008第8章水固结地基处理新技术

1、第第8 8章章 排水固结排水固结v8.1 8.1 概述概述v8.2 8.2 加固机理加固机理v8.3 8.3 设计计算设计计算v8.4 8.4 施工方法施工方法v8.5 8.5 现场观测及堆载速率控制现场观测及堆载速率控制双层薄膜塑料排水板或袋装砂井集水沟抽真空设备出膜管抽真空滤管淤泥粘 土中粗砂垫层及抽真空管道双层真空薄膜一层土工布真空压力表边坡开挖线深圳河真空预压加固软基示意图8.1 8.1 概述概述一、含义一、含义 排水固结法即预压法，是对地下水位以下的天然地基或排水固结法即预压法，是对地下水位以下的天然地基或设置有砂井设置有砂井( (袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体的地基，袋装砂井或

2、塑料排水带）等竖向排水体的地基，通过加载系统在地基土中产生水头差，使土体中的孔隙水排通过加载系统在地基土中产生水头差，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。出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。 该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物或构筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，或构筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。

3、可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。二、组成二、组成三、适用范围三、适用范围 各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。 砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结土可采用超载的方法。土，不宜只采用砂井法。克服次固结土可采用超载的方法。 真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成）稳定负压

4、边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空成）稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。所以它适用于很软弱的粘土地基。8.2.1 8.2.1 排水固结法原理排水固结法原理 排水固结法是通过堆载预压，使原来正常固结粘土层变为排水固结法是通过堆载预压，使原来正常固结粘土层变为处于超固结土，而超固结土与正常固结土相比具有压缩性小和处于超固结土，而超固结土与正常固结土相比具有压缩性小和强度高的特点，从而达到减小沉降和提高承载力的目的。强度高的特点，从而达到减小沉

5、降和提高承载力的目的。 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。当土层土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。当土层厚度相对荷载宽度比较小时，土层中的孔隙水向上、下面透水厚度相对荷载宽度比较小时，土层中的孔隙水向上、下面透水层排出而使土层发生固结，如图层排出而使土层发生固结，如图(a)(a)所示，称为竖向排水固结。所示，称为竖向排水固结。根据固结理论，粘性土的固结时间与排水距离的平方成正比。根据固结理论，粘性土的固结时间与排水距离的平方成正比。 因此，为了加速土层的固结，最有效的办法是增加土层的因此，为了加速土层的固结，最有效的办法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。砂井、塑料排水板等竖向

6、排水体就排水途径，缩短排水距离。砂井、塑料排水板等竖向排水体就是为此目的而设置，如图是为此目的而设置，如图(b)(b)所示。所示。8.2 8.2 加固机理加固机理排水系统的分类排水系统的分类8.2.2 8.2.2 堆载预压法原理堆载预压法原理 堆载预压法是在建筑物建造以前，对建筑场地进行加堆载预压法是在建筑物建造以前，对建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。方法。 在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超孔隙体积

7、随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增长。增长。 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力( (简称孔隙水压力简称孔隙水压力) )消散和有效应力增加的过程。消散和有效应力增加的过程。8.2.3 8.2.3 真空预压法原理真空预压法原理 在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中

8、，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。 当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。从而使土体固结。 真空预压的原理主要反映在以下几个方面：真空预压的原理主要反映在以下几个方面： 1)1)

9、薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。 2)2)地下水位降低，相应附加应力增加。地下水位降低，相应附加应力增加。 3)3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。封闭气泡排出，土的渗透性加大。 真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水

10、固结，称为负压固结。称为负压固结。回填砂人工填土竹筋砂包堤深圳河回填粘土薄膜排水板抽真空装置滤管淤 泥密封沟最高潮位2.38m最低潮位-1.55m原泥面图6b:竹筋砂包围堤示意图河口潮间带岸坡造陆示意图 排水固结法的设计，实质上就是进行排排水固结法的设计，实质上就是进行排水系统和加压系统的设计，使地基在受压过水系统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间。固结沉降，缩短预压的时间。8.3 8.3 设计计算设计计算8.3.1 8.

