改进的太沙基法和改进的高木俊介法。,改进的太沙基法,对于分级加荷的情况，改进的太沙基法假定： 每一级荷载增量pi 所引起的固结过程是单独进行的，与上一级荷载所引起的固结度无关；,当 ( )时,当 时,对多级荷载，t时刻修正后的平均固结度（%），可依次类推。并归纳如下式：,例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载（可视为瞬时加载，下同）量为30kPa,预压20天后第二次再加载30kPa,再预压20天后第三次再加载60kPa，问到120天时，固结度接近多少？如第一次加载80天时观测的沉降量为120cm，则120天时沉降接近多少？,解：,例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载（可视为瞬时加载，下同）量为30kPa,预压20天后第二次再加载30kPa,再预压20天后第三次再加载60kPa，问到120天时，固结度接近多少？如第一次加载80天时观测的沉降量为120cm，则120天时沉降接近多少？,解：,改进的高木俊介法(规范推荐采用的方法),不需要求得瞬时加荷条件下地基的固结度，而是直接求得修正后的平均固结度,c. 地基土强度增长估算 1) 有效应力法(曾国熙 ),或,2) 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）,式中： 地基土天然抗剪强度(kPa); ：预压荷载引起的该点的附加竖向应力(kPa); Ut：该点土的固结度； ：三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角(o),d 地基抗滑稳定性验算,在加荷预压过程中，每级荷载下地基的稳定性也必须进行验算以保证工程安全、经济、合理，以达到预期的加固效果。,滑动力矩为：,抗滑力矩由地基部分抗滑力矩与填土部分抗滑力矩构成，为：,地基抗滑稳定安全系数Kh：,从上式可以看出，地基抗滑稳定安全系数K与堆载重量WII和地基固结度U有关。如不考虑地基的固结，即式中 根据设定的K值可反求得WII，即为利用天然地基强度所能快速填筑的最大荷载。第一级加荷结束后，根据地基固结度，考虑地基强度提高项 便可得出第二级填土的重量，依次类推，即可求得以后每一级填土的重量直至达到设计标高。,e 地基沉降计算 预压荷载作用下地基的最终沉降量由机理不同的三部分沉降组成，其表达式为：,按照建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）规定，预压荷载下地 基的最终沉降量可按下式计算：,【例】 某工程地处沿海，地表以下16m为饱和软土层，其下卧层为透水性良好的砂砾石层。采用堆载预压法加固地基，为加快排水固结，在软土层中打设竖向排水砂井至砂砾石层，砂井直径dw=350mm，砂井间距l=2.5m，呈正三角形布置。相关勘察资料如下： 竖向固结系数Cv=4.8m2/a，水平向固结系数Ch=9.15m2/a，不排水抗剪强度cu=7kPa，三轴有效强度指标： ， 。工程设计荷载110kPa，工期180d，堆载加荷速率要求不超过8kPa/d，试拟订一个初步加荷预压计划并计算历时180d后的总平均固结度。,解 拟订初步加荷预压计划 求出天然地基可能承受的荷载，取K=1.2，按式（3.8）估算可施加的第一级荷载p1： 求出在p1作用下地基固结度达到70%时地基强度增长值，由式（3.36）可得第一级荷载作用下的地基强度：, 计算可施加的第二级荷载p2：, 在第二级荷载p2作用下，地基固结度达到70%时，地基强度增加到：, 计算可施加的第三级荷载p3：,同上，可得 kPa与工程设计荷载110kPa比较，满足要求。,.2按以上加荷计划进行每一级荷载下的地基稳定性计算。如果稳定性不满足要求，需调整加荷计划。,3.固结度计算,第一级荷载加荷时间,a. 各级荷载加荷时间。令q=8kPa/d,5）各级荷载加荷结束后，地基固结度达70%时从加荷中点起需要 停歇的时间。,第二级荷载加荷时间,第三级荷载加荷时间,第四级荷载加荷时间,b.第一级荷载加荷结束后。 Ut达70%时所需停歇时间t1,c.第二级荷载加荷结束后。 Ut达70%时所需停歇时间t2,整理得,d.第三级荷载加荷结束后。Ut达70%时所需时间t3,整理得,6）历时180d后的地基的最终总平均固结度。,【例3-4】工况同例3-3，试拟订一个初步加荷预压计划并计算历时180d后的总平均固结度。