第四章 排水固结法

1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 排水固结的原理排水固结的原理4.3 4.3 堆载预压设计计算堆载预压设计计算4.4 4.4 砂井排水固结设计计算砂井排水固结设计计算4.5 4.5 真空预压设计计算真空预压设计计算4.6 4.6 施工方法施工方法4.7 4.7 真空真空- -堆载联合预压法堆载联合预压法4.8 4.8 质量检验质量检验第第4章章 排水固结法排水固结法 Consolidation采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。排水固结法

2、排水固结法( (Consolidation ) )定义定义: :对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，在场地先行加载预压，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。地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。作用作用适用适用适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲 填土等饱和粘填土等饱和粘性土地基。性土地基。4.1 4.1 概述（

3、概述（Introduction） 排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方面问题：面问题： 1 1沉降问题：沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大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致产生较大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大的沉降。的沉降。原理：原理：在建筑场地上先在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压( (预压荷预

4、压荷载大于建筑物荷载载大于建筑物荷载) )效果将更好，但预压荷载不应大于效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。地基土的容许承载力。 2 2稳定问题：稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从而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。提高地基的承载力和稳定性。 原理：原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。有效应力逐渐提高，地基土

5、的强度逐渐增长。 排水固结法通常由排水固结法通常由排水系统和加压系统排水系统和加压系统两部分组成。两部分组成。排水固结排水固结排水系统排水系统加压系统加压系统竖向排水体竖向排水体水平向排水体水平向排水体堆载法堆载法真空法真空法降水法降水法电渗法电渗法联合法联合法普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带砂垫层砂垫层排水固结组成系统排水固结组成系统加压系统加压系统排水系统排水系统堆载堆载排水排水砂垫层砂垫层排水砂井排水砂井软土层软土层系统组成系统组成排水系统排水系统 堆堆 水水 预预 压压 塑料排水板插板机塑料排水板插板机塑料排水板地基处理塑料排水板地基处理真空预压地基处理真空预压地基

6、处理真空预压管网铺设真空预压管网铺设排水板真空预压处理剖面示意图排水板真空预压处理剖面示意图 Vertical Wick DrainsVertical Wick Drains截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。滤膜滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良 芯板：聚丙烯芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯和聚乙烯(PE)混合掺配制混合掺配制 袋装砂井袋装砂井 排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地基能满足建筑物对

7、变形和稳定性的要求。一、排水系统加固机理一、排水系统加固机理4.2 4.2 排水固结法的原理排水固结法的原理（Principle of drainage consolidation method ）根据太沙基固结理论根据太沙基固结理论 固结时间与排水距离的平方成正比，固结时间与排水距离的平方成正比，缩短排缩短排水距离可大大缩短固结时间。水距离可大大缩短固结时间。 在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱土层的排水固结。土层的排水固结。v2vCHTt e固结压力固结压力c c孔

8、隙比孔隙比e e01eabcdf 加固机理加固机理1 1减小地基工后沉降：减小地基工后沉降： 初次加载曲线，初次加载曲线，在外加荷载在外加荷载1 10 0作用下，作用下，土样孔隙比减小了土样孔隙比减小了e e；卸荷再压缩之后，孔卸荷再压缩之后，孔隙比减小量为隙比减小量为ee，远小于，远小于e e，表明大部分压缩变形（，表明大部分压缩变形（ e e ee）都在预先施压过程中消除了。都在预先施压过程中消除了。二、加压系统二、加压系统abcdf固结压力固结压力c co抗剪强度抗剪强度f f 预压后，土体预压后，土体处于超固结状态，处于超固结状态，其抗剪强度要比处其抗剪强度要比处于正常固结状态时于正常

9、固结状态时的强度高。的强度高。加固机理加固机理2 2提高土体强度：提高土体强度：4.3 4.3 堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算(Design Procedure of Preloading)一、堆载预压的计算步骤一、堆载预压的计算步骤加荷计划的确定加荷计划的确定 主要内容：主要内容：分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、预压时间、预压加载范围等。预压时间、预压加载范围等。1 12 2堆载过快易失稳堆载过快易失稳具体步骤如下：具体步骤如下： （1 1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p p1 1 一般的