11、3.1 沉降计算沉降计算一、建筑物使用期间的沉降计算一、建筑物使用期间的沉降计算 对于预压荷载与建筑物自身荷载分离的工程对于预压荷载与建筑物自身荷载分离的工程, ,预压荷预压荷载在地基处理结束后移除，地基土会产生一定的回弹变形。载在地基处理结束后移除，地基土会产生一定的回弹变形。在其后建筑物修建和使用过程中，地基土会产生再压缩变在其后建筑物修建和使用过程中，地基土会产生再压缩变形（如图）。形（如图）。 在这种情况下，建筑物荷载作用下地基的总沉降量可在这种情况下，建筑物荷载作用下地基的总沉降量可按照按照建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范中给出的天然地基沉降计中给出的天然地基沉降计算方法即分

12、层总合法进行计算，但其中地基土的压缩模量算方法即分层总合法进行计算，但其中地基土的压缩模量要根据预压处理后的土的压缩试验获得。要根据预压处理后的土的压缩试验获得。二、总沉降量计算二、总沉降量计算 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。其中瞬时沉降是在荷载作用下由于土的固结沉降三部分。其中瞬时沉降是在荷载作用下由于土的畸变所引起并在荷载作用下立即发生的。这部分变形不可畸变所引起并在荷载作用下立即发生的。这部分变形不可忽略。固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体积减小所忽略。固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体积减小所造成，占总沉

13、降量的主要部分。而次固结沉降占比例不大造成，占总沉降量的主要部分。而次固结沉降占比例不大且目前还不容易计算，若忽略次固结沉降，则最终沉降可且目前还不容易计算，若忽略次固结沉降，则最终沉降可按下式计算：按下式计算：三、预压期间沉降量计算三、预压期间沉降量计算 预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进行计预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进行计算：算： 其中采用固结理论可求得地基平均固结度。在竖向排水其中采用固结理论可求得地基平均固结度。在竖向排水情况下，可采用太沙基固结理论计算预压期内地基平均固结情况下，可采用太沙基固结理论计算预压期内地基平均固结度；对于布置竖向排水体的地基，主要产

14、生径向渗流，要采度；对于布置竖向排水体的地基，主要产生径向渗流，要采用砂井固结理论计算地基平均固结度。用砂井固结理论计算地基平均固结度。 根据固结理论，预压时间越长，地基平均固结度就越根据固结理论，预压时间越长，地基平均固结度就越大，预压期间沉降量就越大，使用期间的沉降量就越小。大，预压期间沉降量就越大，使用期间的沉降量就越小。8.3.2 8.3.2 承载力计算承载力计算 处理后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的半经验公处理后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即：式作为初步估算，即： 对饱和软粘性土也可采用下式估算：对饱和软粘性土也可采用下式估算： 对于长条形填土，可根

15、据对于长条形填土，可根据felleniusfellenius公式估算：公式估算： 排水预压处理后地基土的不排水抗剪度可采用下式估算：排水预压处理后地基土的不排水抗剪度可采用下式估算：8.3.3 8.3.3 砂井地基固结度计算砂井地基固结度计算 一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算序号序号条件条件平均固结度计算公式平均固结度计算公式备注备注1竖向排水固结竖向排水固结2内径向排水固结内径向排水固结13竖向和内径向排水竖向和内径向排水固结固结( (砂井地基平均砂井地基平均固结度固结度) )4砂井未贯穿受压土砂井未贯穿受压土层平均固结度层平均固结度5普遍表达式普

16、遍表达式tezaghi解barron解uezchtv182422uerfncdthe182()uerzf ncdchthev18284222( )uquq urzz()1uet18282q82cfn dhe()2224)(8hcdnfcveh2)(8ehdnfc224chvqhhh112f nnnnnn( )ln( )22221314nddewtezaghi解barron解82上表中，上表中，cvckeavvw()1chckeahhw()1dedw竖向固结系数，竖向固结系数，径向固结系数径向固结系数( (或称水平向固结系数或称水平向固结系数), ), 每一个砂井有效影响范围的直径；每一个砂井有

17、效影响范围的直径；砂井直径。砂井直径。二、逐渐加荷条件下地基固结度的计算二、逐渐加荷条件下地基固结度的计算 当排水竖井采用挤土方式施工时，应考虑涂抹对土体当排水竖井采用挤土方式施工时，应考虑涂抹对土体固结的影响。当竖井的纵向通水量固结的影响。当竖井的纵向通水量 与天然土层水平向与天然土层水平向渗透系数渗透系数 的比较小，且长度又较长时，尚应考虑井阻的比较小，且长度又较长时，尚应考虑井阻影响。瞬时加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖井地影响。瞬时加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖井地基径向排水平均固结度可按下式计算：基径向排水平均固结度可按下式计算：三、影响砂井固结度的几个因素三、影响砂井固结

18、度的几个因素1.1.初始孔隙水压力初始孔隙水压力2.2.涂抹作用涂抹作用3.3.砂料的阻力砂料的阻力8.3.4 8.3.4 堆载预压法设计堆载预压法设计 堆载预压法设计包括加压系统和排水堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用；排水系统包括竖划以及堆载材料的选用；排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确定。平面布置的确定。一、加压系统设计一、加压系统设计 堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据

