1、水工建筑物地基处理 软弱地基处理 预压法授课对象：水工专业2003级 任课教师：王润英 时间：2006年4月2006年5月,2,授课内容及安排,第六节 预压法（排水固结法） 一、概述 二、堆载预压法 三、真空预压法 四、低位真空预压法 五、土地资源生态再生技术 1、问题的提出 2、常规预压法与土地资源再生 3、低位真空预压法与土地资源再生,3,1、预压法的加固原理 2、预压法的适用条件 3、预压法的分类 4、预压系统的组成及各部分的功用,预压法概述,4,1、加固原理： 对天然地基，或先在地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水设施， 然后利用建筑物本身重量分级加载，或在建筑物建造之前，在场地先行加
2、载预压， 使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。,预压法概述,5,加固作用： （1）沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不至于产生不利的沉降和沉降差。 （2）稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。,预压法概述,6,2、适用条件： 总的来讲，预压法适用于： 在持续荷载下土的体积会发生很大压缩变形且抗剪强度会持续增长的土类的地基处理，如：淤泥、淤泥质土、新吹填的饱和软土。,预压法概述,7,3、预压法的分类： （1）按预压荷载的大小来分： 预压荷载使用荷载超载预压法 （2）按预压荷载种类来分： 堆载预压法
3、：荷载为堆载 真空预压法：荷载为真空负压 降水预压法,预压法概述,8,真空预压法：荷载为真空负压 传统真空预压法：水平滤网设在软土之上的砂层中间 低位真空预压法：水平滤网设在软土之下,预压法概述,9,4、组成及各部分的作用及适用范围： （1）组成 排水系统:竖向排水井：普通/袋装砂井、塑料排水板 水平排水层：砂垫层、水平滤管网 加压系统： 堆载、真空预压、降低地下水位等,预压法概述,10,（2）各部分的作用： 排水系统： 改变地基原有的排水边界条件，缩短排水路径，加速软土固结; 加压系统： 对地基施加预压或真空负压，使地基土中的大部分孔隙水在预压荷载作用下排出，土颗粒被压缩，地基土得以固结。,
4、预压法概述,11,1、适用条件 2、堆载预压法设计 （1）竖向排水体设计 （2）确定加载的数量、范围、速率和预压时间 （3）计算地基的固结度、强度增长、抗滑稳定和变形 （4）工法的质量控制,预压法堆载预压法,12,除了预压法的总的适用条件外，还有： （1）要有价格便宜的堆载； （2）要有足够长的预压时间。,预压法堆载预压法适用条件,13,选择竖向排水体 确定竖向排水体的设计参数： （a）直径 （b）间距s （c）深度L,堆载预压法竖向排水体设计,14,选择砂井或塑料排水袋等竖向排水体; 若软土层厚度不大或软土层含较多薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求，可不设置竖向排水体; 对于深厚的软粘土
5、地基，为了加速软土地基的固结过程，提高预压效果，一般常在地基内设置竖向排水体。,堆载预压法竖向排水体设计,15,普通砂井直径取300500mm； 袋装砂井直径取70100mm； 塑料排水板的当量换算直径,堆载预压法竖向排水体设计,16,间距s： 间距根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。通常按井径比n=de/dw确定： 普通砂井的间距s按n=68采用，常用24m； 袋装砂井的间距s按n=1520采用，一般为12m； 塑料排水带的间距s按n=1520采用，实际工程中，常取在1.01.5m之间。,堆载预压法竖向排水体设计,17,de为一根砂井的有效排水圆柱体的直径; 砂井的平面布
6、置可采用等边三角形或正方形排列; 等边三角形布置：de=1.05s 正方形布置：de=1.13s,堆载预压法竖向排水体设计,18,深度L： 根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求及软土层深度确定: 软土层不厚： L可由软土层厚度决定而贯穿软土； 软土层较厚： L应根据结构对变形和稳定的要求决定； 软土层很厚（20m）： 由于此时的径向平均固结效应已很小，故穿越软土的意义不大，可采用超载预压解决。,堆载预压法竖向排水体设计,19,堆载的大小： 按照结构对变形的要求，工程上一般采用： 对变形要求不高的工程，采用等载预压，与建筑物基底压力大小相同，堆载高度,堆载预压法确定堆载,对变形要求较高的工程、地