10、浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步估算：估算：d)bd2 . 01)(lb2 . 01(cNK1p0uc1 式中式中 cu 天然地基不排水抗剪强度；天然地基不排水抗剪强度； Nc 承载力因数；矩形基础取承载力因数；矩形基础取5.525.52，圆形基础取，圆形基础取6;6; K 安全系数，安全系数，K=1.3=1.31.51.5； l l、b 基础的长边和短边；基础的长边和短边； d 基础的埋置深度；基础的埋置深度； 0 0 地基土的重度。地基土的重度。dKcpu1451.Kc52. 5pu1 （FelleniusFellenius公式

11、）公式）饱和软粘土饱和软粘土长条形填土长条形填土 （2 2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值）计算第一级荷载作用下地基强度增长值 在在p1荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，提高以后的地基强度为提高以后的地基强度为cu1，)cc(cuu1u 一般可先假定一固结度，工程上常要求一般可先假定一固结度，工程上常要求U Ut t70708080（即让地基在荷载（即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一级作用下达到相应固结度后再施加下一级荷载），计算出强度增量后再求出荷载），计算出强度增量后再求出c cu1u1。cutzutgUc 式中

12、式中 cup1作用下地基因固结而增长的强度，作用下地基因固结而增长的强度， （3 3）计算）计算p1作用下达到所确定固结度（作用下达到所确定固结度（70708080）所）所需时间。需时间。 目的：目的：确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。始施加的时间。 （4 4）根据第（）根据第（2 2）步所得到的增长后的地基强度值计算）步所得到的增长后的地基强度值计算第二级所能施加的荷载第二级所能施加的荷载p2。 再同样求出在再同样求出在p2作用下地基达到设定固结度时（作用下地基达到设定固结度时（70708080）的抗剪强度）的抗剪强度cu2以及所需

13、时间。依次类推，可计算以以及所需时间。依次类推，可计算以后各级荷载及其间隔时间，从而制定出初步加载计划。后各级荷载及其间隔时间，从而制定出初步加载计划。 （5 5）对初步确定的加荷计划应进行每级荷载下地基的稳定）对初步确定的加荷计划应进行每级荷载下地基的稳定性验算，如稳定性不满足要求，则需调整加荷计划。性验算，如稳定性不满足要求，则需调整加荷计划。 （6 6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。降量。 目的：目的：确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载作用下所完成的沉降量已达到设计要求，所

14、剩余的沉降是建作用下所完成的沉降量已达到设计要求，所剩余的沉降是建筑物所允许的。筑物所允许的。二、超载预压二、超载预压：预压荷载大于永久荷载的情况。预压荷载大于永久荷载的情况。临时超载临时超载填土填土砂垫层砂垫层砂井砂井对沉降有严格限制的建筑对沉降有严格限制的建筑，应采用，应采用超载预压法超载预压法处理地基。经处理地基。经超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷超载预压后，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，则今后在建筑物荷载作用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，而且将减小次固结变形，下地基土将不会

15、再发生主固结变形，而且将减小次固结变形，并推迟次固结变形的发生。并推迟次固结变形的发生。超载量应根据预压期间要求消除的变形量通过计算确定，超载量应根据预压期间要求消除的变形量通过计算确定，一般超载应控制小于设计荷载的一般超载应控制小于设计荷载的3030。预压荷载的分布应与建筑物的设计荷载分布大致相同。加预压荷载的分布应与建筑物的设计荷载分布大致相同。加载范围不应小于建筑基础外缘所包括的范围。载范围不应小于建筑基础外缘所包括的范围。可缩短预压时间可缩短预压时间4.4 砂井排水固结设计计算砂井排水固结设计计算Design Procedure of Sand Drain砂井法主要砂井法主要适用于没有