19、堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。 堆载一般用填土、砂石等散粒材料；油罐通常利用灌堆载一般用填土、砂石等散粒材料；油罐通常利用灌体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。 1 1）堆载预压）堆载预压 由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须分级逐渐是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须

20、分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足已加下一级荷载时加荷，待前期荷载下地基强度增加到足已加下一级荷载时方可加下一级荷载。方可加下一级荷载。 其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降。荷计划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降。具体计算步骤如下：具体计算步骤如下：（1) 1) 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载。荷载。（2 2）计算第一级容许施加的荷载作用下经预定预压时间达到）计算第一级容许施加的荷载作用下经预定预压

21、时间达到的固结度。的固结度。（3 3）计算第一级容许施加的荷载作用下经过一段时间预压后）计算第一级容许施加的荷载作用下经过一段时间预压后地基强度。地基强度。（4 4）估算预压处理后地基强度，确定第二级荷载，保证其小）估算预压处理后地基强度，确定第二级荷载，保证其小于地基承载力。于地基承载力。 （5 5）按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳）按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。（6 6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降，）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降

22、，从而确定预压荷载卸除的时间，保证所剩留的沉降是建筑从而确定预压荷载卸除的时间，保证所剩留的沉降是建筑物所允许的。物所允许的。 2)2)超载预压超载预压 对沉降有严格限制的建筑，应采取超载预压法处理地基。对沉降有严格限制的建筑，应采取超载预压法处理地基。 经超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建经超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加总应力时，则今后在建筑物筑物荷载引起的相应点的附加总应力时，则今后在建筑物荷载作用下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小荷载作用下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小次结变形，并推迟次固结变形的发生。次结变形，并推

23、迟次固结变形的发生。 sctdtssuss在预压过程中，任意时间地基的沉降量可表示为：在预压过程中，任意时间地基的沉降量可表示为：二、排水系统设计二、排水系统设计1.1.竖向排水体材料选择竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若需要设置竖向排水体长度超过排水带。若需要设置竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井。建议采用普通砂井。2.2.竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计 竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和施工条件以及地基稳附加应力大小、施工期限和施工

24、条件以及地基稳定性等因素确定。定性等因素确定。当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层；能穿透软土层；当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真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排水体与砂层相连接，以免空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果；影响真空效果； 对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑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物在地基中造成的附加应力与自重应力

25、之比值确定定( (一般为一般为0.10.2) )；按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体长度应大于最危险滑动面的深度。长度应大于最危险滑动面的深度。按沉降控制的工程，排水体长度可从压载后的沉按沉降控制的工程，排水体长度可从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。 竖向排水体长度一般为竖向排水体长度一般为1025m。 3. 3.竖向排水体平面布置设计竖向排水体平面布置设计竖向排水体直径竖向排水体直径 普通砂井直径：一般为普

26、通砂井直径：一般为200mm500mm，井径比为，井径比为68。 袋装砂井直径：一般为袋装砂井直径：一般为70mm100mm，井径比为，井径比为15-30。竖向排水体平面布置竖向排水体平面布置 可布置成正三角形可布置成正三角形( (梅花形梅花形) )或正方形，以正三角形排列或正方形，以正三角形排列较为紧凑和有效。较为紧凑和有效。 正方形排列的每个砂井，其影响范围为一个正方形；正方形排列的每个砂井，其影响范围为一个正方形； 正三角形排列的每个砂井，其影响范围则为一个正六边正三角形排列的每个砂井，其影响范围则为一个正六边形。形。 在实际进行固结计算时，由于多边形作为边界条件求解在实际进行固结计算时

27、，由于多边形作为边界条件求解很困难，为简化起见，巴伦建议每个砂井的影响范围由多很困难，为简化起见，巴伦建议每个砂井的影响范围由多边信改为由面积与多边形面积相等的圆来求解。边信改为由面积与多边形面积相等的圆来求解。竖向排水体间距竖向排水体间距 竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施工期限的要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行，工期限的要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行，由于软土的渗透性比砂性土为小，所以排水体的理论直径由于软土的渗透性比砂性土为小，所以排水体的理论直径可很小。但直径过小，施工困难，直径过大对增加固结速可很小。但直

28、径过小，施工困难，直径过大对增加固结速率并不显著。从原则上讲，为达到同样的固结度，缩短排率并不显著。从原则上讲，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，即井距和井间距关水体间距比增加排水体直径效果要好，即井距和井间距关系是系是“细而密细而密”比比“粗而稀粗而稀”为佳。为佳。砂料设计砂料设计 制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过3%。地