7、基为欠固结土，采用超载预压，堆载高度,20,堆载范围 不应小于建筑物基础边缘所包围的范围； 加载速率 应与地基土增长的强度相适应，对加载的各阶段应进行抗滑稳定分析； 制定分级预压计划。,堆载预压法确定堆载,21,分级预压计划的制定的步骤： 首先根据场地的野外十字板剪切试验资料，经统计，得出Sv沿深度的变化规律：Sv=A+BZ Sv=A+BZ得到后，根据计算或参考邻近场地同类地基现场监测资料，确定最不利局部失稳的位置（如：此位置在基底以下深度为h处）； 计算第一级堆载的大小、速率及时间； 计算第一级加载结束时地基的平均固结度； 估算第二级荷载及其它各级荷载； 绘制出pt加荷计划图。,堆载预压法确
8、定堆载,22,第一级加载确定后，估算第一级加载速率：对软粘土，第一级加载速率不宜太快，宜控制在,取h/2深度处的土的抗剪强度作为估算施加第一级荷载p1的初始抗剪强度Cu0，若为长条形荷载（如坝、堤、路基荷载）,堆载预压法确定堆载,第一级筑堤高度：,第一级荷载的施工时间：,23,计算第一级加载结束时地基的平均固结度 ：,堆载预压法确定堆载,对总平均固结度的要求： （a）一般情况要求(70%75%); （b）对变形要求高的工程，应达到80%90%。,24,估算第二级荷载 ： 第一级加载结束，间歇一段时间后到施加第二级荷载前，此时地基土的抗剪强度将增加到Cu1：,堆载预压法确定堆载,经第二级加载后总
9、的预压荷载,第二级加载为,以此类推,25,根据 和每级加载时间Ti及加载后的间歇时间，即可绘制出pt加荷计划图。,堆载预压法确定堆载,26,固结度：在某一固结应力下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度，任一深度z处经过时间t后的固结度为：,堆载预压法固结度计算,对单向固结，土层的平均固结度：,27,荷载一次到位时的固结度计算： 当地基抗剪强度较高而堆载较小时，堆载预压荷载可一次到位，否则要分级加载； 竖向平均固结度：,堆载预压法固结度计算,径向平均固结度 ：,总的平均固结度 ：,28,分级加载时的固结度计算： 在实际工程中，荷载往往是分级施加的，任意t时刻的固结度按JGJ79-
10、91的P12的公式计算：,堆载预压法固结度计算,29,对于预压荷载下的最终沉降量，先按单向压缩分层总和法计算：,堆载预压法沉降计算,然后考虑其它影响因素，得, t时刻地基的沉降量,30,设有塑料排水板的地基，由于有良好的排水条件，故在做稳定分析时，还应考虑在预压荷载作用下土体产生固结引起土的强度增长的影响：,堆载预压法地基稳定分析,31,堆载预压法地基稳定分析,32,实际工程中，应通过现场原位测试来保证工法的质量。现场观测主要包括： 沉降观测； 边桩位移测定； 孔隙水压力控制； 有条件的工程，还需做现场静力触探和十字板剪切试验； 卸载时间确定。,堆载预压法工法的质量控制,33,1、基本原理 2
11、、主要优点（和堆载预压法相比） 3、适用条件 4、施工工序 5、沉降计算,预压法真空预压法,34,在软土上铺设一层0.40.5m中粗砂透水层； 打设砂井或塑料排水板，在砂垫层内应铺设排水滤管网； 再在其上覆盖23层真空膜； 最后借助真空泵（射流泵）抽气，因而在膜内形成大气压差； 由于砂垫层和竖向排水系统与地基土界面存在这一压差，土中的孔隙水发生向竖井的渗流，使孔隙水压力不断降低，有效应力不断提高而使土体逐渐固结。,真空预压法基本原理,35,（1）本工法的真空负压的施加，不会导致土体中剪应力的增加，故不会发生土体失稳破坏，为此预压荷载不须分级，可一次到位； （2）对真空预压而言，土体越软，抽取的
12、真空度越高，土层的收缩变形越大； （3）本工法是内挤的收缩变形，故不会发生因侧向挤出而引起的竖向附加沉降； （4）本工法加固的土体的孔隙压密程度较高，在相同情况下，真空预压的压密效果比堆载预压法好； （5）本工法的工期短。,真空预压法主要优点,36,真空预压法主要优点,37,本工法适用于均质粘性土和含不连通薄粉砂夹层的软粘土地基，尤其适用于新吹填的超软土地基； 本工法有效加固深度10m（砂井）或更大些（塑料板）； 若场地无堆载可用或堆料价格太高、工程对工期有要求时，可用本工法。,真空预压法适用条件,38,真空预压法施工工序,39,真空预压法的施工顺序： （1） 铺砂垫层20cm，插塑料排水板；