16、较大集中荷载的大面积荷重或堆土适用于没有较大集中荷载的大面积荷重或堆土荷重工程荷重工程，例如水库土坝、油罐、仓库、铁路路堤、贮矿，例如水库土坝、油罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工建筑物等工程。场以及港口的水工建筑物等工程。一、砂井设计一、砂井设计砂井设计包括砂井直径、间距、深度、排列方式、范围、砂砂井设计包括砂井直径、间距、深度、排列方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。料选择和砂垫层厚度等。砂井法特别适用于处理存在连续薄砂层的地基。砂井法特别适用于处理存在连续薄砂层的地基。竖向排水体材料选择竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水板普通砂井、袋装

17、砂井和塑料排水板。 普通砂井的特点：普通砂井的特点：优点优点井径较大、排水性能良好、井井径较大、排水性能良好、井阻和涂抹作用的影响不明显。缺点阻和涂抹作用的影响不明显。缺点容易出现不连续和缩颈容易出现不连续和缩颈现象，施工速度较慢、工程量大、造价较高。现象，施工速度较慢、工程量大、造价较高。 袋装砂井优点：袋装砂井优点：（1 1）能够保证砂井的连续性；）能够保证砂井的连续性； （2 2）打设设备轻型化；）打设设备轻型化； （3 3）用砂量减少，工效高，造价低。）用砂量减少，工效高，造价低。 若需要设置的竖向排水体长度超过若需要设置的竖向排水体长度超过20m20m，建议采用，建议采用普通普通砂井

18、。砂井。塑料排水带：塑料排水带：排水畅通、质排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好等特量轻、强度高、耐久性好等特点，是一种较理想的竖向排水点，是一种较理想的竖向排水体。体。插插 板板 机机塑料排水板塑料排水板砂井的间距可按砂井的间距可按井径比（井径比（n n）选用，选用，n n按下式确定：按下式确定： n=de/dw1 1）砂井的直径和间距：）砂井的直径和间距：主要取决于主要取决于土的固结土的固结特性和施工期的要求特性和施工期的要求。原则：原则：“细而密细而密”因为为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加因为为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，但要考虑施工的可操作性，砂井直径效果

19、要好，但要考虑施工的可操作性，过小会对施工扰动比较大。过小会对施工扰动比较大。等效砂井直径等效砂井直径砂井影响直径砂井影响直径普通砂井直径一般为普通砂井直径一般为300mm500mm，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70mm120mm，井径比，井径比1522；砂井砂井dwdedw正方形等边三角形ldld13.105.1ee塑料排水带常用当量直径（周长相等）表示，其当量直径可按塑料排水带常用当量直径（周长相等）表示，其当量直径可按下式计算：下式计算： )b(2dw式中式中 换算系数，约为换算系数，约为0.750.751.01.0； b塑料排水带宽度；塑料排水带宽度；

20、塑料排水带厚度。塑料排水带厚度。 塑料排水带尺寸一般为塑料排水带尺寸一般为100mm4mm，井，井径比与袋装砂井类似，一般为径比与袋装砂井类似，一般为1522（30）。）。砂井深度主要根据砂井深度主要根据土层的分布、地基中的附加应力土层的分布、地基中的附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。等因素确定。2 2）砂井深度：）砂井深度： （1 1）当软土层不厚（）当软土层不厚（10m）、底部有透水层时，排水体应）、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层；尽可能穿透软土层； （2 2）当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水）当深厚的高压缩性土层间

21、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。而采用真空预压时应尽量避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，以免影响真空效果；免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果；一般为一般为1025m （3 3）对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性）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（一般为值确定（一般为0.10.10.20.2）；）； （4 4）对稳定性控制的工程（路堤、土坝），排）对稳定性控制的工程（路堤、土坝），排水体深度应通过稳定分析确定，打入深度至少应超水