29、表排水砂垫层设计地表排水砂垫层设计 为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂，以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于含泥量应小于3%。 砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层，以免砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。陆上施工时，砂垫地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。陆上施工时，砂垫层厚度一般取层厚度一般取0.5m左右；水下施工时，一般为左右；水下施工时，一般为1m左右。左右。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的

30、底宽，并伸出砂砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽，并伸出砂井区外边线井区外边线2倍砂井直径。在砂料贫乏地区，可采用连通倍砂井直径。在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计 竖向排水体深度主要根据土层分布、附加应力大小、竖向排水体深度主要根据土层分布、附加应力大小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。8.3.5 8.3.5 真空预压法设计真空预压法设计1 1、真空预压法的特点、真空预压法的特点 1 1）技术效果较为先进可靠，常用于解决含淤泥、淤泥夹）技术效果较为

31、先进可靠，常用于解决含淤泥、淤泥夹砂的堆场、仓库、工业与民用建筑、人工岛、油罐地基、砂的堆场、仓库、工业与民用建筑、人工岛、油罐地基、堤坝边坡、道路等软土地基工程的沉降与稳定问题，同时堤坝边坡、道路等软土地基工程的沉降与稳定问题，同时它在处理刚吹填的超软土地基时，更具优越性。它在处理刚吹填的超软土地基时，更具优越性。2 2）真空预压法还具有显著的经济特点。）真空预压法还具有显著的经济特点。 单块一次加固面积可达单块一次加固面积可达10万万m2； 一台一台7.5kw真空泵可控制真空泵可控制7003000m2面积。若加固面积。若加固狭长条形地基时取小值，对加固大面积均质淤泥地基时取狭长条形地基时取

32、小值，对加固大面积均质淤泥地基时取大值；大值； 地基加固可达到或超过地基加固可达到或超过8090kpa堆载预压的加固效堆载预压的加固效果；果； 与堆载预压相比，可节约能源、缩短工期与堆载预压相比，可节约能源、缩短工期1/2以上。一以上。一般地，正常预压期为般地，正常预压期为34个月。个月。2 2、真空预压法的基本做法、真空预压法的基本做法 1 1）先在要加固的软基上铺设水平排水砂（或矿碴、碎石）先在要加固的软基上铺设水平排水砂（或矿碴、碎石碴等）垫层、塑料排水沟或排水垫层；碴等）垫层、塑料排水沟或排水垫层； 2 2）在水平排水砂垫层上按一定间距打设排水板（或砂井、）在水平排水砂垫层上按一定间距

33、打设排水板（或砂井、袋装砂井等）；袋装砂井等）； 3 3）然后将不透气的薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周）然后将不透气的薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙内；边密封沟或墙内； 4 4）借助埋设在砂垫层中的管道，通过射流真空泵将膜下）借助埋设在砂垫层中的管道，通过射流真空泵将膜下土体中的空气和水抽出，使土体排水固结，从而达到地基土体中的空气和水抽出，使土体排水固结，从而达到地基加固的目的。加固的目的。 5 5）当地基加固要求更高时，如：承载力超过）当地基加固要求更高时，如：承载力超过80 kpa 时，可采用：时，可采用： 联合堆载预压加固，即采用在真空簿膜上堆加联合堆载预压加固，即采用

34、在真空簿膜上堆加荷载并共同作用的办法；荷载并共同作用的办法； 可在真空预压前后联合砂井桩、碎石桩、搅拌可在真空预压前后联合砂井桩、碎石桩、搅拌桩等复合地基加固的方法。桩等复合地基加固的方法。沿海地区采用真空预压排水固结法快速围海造陆沿海地区采用真空预压排水固结法快速围海造陆陆域形成land area formation软基处理soft ground treatment珠江水域water area of pearl river广州港南沙港区一期陆域软基处理平面示意广州港南沙港区一期陆域软基处理平面示意plane of soft ground treatment of nansha port zo

35、ne phase 1 project of guangzhou port3 3、真空预压的设计、真空预压的设计 1 1）设计内容）设计内容 设计内容除排水系统外，主要包括：密封内的真空度，设计内容除排水系统外，主要包括：密封内的真空度，加固土层要求达到的平均固结度，竖向排水体的尺寸，加加固土层要求达到的平均固结度，竖向排水体的尺寸，加固后的沉降和工艺设计等。固后的沉降和工艺设计等。 2 2）设计计算）设计计算 膜内真空度膜内真空度 真空预压效果和封闭膜内所达到的真空度大小关系极大。真空预压效果和封闭膜内所达到的真空度大小关系极大。根据国内一些工程的经验，当采用合理的工艺和设备，膜根据国内一些工