（分级加荷条件下的固结度计算采用改进的高木俊介法）（1）拟订初步加荷预压计划（同上，略）（2）固结度计算 1）等效圆直径为,2）井径比为,第一级荷载加荷时间,a. 各级荷载加荷时间。令q=8kPa/d,5）各级荷载加荷结束后，地基固结度达70%时从加荷中点起需要 停歇的时间。,第二级荷载加荷时间,第三级荷载加荷时间,第四级荷载加荷时间,b第一级荷载加荷结束后，地基固结度达到70%时所需时间 自第一级荷载加荷开始），由式（3-34）得,c第二级荷载加荷结束后，地基固结度达到70%时所需时间（自第一级荷载加荷开始），同上可得,d第三级荷载加荷结束后，地基固结度达到70%时所需时间（自第一级荷载加荷开始），同上可得,历时180d后的地基的最终总平均固结度。,q=8kPa/d,真空预压法设计计算 (1) 竖向排水体的断面尺寸、间距、排列方式和深度 一般采用袋装砂井或塑料排水带作为竖向排水体，其断面尺寸、间距、排列方式和深度的确定与堆载预压法相同。砂井的砂料应尽量选用渗透系数较大的砂料作为排水材料，其渗透系数应大于110-2cm/s。,(2) 预压区面积和分块大小 真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3.0m，每块预压面积宜尽可能大且呈正方形。根据加固要求彼此间可搭接或有一定间距。加固面积越大，加固面积与周边长度之比也越大，气密性就越好，真空度就越高 (3) 膜下真空度和土层的固结度 真空预压效果与密封膜内能达到的真空度密切相关。建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）规定：真空预压的膜下真空度应稳定地维持在650mmHg以上，且应分布均匀。竖向排水体深度范围内土层的平均固结度应大于90%。,(4) 真空预压工艺 真空预压一般能取得相当于78-92kPa的等效堆载预压效果。当建筑物荷载超过真空预压的压力，且建筑物对地基的变形有严格要求时，可采用真空堆载联合预压法，其总压力宜超过建筑物荷载。 真空预压的关键在于要有良好的气密性，可在塑料薄膜周边采用另加水泥土搅拌桩的壁式密封措施。 真空预压所需真空设备的数量，可按加固面积的大小、形状、土层结构特点，以一套设备可抽真空的面积为1000-1500m2确定。,沉降计算分层总和法，s 取0.8-0.9,3.4 预压法施工,要保证预压法的加固效果，施工方面要注意做好以下三个环节：铺设水平排水垫层；设置竖向排水体；施加固结压力。,(1) 垫层材料 水平系统一般采用砂垫层，砂垫层一般采用透水性好的中粗砂，其渗透系数大于10-2cm/s，含泥量不大于3%。根据工程所在地的料源情况，也可以采用碎石或砂砾材料做垫层，即碎石或砂砾垫层。,1. 水平排水砂垫层的施工,(2) 垫层尺寸陆上排水垫层厚度为0.5m，水下垫层为1.0m左右。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。排水砂垫层宽度等于铺设场地宽度，如采用盲沟来代替砂垫层，盲沟的宽度为23倍砂井直径，一般深度为40-60cm,(3) 垫层施工若地基表面承载力较高，能承载一般运输机械时，可采用分堆摊铺法。即先堆成若干砂堆，再采用机械或人工摊平；当地基表面承载力不足时，可采用顺序推进摊铺法； 若地基表面很软，可先在地基表面铺设筋网层，再铺设砂垫层；如果对超软弱地基表面采取了加强措施，但承载力仍不足以负担一般机械的压力时，可采用人工或轻便机械顺序推进铺设砂垫层。应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。在铺设砂垫层时，应清除干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，以利砂井排水。,2竖向排水体施工,适用范围受到一定限制，一般适用于深度为6-7m的浅砂井。对于含水量高的软土地基，应用砂井容易产生缩颈、断颈和错位现象。,普通砂井施工方法简单，不需要复杂的机具。,(1) 普通砂井施工,套管法、射水法、螺旋成孔法、爆破法,优点：,采用套管法成孔容易扰动周围土体，产生涂抹作用；射水法应用于含水量高的软土地基难以保证施工质量，砂井中容易混入较多的泥砂；螺旋成孔法无法保证砂井垂直度，需要排除大量废土，耗费大量人力。,缺点：,适用条件：,（2）袋装砂井施工解决了大直径砂井中存在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，保证了砂井的连续性，实现了施工设备轻型化，比较适合于在软弱地基上施工；同时使用砂量大为减少，施工速度加快。