22、体深度应通过稳定分析确定，打入深度至少应超过最危险滑动面最大深度过最危险滑动面最大深度2m； （5 5）按沉降控制的工程，排水体打入深度应到）按沉降控制的工程，排水体打入深度应到达地基沉降计算时有效压缩层的深度。达地基沉降计算时有效压缩层的深度。 砂井的平面布置可采取砂井的平面布置可采取正方形或梅花形正方形或梅花形，在大面积荷载作，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆等面积的圆来代替，可得一根来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径砂井的有效

23、排水圆柱体的直径d de e和砂井间距和砂井间距l l的关系按下式考的关系按下式考虑：虑：梅花形布置 llde05. 132正方形布置 llde128. 14 3 3）砂井排列：）砂井排列：由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加线向外增加2-4m2-4m。4 4）砂井的布置范围）砂井的布置范围 5 5）砂料）砂料砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%。6 6）砂垫层）砂垫层为了使砂井有良好的排水通

24、道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5 m-1 m。 二、沉降计算二、沉降计算瞬时沉降瞬时沉降 固结沉降固结沉降 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。总总沉沉降降由于孔隙水的排出而引起土体积减小所造成的，占总沉降的主要部分。次固结沉降次固结沉降 由于超静水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架的徐变所致。4.5 真空预压设计计算 Design Procedure of Vacuum Preloading 真空预压法是真空预压法是以大气压力作为预压荷载以大气压力作为预压荷载。先在需加固的。先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆

25、盖数层不透软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封，与大气隔绝。在砂垫层气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封，与大气隔绝。在砂垫层内埋设排水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材内埋设排水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。真空预压法示意图真空预压法示意图砂垫层及滤管砂垫层及滤管铺铺 膜膜抽抽 气气高真空井点高真空井点射流真空泵射流真空泵射射 流流 箱箱

26、真空预压法的加固机理主要反映在下面三个方面：真空预压法的加固机理主要反映在下面三个方面： （1 1）土中水排出：）土中水排出：真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大气压气压p pa a的作用，抽气后薄膜内形成一个压力差：首先使砂垫层，其的作用，抽气后薄膜内形成一个压力差：首先使砂垫层，其次是砂井中的气压降到次是砂井中的气压降到p pv v，使薄膜紧贴砂垫层，这个压差称之为，使薄膜紧贴砂垫层，这个压差称之为“真空度真空度”。 砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同砂垫层中形成的真空度，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

27、向其四周的土体传递与扩散，引起土时，真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩散，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发生渗流，最后由垂直排水通道汇的气和水由土体向垂直排水通道发生渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出。至地表砂垫层中被泵抽出。加固机理加固机理 （2 2）有效应力增加：）有效应力增加：地下水在上升的同时，形成排水体附地下水在上升的同时，形成排水体附近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔

28、隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结；隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结；同时抽气后土体中水位降落，也会增加有效应力。同时抽气后土体中水位降落，也会增加有效应力。 （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：当饱和土体中含有当饱和土体中含有少量封闭气泡时，在正压作用下，封闭气泡会堵塞孔隙，使土少量封闭气泡时，在正压作用下，封闭气泡会堵塞孔隙，使土的渗透性降低，固结过程减慢。但在真空吸力下，封闭气泡被的渗透性降低，固结过程减慢。但在真空吸力下，封闭气泡被吸出，从而使土体渗透性提高，固结加快。吸出，从而使土体渗透性提高，固结加快。

29、土体和砂井间的压差，开始时为（土体和砂井间的压差，开始时为（p pa ap pv v），随着抽气），随着抽气时间的增长，压差逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，时间的增长，压差逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。所以真空预压过程，实质是利用大气压差作土体固结完成。所以真空预压过程，实质是利用大气压差作为预压荷载，使土体逐渐排水固结的过程。为预压荷载，使土体逐渐排水固结的过程。 真空预压是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力真空预压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，这种方法和降水预压一样都是在负超孔来增加有效应力的，这种方法和降水预压一样都是在负超