13、 （2）铺设滤水管网（主管、支管）； （3）在滤管上再铺20cm砂垫层； （4）铺23层真空膜，注意：真空膜四周要做好锚固闭气，膜搭接宽度15mm； （5）将主管和膜外真空设备连接，一切正常即可开始抽真空。,真空预压法施工工序,40,真空预压法沉降计算,当真空预压的等代预压荷载和堆载预压相同时，真空预压的变形小，但加固土体的密实度大；当两者的竖向变形相同时，前者作用于土体的等效压力大于后者，土体的抗剪强度明显大于后者。,41,1、工法定义 2、本工法和传统的真空预压法的区别 3、工法的应用范围 4、低位真空预压法的系统组成 5、加固原理,预压法低位真空预压法,42,低位真空预压是因水平向排水系
14、统（滤管网）设在软土层以下而得名。,低位真空预压法定义,低位真空 预压法,真空预 压法,43,（1）泥代膜：工法用清淤泥浆（废物）自身的闭气功能代替昂贵的土工膜； （2）管代砂：为防止因砂垫层井阻大，真空负压损耗大，使膜下真空负压不均匀的缺点，本工法省去砂垫层而用密间距水平支管代之（即一管一带法）作为水平向排水系统； （3）新型真空系统； （4）泥浆上插板机。,低位真空预压法主要创新点,44,（1）本工法真空预压层设在软土地基和新吹填泥浆层之间，在加固软土的同时完成了上部吹填泥浆层的固结； （2）本工法利用吹填泥浆自身封闭功能，省去了密封真空膜造价降低，漏气损失减小； （3）由于采用吹填泥浆做
15、闭气，使等代预压荷载达90105kPa，同时本工法等代预压荷载持续时间远比真空预压长，这对下部软土的固结是有利的。加固效果可达： 管下泥浆或软土fs= 80kpa（经90120天加固） 泥封层fs= 5060kpa,低位真空预压法 与传统真空预压法的区别,45,缺土区造土； 用清淤泥浆对高速公路、滨海大道的快速加固及填高； 用河（湖）泥浆筑堤（或路堤结合体）； （软土地基上）新开河道的立邦处理； 大面积用海泥浆造陆工程；海（湖）中的人工岛； 泥浆的二次利用：如陶粒、地砖、绿化土等。,低位真空预压法应用范围,46,低位真空预压法系统组成,47,（1）排水系统： 作用：改变地基原有的排水边界，缩短
16、排水路径，加速土体固结。 组成： （a）水平向排水系统：干管：200PVC双壁波纹管 支管：60PVC双波纹盲管 （b）竖直向排水系统：理论上可以用砂井、塑料排水板，但常用塑料排水板而不用砂井？,低位真空预压法系统组成,48,（2）密封系统： 作用：和真空预压法中的真空膜相同； 组成：在水平排水系统上一般根据地域不同，在其上吹一层0.81.2m的泥浆层。,低位真空预压法系统组成,49,（3）真空加压系统： 作用：产生真空负压，使土体中孔隙水在强大的负压吸力下通过竖向排水系统、水平向排水系统排入集水井中； 组成：真空系统+集水井（井中有潜水泵） 注意：*真空预压施工时，当5天以上实测沉降速率2m
17、m/day时，可停止抽气。,低位真空预压法系统组成,50,（1）水平向排水系统以下部分，包括吹填泥浆和被处理的地基软土： 在真空负压引起的吸力和泥封层引起的附加荷载的共同作用下，土中大部分孔隙水经过竖向排水系统、水平向排水系统、集水井排出，土体压实且固结。,低位真空预压法加固原理,51,（2）上部吹填泥封层的加固原理 （a）底部约1/3范围（2540cm）： 真空预压过程中，真空吸力逐渐自泥封层底部向中部传递，使底部泥封层中的大部分孔隙水在真空吸力下经水平滤管网排出，土中孔隙水压力逐渐消散，使泥封层土的有效应力增大，土体发生收缩固结；,低位真空预压法加固原理,52,（b）表面约1/3厚度部分（
18、约0.30.4m）： 首先从表面开始，自上而下由于蒸发、失水、体积收缩（下层土体阻止其收缩、产生拉应力）、龟裂，开裂后蒸发面增大使土体深层失水、收缩达到固结的目的。 （c）中间的约1/3厚度部分：其加固原理二者兼而有之。,低位真空预压法加固原理,53,能否将已被破坏的土地资源得到高效、低价、无二次污染的生态再生？ 生态再生的原始原理： 河（湖、海）清淤泥浆通过提供排水通道 、加载 达到排水固结的目的，变成可以利用的土地资源。,土地资源生态再生技术 问题的提出,54,（1）堆载预压法 优点： 工法简单；来源简单；成本不高。 缺点： 要有大量的价格便宜的堆载，这势必要大量开山、挖地占用农田； 由于