工程造价降低，是一种比较理想的竖向排水体。 a. 成孔方法 在国内，袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法五种。,袋装砂井埋设完毕,袋装砂井施工机械,袋装砂井施工,袋装砂井大样,秦沈客运专线袋装砂井施工,b. 砂袋材料的选择 砂袋材料必须选用抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线强、透水性 能好、柔韧性好、透气并且能在水中起滤网作用和不外露砂 料的材料制作。国内采用过的砂袋材料有麻布袋和聚丙烯编 织袋。 c.施工要求 灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂井的实际灌砂量计算值的95%砂袋长度应比砂井孔长50cm，以便埋入排水砂垫层中。袋装砂井施工时，所用套管的内径宜略大于砂井直径，不宜过大以减小施工中对地基土的扰动。平面井距的偏差不应大于井径，垂直度偏差不应大于1.5%。,普通砂井和塑料排水带，土扰动范围对比,（3）塑料排水带施工 a. 塑料排水带材料 塑料排水带通常由芯板和滤膜组成。其中芯板由聚丙烯或聚乙烯加工而成两面有间隔沟槽的板体，滤膜一般采用耐腐蚀的涤纶衬布。,b. 塑料排水带性能 塑料排水带的特点是：单孔过水断面大，排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好，耐酸、耐碱，滤膜与土体接触后有滤土能力，是一种理想的竖向排水体。具有良好的透水性和强度，塑料带的纵向通水量不小于（15-40）10mm3/s；滤膜的渗透系数不小于510mm-3/s；芯带的抗拉强度不小于（10-15）N/mm；滤膜的抗拉强度，干态时不小于（1.5-3.0）N/mm，湿态时，不小于（1.0-2.5）N/mm（插入土中较短时用小值，较长时用大值）；整个排水带应反复对折5次不断裂才认为合格。,荷载预压 1.利用建筑物自重加压此法一般应用于以地基的稳定性为控制条件，能适应较大变形的建筑物如路堤、土坝、油罐、水池等。对油罐、水池等建筑物，在管道连接前通常先充水加压，一方面可检验罐体本身有无渗漏现象；利用分级逐渐充水预压，可使基土强度提高以满足稳定性的要求。对路堤、土坝等建筑物，由于填土高、荷载大，地基的强度不能满足快速填筑的要求，所以工程上常采用严格控制加荷速率、逐层填筑的方法以确保地基的稳定性。,2.堆载预压 堆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，对超软地基堆载预压，第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。 施工过程中应注意的事项： a. 堆载面积要足够大。堆载的顶面积不小于建（构）筑物底面积。堆载的底面积也应适当扩大，以确保建（构）筑物范围内的地基得到均匀加固。 b. 堆载要严格控制加荷速率，以保证各级荷载下地基的稳定性，同时要避免部分堆载过高而引起地基的局部破坏。 c. 对超软粘性土地基，需要准确制订加荷计划，施工工艺更需要精心设计，尽量避免对地基的扰动和破坏。,3.真空预压 (1) 加固区划分每块真空预压加固场地的面积宜大不宜小。根据建（构）筑物的分布情况，应确保每个建（构）筑物位于一块加固区域之内，建筑边线距加固区有效边线根据地基加固厚度可取2-4m或更大些。应避免两块加固区的分界线横过建（构）筑物，否则将会由于两块加固分界区域的加固效果不同而导致建（构）筑物产生不均匀沉降。,应综合考虑竖向排水体的打设能力，加工大面积密封膜的能力，大面积铺膜的能力和经验及射流装置和滤管的数量等因素。应以满足建筑工期为依据，一般加固面积以6000-10000m2为宜。在风力很大的地区施工，应在可能情况下适当减小加固区面积。加固区之间的距离应尽量减小或者共用一条封闭沟。,(2) 工艺设备真空泵 抽真空工艺设备包括真空泵和一套膜内、膜外管路。真空泵包括普通真空泵和射流真空泵，常用的射流真空泵由射流箱和离心泵等组成。真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵，空抽时必须达到95kPa以上的真空吸力。