36、程的经验，当采用合理的工艺和设备，膜内真空度应稳定在内真空度应稳定在650mmhg左右，相当于左右，相当于80kpa的真空的真空压力，此值可作为最大膜内设计真空度。压力，此值可作为最大膜内设计真空度。 加固区内要求达到平均固结度加固区内要求达到平均固结度 竖井内平均固结度应该大于竖井内平均固结度应该大于90%。竖向排水体竖向排水体 一般采用袋装砂井或塑料排水带。一般采用袋装砂井或塑料排水带。 真空预压处理地基时，必须设置竖向排水体，真空预压处理地基时，必须设置竖向排水体，由于砂井（袋装砂井或塑料排水带）能将真空度从由于砂井（袋装砂井或塑料排水带）能将真空度从砂垫层中传至土体，并将土体中的水抽至

37、砂垫层，砂垫层中传至土体，并将土体中的水抽至砂垫层，然后排出。若不设置砂井等就起不到上述的作用和然后排出。若不设置砂井等就起不到上述的作用和加固目的。加固目的。抽真空的时间抽真空的时间 抽真空的时间与土质条件和竖向排水体的间距抽真空的时间与土质条件和竖向排水体的间距密切有关。达到相同的固结度，间距越小，则所需密切有关。达到相同的固结度，间距越小，则所需的时间越短。的时间越短。袋装砂井间距与所需时间关系袋装砂井间距与所需时间关系4 4、监测项目设计、监测项目设计 真空预压法的现场测试设计同堆载预压法。真空预压法的现场测试设计同堆载预压法。 真空预压的总面积不得小于基础外边缘所包围的面积，真空预压

38、的总面积不得小于基础外边缘所包围的面积，一般真空的边缘应比建筑物基础外缘超出一般真空的边缘应比建筑物基础外缘超出23m，另外，另外，每块预压的面积尽可能大，彼此间可搭接或有一定间距。每块预压的面积尽可能大，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。气密性加固面积越大，加固面积与周边长度之比也越大。气密性也越好，真空度也越高。也越好，真空度也越高。 真空度与加固面积的关系真空度与加固面积的关系 当在加固区发现有透气层和透水层时，一般可在塑料薄当在加固区发现有透气层和透水层时，一般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。膜周边采用另加水泥土搅拌桩的壁式密封措

39、施。 8.4.18.4.1排水系统排水系统一、水平排水垫层的施工一、水平排水垫层的施工 1 1）垫层材料）垫层材料 渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于10-3cm/s，同，同时能起到一定的反滤作用。常用级配良好的中粗砂。也可时能起到一定的反滤作用。常用级配良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟（采用连通砂井的砂沟（2-3d，40-60cm深）代替整片砂垫深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。层。不宜采用粉、细砂。 2 2）垫层厚度）垫层厚度 满足渗流水能及时排出，应起到持力层的作用。一般应满足渗流水能及时排出，应起到持力层的作用。一般应选用选用3050cm厚度。

40、对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土厚度。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。及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。8.4 8.4 施工方法施工方法砂垫层施工砂垫层施工吹填砂垫层吹填砂垫层绞吸船取砂绞吸船取砂砂垫层整平砂垫层整平3 3）垫层施工）垫层施工 机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。推土机或人工摊平。 不论采用何种施工方法，都应避免对软不论采用何种施工方法，都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，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。影响垫层的排水效

41、果。二、竖向排水体施工二、竖向排水体施工1.1.砂井施工砂井施工砂井施工要求：砂井施工要求：1 1）保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现）保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；象；2 2）尽量减小对周围土的扰动；）尽量减小对周围土的扰动；3 3）砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。）砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。2.2.袋装砂井施工袋装砂井施工 (1(1）施工机具和工效）施工机具和工效 袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压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。入法、钻孔法和振动贯入法五种。（2 2）砂袋材料的选择）砂袋材料的选择 砂袋

42、材料必须选用抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线能力砂袋材料必须选用抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线能力强、透水性能好、韧性和柔性好、透气且在水中能起滤网强、透水性能好、韧性和柔性好、透气且在水中能起滤网作用和不外露砂料的材料制作。作用和不外露砂料的材料制作。袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程（3 3）施工要求）施工要求 灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长砂井孔长度长50cm，使其放入井孔内后能露出地面，以，使其放入井孔内后能露出地面，以便埋入排水砂垫层中。便埋入排水砂垫层中。 袋装砂井施工时，所用