30、孔隙水压力下排水固结，因而称为隙水压力下排水固结，因而称为负压固结负压固结。 真空预压法能取得相当于真空预压法能取得相当于787892kPa92kPa的等效荷载堆载预压的等效荷载堆载预压法的效果。法的效果。 堆载预压法，土体中的总应力是增加的，真空预压，总应力保持不变；堆载预压法，土体中的总应力是增加的，真空预压，总应力保持不变； 堆载预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值，即超静水压堆载预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值，即超静水压 力是正值；真空预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值。力是正值；真空预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值。 堆载预压法中，

31、土体有效应力的增长是通过正的超静孔隙水压力的消散堆载预压法中，土体有效应力的增长是通过正的超静孔隙水压力的消散 来实现的，而真空预压法中，土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水来实现的，而真空预压法中，土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水 压力的形成来实现的。压力的形成来实现的。 堆载预压法中，土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有堆载预压法中，土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有 关，并且在垂直向和水平向上大小一般是不同的；真空预压法中土体有关，并且在垂直向和水平向上大小一般是不同的；真空预压法中土体有 效应力的增加具有最大值，理论上最大为一个大气压，一般都低于此效应力的增加

32、具有最大值，理论上最大为一个大气压，一般都低于此 值，由于有效应力的增加依赖于孔隙水压力的降低来实现。所以，土体值，由于有效应力的增加依赖于孔隙水压力的降低来实现。所以，土体 加固过程中有效应力增加值在垂直、水平及其他各方向上是相同的。加固过程中有效应力增加值在垂直、水平及其他各方向上是相同的。堆载预压与真空预压在加固机理方面区别堆载预压与真空预压在加固机理方面区别真空预压法的优点及缺点真空预压法的优点及缺点 （1 1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量材料、能源和运输能力，缩短预压时间；材料、能源和运输能力，缩短预压时间； （2 2

33、）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果；负压可通过管路传到任何场地，适应性强；高了加固效果；负压可通过管路传到任何场地，适应性强； （3 3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体，周围土体向预压区移动使整个加固地基呈收缩的趋加固土体，周围土体向预压

34、区移动使整个加固地基呈收缩的趋势；势； （4 4）适用于超软粘土以及边坡、码头等地基稳定性要求较）适用于超软粘土以及边坡、码头等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显；高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显； （5 5）真空预压加固地基影响范围广而深；）真空预压加固地基影响范围广而深； （6 6）无噪声、无振动、无污染，可做到文明施工。）无噪声、无振动、无污染，可做到文明施工。 缺点：工序复杂，工程费用较高，预压效果受到一定局限，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预压区周边效果相对较差，同时由于真空抽水最大

35、高度为10m10m，因而当淤泥层厚度小于因而当淤泥层厚度小于8m8m时预压效果较好，厚度超过时预压效果较好，厚度超过8m8m则有所则有所减弱，厚度越大越明显。减弱，厚度越大越明显。真空预压法适用范围真空预压法适用范围 真空预压法适用于能在加固区形成（包括采真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成）负压边界条件的饱和均质粘性土取措施后形成）负压边界条件的饱和均质粘性土及含薄层砂夹层的粘性土，特别适于新吹填土、及含薄层砂夹层的粘性土，特别适于新吹填土、超软粘土地基的加固。超软粘土地基的加固。 但不适用于表层存在良好透气层或在加固范但不适用于表层存在良好透气层或在加固范围内有较厚透水层并有

36、充足水源补给的地基。围内有较厚透水层并有充足水源补给的地基。4.6 施工方法（Construction Methods）包括三部分：包括三部分：铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加荷载。铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加荷载。铺设水平垫层的目的：铺设水平垫层的目的：连通水体，将土体中渗出的水迅连通水体，将土体中渗出的水迅速排出，同时防止土颗粒堵塞排水通道；对软粘土地基起到速排出，同时防止土颗粒堵塞排水通道；对软粘土地基起到持力层的作用。持力层的作用。 1.1.垫层材料垫层材料 宜用中粗砂，一般不宜选用粉砂和细砂；砂垫层的干密度宜用中粗砂，一般不宜选用粉砂和细砂；砂垫层的干密度1.5t/m1.5t

