預(yù)壓法類型-預(yù)壓法的基本概念原理

　　預(yù)壓法指的是為提高軟弱地基的承載力和減少構(gòu)造物建成后的沉降量，預(yù)先在擬建構(gòu)造物的地基上施加一定靜荷載，使地基土壓密后再將荷載卸除的壓實(shí)方法。

　　1 基本概念

　　預(yù)壓法包括堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法。還可進(jìn)行真空~堆載聯(lián)合預(yù)壓。

　　1. 堆載預(yù)壓法

　　是指在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建場地上用堆土或其他荷重，施加或分級(jí)施加與 其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性;同時(shí)可減小土體的壓縮性，消除沉降量以便在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。其中堆載預(yù)壓法處理深度一般達(dá)10米左右。

　　由于軟土的滲透性很小，土中水排出速率很慢，為了加速土的固結(jié)，縮短預(yù)壓時(shí)間，常在土中打設(shè)砂井，作為土中水從土中排出的通道，使土中水排出的路徑大大縮短，然后進(jìn)行堆載預(yù)壓，使軟土中空隙水壓力得以較快地消散，這種方法稱為砂井堆載預(yù)壓法。有時(shí)，也在土中插入排水塑料帶，代替砂井。由于塑料排水帶可采用專用向土中插入塑料排水帶的插板機(jī)施工，施工速度很快，得到較多應(yīng)用。

　　2.真空預(yù)壓法

　　真空預(yù)壓法是先在需加固的軟土地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層或砂礫層，再在其上覆蓋一層不透氣的塑料薄膜或橡膠布，四周密封好與大氣隔絕，在砂墊層內(nèi)埋設(shè)滲水管道，然后與真空泵連通進(jìn)行抽氣，使透水材料保持較高真空度，在土的孔隙水中產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，將土中孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結(jié)。

　　因此，預(yù)壓法(排水固結(jié)法)可用于解決地基的沉降和穩(wěn)定問題。預(yù)壓法須滿足兩個(gè)基本要素：即加荷系統(tǒng)和排水通道。加荷系統(tǒng)是地基固結(jié)所需的荷載;排水通道是加速地基固結(jié)的排水措施。加荷系統(tǒng)可有多種方式，如堆載、真空預(yù)壓、降水以及聯(lián)合預(yù)壓等;排水通道可以利用地基中天然排水層，否則，可人為增設(shè)排水通道，如砂井(普通砂井或袋裝砂井)、塑料排水板、水平砂墊層等。

　　2 適用范圍

　　適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和粘性土地基。

　　2 加固機(jī)理

　　飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時(shí)，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長。所以，土體在受壓固結(jié)時(shí)，一方面孔隙比減小產(chǎn)生壓縮，一方面抗剪強(qiáng)度也得到提高。這說明，如果在建筑場地先加一個(gè)和上部建筑物相同的壓力進(jìn)行預(yù)壓，使土層固結(jié)然后卸除荷載，再建造建筑物。這樣，建筑物所引起的沉降即可大大減小。如果預(yù)壓荷載大于建筑物荷載，即所謂超載預(yù)壓，則效果更好，因?yàn)�，�?jīng)過超載預(yù)壓，當(dāng)土層的固結(jié)壓力大于使用荷載下的固結(jié)壓力時(shí)，原來的正常固結(jié)黏土層將處于超固結(jié)狀態(tài)，而使土層在使用荷載下的變形大為減小。

　　在荷載作用下，土層的固結(jié)過程就是孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加的過程。如地基內(nèi)某點(diǎn)的總應(yīng)力為σ，有效應(yīng)力為σ'，孔隙水壓力為u，則三者有以下關(guān)系。

　　σ'=σ-u (3.2-1)

　　用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過增加總應(yīng)力σ并使孔隙水壓力u消散來增加有效應(yīng)力σ'的方法。降低地下水位和電滲排水則是在總應(yīng)力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，使黏土層產(chǎn)生固結(jié)壓力。降低地下水位、真空預(yù)壓和電滲法由于不增加剪應(yīng)力，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的黏土地基。

　　3 設(shè)計(jì)

　　用預(yù)壓法處理地基應(yīng)預(yù)先通過勘察查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的 位置及水源補(bǔ)給條件等。應(yīng)通過土工試驗(yàn)確定土的先期固結(jié)壓力、孔隙比與固結(jié)壓力關(guān)系、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度以及原位十字板抗剪強(qiáng)度等。

　　對(duì)重要工程，應(yīng)預(yù)先在現(xiàn)場選擇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。在預(yù)壓過程中應(yīng)進(jìn)行豎向變形、側(cè)向位移、孔隙水壓力等項(xiàng)目的觀測以及原位十字板剪切試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)獲得的資料分析 地基的處理效果，與原設(shè)計(jì)預(yù)估值進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)做必要的修正，并指導(dǎo)全場的設(shè)計(jì)和施 工。