43、钢管的内径宜略大于砂井直径，袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，不宜过大以减小施工过程中对地基土的扰动。另外，拔管不宜过大以减小施工过程中对地基土的扰动。另外，拔管后带上砂袋的长度不宜超过后带上砂袋的长度不宜超过0.50cm。3.3.塑料排水带施工塑料排水带施工 塑料排水带法是将塑料排水带用插带机将其插人软土中，塑料排水带法是将塑料排水带用插带机将其插人软土中，然后在地基面上加载预压（或采用真空预压），土中水沿然后在地基面上加载预压（或采用真空预压），土中水沿塑料带的通道逸出，从而使地基土得到加固的方法。塑料带的通道逸出，从而使地基土得到加固的方法。（1 1）塑料排水带材料）塑料排

44、水带材料（2 2）塑料排水带性能）塑料排水带性能（3 3）塑料排水带施工）塑料排水带施工 1 1）插带机械）插带机械插板机插板机排水板的施工现场排水板的施工现场 2 2）塑料排水带导管靴与桩尖）塑料排水带导管靴与桩尖 a.a.圆形桩尖应配圆形管靴，一般为混凝土制品。圆形桩尖应配圆形管靴，一般为混凝土制品。 b.b.倒梯形绑扎连接桩尖，一般为塑料制品，薄金属板也可。倒梯形绑扎连接桩尖，一般为塑料制品，薄金属板也可。 c.c.倒梯形楔挤压连接桩尖，一般为塑料制品，薄金属板也倒梯形楔挤压连接桩尖，一般为塑料制品，薄金属板也可。可。3 3）塑料排水带的施工工艺）塑料排水带的施工工艺 塑料排水带打设顺序

45、包括：定位；将塑料带通过导管从塑料排水带打设顺序包括：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴着管靴并对准桩位；插入管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴着管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。塑料带；拔管剪断塑料带等。8.4.28.4.2预压荷载预压荷载一、利用建筑物自重压重一、利用建筑物自重压重 这是一种经济而有效的方法。一般应用于以地基的稳这是一种经济而有效的方法。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、土定性为控制条件，能适应较大变形的建筑物，如路堤、土坝、贮矿场、油罐、水池等。坝、贮矿场、油罐、水池等。二、堆载预压二、堆载预压 堆载预压的材料

46、一般以散料为主，如石料、砂、砖等。堆载预压的材料一般以散料为主，如石料、砂、砖等。 施工时应注意以下几点：施工时应注意以下几点： 1 1）堆载面积要足够。）堆载面积要足够。 2)2)堆载要求严格控制加荷速率，保证在各级荷载下地基的堆载要求严格控制加荷速率，保证在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。稳定性，同时要避免部分堆载过高而引起地基的局部破坏。 3 3）对超软粘性土地基，载荷的大小、施工工艺更要精心）对超软粘性土地基，载荷的大小、施工工艺更要精心设计以避免对土的扰动和破坏。设计以避免对土的扰动和破坏。在膜上及土工布上在膜上及土工布上吹填堆载砂吹填堆载砂三、真

47、空预压三、真空预压1.1.加固区划分加固区划分 加固区划分是真空预压施工的重要环节，理论计算结加固区划分是真空预压施工的重要环节，理论计算结果和实际加固效果均表明，每块真空预压加固场地的面积果和实际加固效果均表明，每块真空预压加固场地的面积宜大不宜小。目前国内单块真空预压面积已达宜大不宜小。目前国内单块真空预压面积已达30000m2。划分区域时应考虑以下几个因素：划分区域时应考虑以下几个因素：1 1）按建筑物分布情况，应确保每个建筑物位于一块加固区域）按建筑物分布情况，应确保每个建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之内，建筑边线距加固区有效边线根据地基加固厚

48、度可取24m或更大些。或更大些。2 2）应考虑竖向排水体打设能力，加工大面积密封膜的能力，）应考虑竖向排水体打设能力，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方面大面积铺膜的能力和经验及射流装置和滤管的数量等方面的综合指数。的综合指数。3 3）应以满足建筑工期要求为依据，一般加固面积）应以满足建筑工期要求为依据，一般加固面积600010000m2为宜。为宜。4 4）加固区之间的距离应尽量减小或者共用一条封闭沟。）加固区之间的距离应尽量减小或者共用一条封闭沟。2.2.工艺设备工艺设备抽真空工艺设备包括真空源和一套膜内、膜外管路。抽真空工艺设备包括真空源和一套膜内、膜