19、本工法中软土的固结很慢，要使含水量很高的淤泥（浆）达到合理土方需要的时间很长； 无造土功能，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术 预压法和土地资源再生,55,（2）降水预压法 优点：不需要堆载； 缺点：虽然不需要大量堆载，但大量降水对周围结构和环境会造成不利影响；无造土功能，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术 预压法和土地资源再生,56,（3）传统的真空预压法： 优点： 不需要堆载，它利用真空负压产生的吸力加载；对周围环境（由于侧向变形小）影响小；工期短。 缺点： 采用23层真空膜作为闭气； 在工程中需要4060cm左右的中粗砂垫层作为水平向排水系
20、统； 效率低：采用射流泵作为真空系统，它效率低、耗电量大。 本工法只适用于陆上对软基进行处理，无造土功能，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术 预压法和土地资源再生,57,（1）低位真空预压法施工根据不同的设计要求，施工方法略有不同： 造土、建筑原料土、绿化土、陆域工程用作绿化场地的区域等； 场地标高低，筑堤高度远大于1m，但不必进行地基处理； 场地较低，填高较大，同时填高后场地所建的构筑物的基底压力80kpa但结构对变形要求高。,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,58,（2）本工法的几种特殊工艺： 为使泥封层的fs达到7080kpa，泥封层需采用特殊工艺；
21、 软基上高堤（土坝）一次到位工艺； 深水海堤一次到位工艺。,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,59,施工方法： 筑围堰（一般高1m） 在平整后的地面上铺设水平滤管网 吹0.81.2m泥封层 抽真空（6090天）结束,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,60,施工方法：,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,施工方法： 筑围堰 吹泥 水上插板，铺管 吹泥 抽真空,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,62,为使泥封层的fs达到7080kpa，泥封层需采用特殊工艺。例如高速公路的路基面层（泥封层： 方法： 高速公路泥面出现亮点时开始抽真空 抽真空354
22、0天泥面龟裂 在泥封层上铺30cm厚的石渣 进行碾压 再铺30cm厚的石渣 进行碾压，则面层的fs可达8090kpa。,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,63,软基上高堤或土坝一次到位工艺： 例：当地土源不足，堤高h=5m，拟采用河中清淤泥浆筑堤。验算一次到位围堰高度,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,64,施工步骤： 吹泥浆3.2m 铺设水平滤管 吹泥浆（泥封层） 抽真空 抽真空3540天用翻晒后表层土分层碾压 最后做碎石基层,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,65,海堤为斜坡式： 需使围堰材料s减小，使围堰底压力减小。 思路： 围堰必须能在短期（半年）挡水； 围堰材料施工方便； 围堰材料重度比传统材料小； 能有效减小基底压力； 围堰施工时能保证地基软土强度增长。 方法：砂袋坝，底部做砂袋坝软体排。,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,66,施工步骤： 铺设软体排 插塑料排水板 分层筑砂袋坝至所需高度 吹泥浆 铺管,土地资源生态再生技术 低位预压法和土地资源再生,插塑料排水板（插得深一点） 吹泥封层 抽真空 抽真空3540天时，用当地材料筑堤至顶 临水面护坡,