　　3.1 堆載預(yù)壓法

　　對(duì)深厚軟粘土地基，應(yīng)設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當(dāng)軟土厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結(jié)速率能滿足工期要求時(shí)，可不設(shè)置排水豎井。

　　堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

　　選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷在面尺寸、間距、排列方式和深度;確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級(jí)、加載速率和預(yù)壓時(shí)間;計(jì)算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長、抗滑穩(wěn)定和變形。

　　1. 豎向排水體的設(shè)計(jì)

　　豎向排水體包括塑料排水板、砂井等，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括深度、間距、直徑、平面布置和表面砂墊層材料及厚度等。

　　(1)深度 排水豎井的深度應(yīng)根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期要求確定，對(duì)以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度至少應(yīng)超過最危險(xiǎn)滑動(dòng)面2.0m。對(duì)以變形控制的建筑，豎井深度應(yīng)根據(jù)在限定的預(yù)壓時(shí)間內(nèi)需要完成的變形量控制，豎井應(yīng)穿透受壓土層。僅從地基的固結(jié)要求考慮，砂井深度應(yīng)根據(jù)土層條件、附加應(yīng)力分布、施工因素等確定 。一般盡可能打至下面的透水層或砂類透鏡體;但黏土層很厚而透水層很深時(shí)則應(yīng)以沉降所要求的處理深度來決定;可先初定一個(gè)深度待固結(jié)計(jì)算后再作調(diào)整。

　　(2)直徑 排水豎井分為普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶，普通砂井直徑可取300~500mm，袋裝砂井直徑可取70~120mm，塑料排水帶的當(dāng)量換算直徑可按下式計(jì)算：

　　(3)間距與井徑比

　　由固結(jié)度可見，井徑比n愈小，固結(jié)愈快。因而砂井直徑一定時(shí)，可以采用小的砂井間距，但是若間距太少則砂井?dāng)?shù)目就要增加，涂抹作用和擾動(dòng)影響也就會(huì)增加。設(shè)計(jì)時(shí)，豎井的間距可按井徑比n選用(n=de/dw，dw為豎井直徑，對(duì)排水板可取dw=dp)。排水板和袋裝砂井可按n=15~22選用，普通砂可按n=6~8選用。

　　(4)平面排列

　　砂井的平面布置常用有三角形和正方形兩種形式，平面上圓的等效直徑de與砂井間距 的關(guān)系為：

　　等邊三角形排列 de=1.05 (3.2-2)

　　正方形排列 de=1.13 (3.2-3)

　　(5)砂墊層、砂料選用

　　應(yīng)在砂井或排水板頂部鋪設(shè)砂墊層并且要很好的交叉“搭接”。砂墊層的厚度在陸地上 約0.5~0.8m，水下1~2m，鋪設(shè)范圍要超出建筑物的底面。砂源如果不足，可用排水砂溝代替砂墊層。

　　砂井和砂墊層屬人工增設(shè)的排水通道，因而須有良好的排水性能，一般選擇洗凈中砂、中粗砂;礫砂或礦渣材料也可應(yīng)用。砂井和砂墊層材料的含泥量應(yīng)小于3%。

　　2.預(yù)壓荷載設(shè)計(jì)、荷載分級(jí)、加載速率和預(yù)壓時(shí)間;

　　(1) 確定預(yù)壓區(qū)范圍

　　預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。

　　(2)預(yù)壓荷載、加載速率

　　預(yù)壓荷載大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。對(duì)于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理，超載量大小應(yīng)根據(jù)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)要求完成的變形量通過計(jì)算確定，并宜使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加應(yīng)力。

　　加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強(qiáng)度確定。當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載，否則應(yīng)分級(jí)逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強(qiáng)度增長滿足下一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)方可加載。

　　分級(jí)加壓荷載確定

　　1) 利用地基的天然抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施工的荷載p1。對(duì)長條梯形填土，可根據(jù)Fellenius公式估算：

　　p1=5.52cu/K (3.2-4)

　　式中：cu—天然地基不排水抗剪強(qiáng)度。由無側(cè)限、三軸不排水剪試驗(yàn)或原位十字板剪切試驗(yàn)測定。

　　K—安全系數(shù)，建議采用1.1~1.5。

　　2)計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長值。

　　在P1荷載下，經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高以后的地基強(qiáng)度為cu1

　　cu1= (cu+ c'u) (3.2-5)

　　式中 c'u—P1作用下地基因固結(jié)而增長的強(qiáng)度，它和土層的固結(jié)度有關(guān)，一般可先假定一固結(jié)度例如可假設(shè)為70%，然后求出強(qiáng)度增量 c'u

　　—考慮剪切蠕動(dòng)的強(qiáng)度折減系數(shù)�？扇�0.75～0.90，剪應(yīng)力大取低值，反之取高值。