49、外管路。1 1）真空源目前国内大多采用射流真空装置，射流真空装置由）真空源目前国内大多采用射流真空装置，射流真空装置由射流箱和离心泵等组成。射流箱和离心泵等组成。2 2）膜外管路连接着射流装置的回阀、截水阀、管路组成。）膜外管路连接着射流装置的回阀、截水阀、管路组成。3 3）膜内水平排水滤管，目前常用直径为）膜内水平排水滤管，目前常用直径为 6070的铁管或硬的铁管或硬质塑料管。质塑料管。4 4）滤水管的布置与埋设，滤水管的平面布置一般采用条形或）滤水管的布置与埋设，滤水管的平面布置一般采用条形或鱼刺形排列。鱼刺形排列。5 5）膜外管与膜内水平排水滤管连接（出膜装置）膜外管与膜内水平排水滤管连

50、接（出膜装置）3.3.密封系统密封系统密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。一般选用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，其性能见下表：一般选用聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，其性能见下表： 为了保证整个预压过程中的密封性，塑料膜一般宜铺为了保证整个预压过程中的密封性，塑料膜一般宜铺设设23层，每层膜铺好后应检查和粘补破漏处。膜周边的层，每层膜铺好后应检查和粘补破漏处。膜周边的密封可采用挖沟折铺膜，在地基土颗粒细密、含水量较密封可采用挖沟折铺膜，在地基土颗粒细密、含水量较大、地下水位浅的地区也可采用平铺膜。大、地下水位浅的地区也可采用平铺膜。4.4.抽气阶段施工要求与质

51、量要求抽气阶段施工要求与质量要求1 1）膜上覆水一般应在抽气后，膜内真空度达）膜上覆水一般应在抽气后，膜内真空度达80kpa，确信密封系统不存在问题方可进行，这段，确信密封系统不存在问题方可进行，这段时间一般为时间一般为710d；2 2）保持射流箱内满水和低温，射流装置空载情况）保持射流箱内满水和低温，射流装置空载情况下均应超过下均应超过96kpa；3 3）经常检查各项记录，发现异常现象，如膜内真）经常检查各项记录，发现异常现象，如膜内真空度值小于空度值小于80kpa等，应尽快分析原因并采取措施等，应尽快分析原因并采取措施补救；补救；4）冬季抽气，应避免过长时间停泵，否则，膜内）冬季抽气，应避

52、免过长时间停泵，否则，膜内外管路会发生冰冻而堵塞，抽气很难进行；外管路会发生冰冻而堵塞，抽气很难进行；5）下料时应根据不同季节预留塑料膜伸缩量；热）下料时应根据不同季节预留塑料膜伸缩量；热合时，每幅塑料膜的拉力应基本相同，防止密封膜合时，每幅塑料膜的拉力应基本相同，防止密封膜形状不正规，不符合设计要求；形状不正规，不符合设计要求；6 6）在气温高的季节，加工完毕的密封膜应堆放在阴）在气温高的季节，加工完毕的密封膜应堆放在阴凉通风处；堆放时给塑料膜之间适当撒放滑石粉；凉通风处；堆放时给塑料膜之间适当撒放滑石粉；堆放的时间不能过长，以防止互相粘连；堆放的时间不能过长，以防止互相粘连；7 7）在铺设

53、滤水管时，滤水管之间要连接牢固，选用）在铺设滤水管时，滤水管之间要连接牢固，选用合适滤水层且包裹严实，避免抽气后杂物进入射流合适滤水层且包裹严实，避免抽气后杂物进入射流装置；装置；8 8）铺膜前应用砂料把砂井孔填充密实；密封膜破裂）铺膜前应用砂料把砂井孔填充密实；密封膜破裂后，可用砂料把井孔填充密实至砂垫层顶面，然后后，可用砂料把井孔填充密实至砂垫层顶面，然后分层把密封膜粘牢，以防止砂井孔处下沉密封膜破分层把密封膜粘牢，以防止砂井孔处下沉密封膜破裂；裂；9 9）抽气阶段质量要求达到膜内真空大于）抽气阶段质量要求达到膜内真空大于80kpa80kpa；停；停止预压时地基固结度要求大于止预压时地基固