真空泵的设置应根据加固面积大小形状、真空泵效率及工程经验确定，一台高质量的射流真空泵在施工初期可负担1000-1200m2的加固面积，后期可负担1500-2000m2的加固面积。但每块加固区至少应设置两台真空泵。,膜内水平排水滤管,目前常用直径为6070mm的铁管或硬质塑料管。一般加工成5m长一根；滤水部分钻有直径为810mm的滤水孔，孔距5cm，三角形排列；滤水管外绕3mm的铅丝（圈距5cm），外包一层尼纶窗纱布，再包滤水材料构成滤水层。,膜外管路,由连接着射流装置的回阀、截水阀、管路组成。过水断面应能满足排水量，且能承受100kPa径向力而不变形破坏的要求。,滤水管的布置与埋设,滤水管的平面布置可采用条状、梳齿状或鱼刺状排列遇到不规则场地时，应因地制宜进行滤水管的排列设计 滤水管的排距l一般为610m，最外层滤水管距场地边的距离25m。滤水管之间采用软连接，以适应场地沉降。滤水管应埋设在砂垫层中，其上覆盖100200mm的砂层，防止滤水管上尖利物体刺破密封膜,密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成加工好的密封膜面积要大于加固场地面积，一般要求每边应大于加固区相应边24m 为了保证整个预压过程中的气密性，密封膜热合时宜采用双热合缝的平搭接，搭接宽度应大于15mm。密封膜宜铺设3层，每层膜铺好后应检查并粘补漏处。为保证膜周边的气密性，膜周边可采用挖沟埋膜、平铺并用粘土覆盖压边、围埝沟内及膜上覆水等方法进行密封, 密封系统,(4) 真空联合堆载预压 当地基预压荷载大于80kPa，应在真空预压抽空的同时，再施加一定的堆载，这种方法称为真空联合堆载预压。 该工艺既能加固超软土地基，又能较高地提高地基承载力，其工艺流程为：,铺砂垫层,打设竖向排水体,铺膜,抽气,堆载,结束,真空堆载联合预压布置示意图,测量放线清理平整场地铺设砂垫层打塑料排水板布设真空管、真空泵开挖密封沟埋设监测仪器铺设真空膜连接真空设备抽气加载满足卸载标准后停抽卸载资料整理竣工验收,真空预压施工流程,2.3 真空预压法,共70页 第19页,2.3 真空预压法,壮观的袋装砂井埋设现场,袋装砂井埋设完毕,工人们进行袋装砂井的埋设,共70页 第20页,静压式插板机进行塑料排水带埋设施工,塑料排水带插入地基中不得扭曲。排水带接长时应采用滤膜内芯带平搭接的方法连接，搭接长度大于200mm,2.3 真空预压法,插设速度不宜过快!套管将排水板带送至预定深度后,留振3-5S,共70页 第22页,塑料排水带埋设完毕,2.3 真空预压法,共70页 第23页,袋装砂井与排水横管连接,2.3 真空预压法,共70页 第21页,真空预压法覆盖封闭膜,密封膜为抗老化好、韧性好、抗穿刺性能强的不透气材料。密封膜热合时宜采用双热合缝的平搭接，搭接宽度15mm,密封膜铺设三层，周边采用挖沟埋膜、平铺并用粘上覆盖压边、围捻沟内及膜上覆水等方法进行密封,2.3 真空预压法,共70页 第24页,真空预压法的排气进行时 覆水真空预压法的排气进行时,抽气设备采用射流真空泵，空抽时须达到95KPa以上的真空吸力，真空泵的设置以一套设备可抽真空面积为10001500m2为宜,但每块预压区应至少设置两台真空泵。,真空预压法加载时可一次连续抽真空至最大压力。,2.3 真空预压法,共70页 第25页,3.5 施工质量监测与检验,施工质量监测施工中经常进行的观测和检测项目包括：孔隙水压力观测沉降观测边桩水平位移观测地基土物理力学指标检测,质量检验塑料排水带必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径。对不同来源的砂井和砂垫层材料，必须进行颗粒分析和渗透性试验。,对于以抗滑稳定性控制的工程，应在预压区内选择代表性地点预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土进行室内土工试验。,对堆载预压工程，应进行地基变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。真空预压工程除应进行地基变形、孔隙水压力的监测外，尚应进行膜下真空度和地下水位的量测。竖向排水体深度范围内和竖向排水体以下受压土层的强度，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。应对预压地基进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚要进行载荷试验，试验数量不应少于3个。,