54、结度要求大于80%80%；预压的沉降稳定；预压的沉降稳定标准为连续标准为连续5d5d，实测沉降速率不大于，实测沉降速率不大于2mm/d2mm/d。真空泵系列真空泵系列整装式真空泵装置整装式真空泵装置示意图示意图 潜水式真空泵在工作潜水式真空泵在工作 离心立式分离式真空泵离心立式分离式真空泵离心卧式分离式真空泵离心卧式分离式真空泵真空预压现场全貌真空预压现场全貌真空度10天40天100天10天40天100天真 空 度真 空 泵滤 管滤管中真空度的传递规律滤管中真空度的传递规律 真空度在砂垫层中的传递分布图真空度在砂垫层中的传递分布图 滤管砂垫层真空度40天100天10天真空度10天40天100天

55、真空度在砂垫层及排水板中的传递变化图真空度在砂垫层及排水板中的传递变化图 深度（m)膜面滤管砂垫层排水板淤泥图17b 真空度在砂垫层及排水板中传递变化图真空度（kpa)60天离板0.4m淤泥中60天排水板中60天离板0.6m淤泥中四、真空联合堆载预压四、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：基承载力，其工艺流程为： 铺砂垫层铺砂垫层打设竖向排水通道打设竖向排水通道 铺膜铺膜抽气抽气 堆载堆载结束结束真空联合堆载砂加真空联合堆载砂加固高速公路软基固高速公路软基 真空联合堆载预压施工时，除了要按真空预压和堆载预

56、真空联合堆载预压施工时，除了要按真空预压和堆载预压的要求进行以外，还应注意以下几点：压的要求进行以外，还应注意以下几点： 1 1）堆载前要采取可靠措施保护密封膜，防止堆载时刺破）堆载前要采取可靠措施保护密封膜，防止堆载时刺破密封膜；密封膜； 2 2）堆载底层部分应选颗粒较细且不含硬块状的堆载物，）堆载底层部分应选颗粒较细且不含硬块状的堆载物，如砂料等；如砂料等； 3 3）选择合适的堆载时间和荷重。）选择合适的堆载时间和荷重。在真空膜及土工布上在真空膜及土工布上吹填砂施工吹填砂施工真空联合堆载砂加固真空联合堆载砂加固高速公路软基高速公路软基真空预压水平管路施工真空预压水平管路施工在砂垫层中插排水

57、板和布设真空主、滤管路在砂垫层中插排水板和布设真空主、滤管路 某潮间带真空预压工程真空管路某潮间带真空预压工程真空管路鱼刺形布置图鱼刺形布置图某潮间带真空联合堆载预压真某潮间带真空联合堆载预压真空管路网状布置图空管路网状布置图某真空预压工程真空管路某真空预压工程真空管路回形布置图回形布置图已铺设水平排水砂垫层、已打排水板已铺设水平排水砂垫层、已打排水板已开挖已开挖 密封沟现场密封沟现场膜上铺设膜上铺设土工布土工布在吹填土超软基在吹填土超软基上铺设土工布上铺设土工布双排搅拌桩支挡现场图双排搅拌桩支挡现场图无防护结构真空预压边路沉降现状图无防护结构真空预压边路沉降现状图三排格型搅拌桩较好的防护效果

58、三排格型搅拌桩较好的防护效果五、降水预压五、降水预压 井点降水，一般是先用高压射水将井管外径为井点降水，一般是先用高压射水将井管外径为3850mm、下端具有长约下端具有长约1.7m的滤管沉到所需深度，并将井管顶部用的滤管沉到所需深度，并将井管顶部用管路与真空泵相连，借真空泵的吸力使地下水位下降，形管路与真空泵相连，借真空泵的吸力使地下水位下降，形成漏斗状的水位线。成漏斗状的水位线。8.58.5现场观测及堆载速率控制现场观测及堆载速率控制8.5.18.5.1现场观测现场观测一、孔隙水压力观测一、孔隙水压力观测 孔隙水压力现场观测时，可根据测点孔隙水压力孔隙水压力现场观测时，可根据测点孔隙水压力时间变化曲线，反算土的固结系数、推算该店不同时时间变化曲线，反算土的固结系数、推算该店不同时间的固结度，从而推算强度增长，并确定下一级施加荷间的固结度，从而推算强度增长，并确定下一级施加荷载的大小，根据孔隙水压力和荷载的关系曲线可判断该载的大小，根据孔隙水压力和荷载的关系曲线可判断该店是否达到屈服状态，因而可用来控制加荷速率，避免店是否达到屈服状态，因而可用来控制加荷速率，避免加荷过快而造成地基破坏。现场观测孔隙水压力的仪器，加荷过快而造成地基破坏。现场观测孔隙水压力的仪器，目前常用钢弦式孔隙水压力计和双管式孔隙水压力计。目前常用钢弦式孔隙水压力计和双管式孔隙水压