37、/m3 3，其渗透系数宜大于，其渗透系数宜大于1010-2-2cm/scm/s。一、水平排水垫层的施工一、水平排水垫层的施工2.2.水平排水系统的设置水平排水系统的设置 在预压区边缘应设置排水沟，与集水井相连，在在预压区边缘应设置排水沟，与集水井相连，在预压区内宜设置与砂垫层连通的排水盲沟。预压区内宜设置与砂垫层连通的排水盲沟。水平排水系统设置水平排水系统设置3.3.垫层厚度和宽度垫层厚度和宽度 厚度应能保证土从土中渗出的水能及时排出；厚度应满厚度应能保证土从土中渗出的水能及时排出；厚度应满足施工时的承载要求。足施工时的承载要求。 砂垫层的厚度一般不宜小于砂垫层的厚度一般不宜小于500mm50

38、0mm。排水砂垫层宽度等于铺设场地宽度，砂料不足时可用砂沟代替砂排水砂垫层宽度等于铺设场地宽度，砂料不足时可用砂沟代替砂垫层，砂沟的宽度为垫层，砂沟的宽度为2323倍砂井直径，一般深度为倍砂井直径，一般深度为4060cm4060cm。4.4.垫层施工垫层施工 地基土表层地基土表层可承受一般机械运行可承受一般机械运行时，采用时，采用机械分堆摊铺或机械分堆摊铺或顺序推进摊铺法顺序推进摊铺法； 不能时不能时可选用可选用人力车或轻型皮带传输机人力车或轻型皮带传输机由里向外或一边向由里向外或一边向另一边铺设；另一边铺设； 铺设荆笆、透水性好的编织物或土工聚合物。铺设荆笆、透水性好的编织物或土工聚合物。5

39、.5.施工要点施工要点 厚度和平面尺寸要符合设计要求；误差小于厚度和平面尺寸要符合设计要求；误差小于1010； 与竖向排水体连接好，不允许混入杂物，防止堵塞与竖向排水体连接好，不允许混入杂物，防止堵塞排水通道；排水通道； 避免对地基土产生扰动；避免对地基土产生扰动； 对真空预压垫层，面层对真空预压垫层，面层4cm4cm厚度范围内不得有带棱角厚度范围内不得有带棱角的硬物。的硬物。二、竖向排水体的施工二、竖向排水体的施工（一）普通砂井施工（一）普通砂井施工 1.1.砂井材料砂井材料 砂井的材料应采用中粗砂，不得含有杂物；保证有反滤作用。砂井的材料应采用中粗砂，不得含有杂物；保证有反滤作用。2.2.

40、施工顺序施工顺序：先中间后周边的原则先中间后周边的原则。一般先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。一般先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。3.3.施工工艺施工工艺 砂井成孔方法有：砂井成孔方法有：套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。破法。 套管法套管法 套管法是将带有活瓣桩尖或套有混凝土端靴的套管沉入套管法是将带有活瓣桩尖或套有混凝土端靴的套管沉入到土层预定深度后，再灌砂、拔管成砂井。到土层预定深度后，再灌砂、拔管成砂井。 根据沉管工艺不同，分为：静压沉管法、锤击沉管法、根据沉管工艺不同，分为：静压沉管法、锤击沉管法、锤击静压联合沉管法和振动沉管法。锤击静压

41、联合沉管法和振动沉管法。 施工要点：沉管到设计深度施工要点：沉管到设计深度灌水至充满灌水至充满灌砂至充满灌砂至充满拔管。拔管。射水法射水法 射水法是利用射水管的高速水流的冲击及环形切刀的机射水法是利用射水管的高速水流的冲击及环形切刀的机械切削作用。破坏土体，形成具有一定直径和深度的砂井，械切削作用。破坏土体，形成具有一定直径和深度的砂井，然后灌砂形成砂井。然后灌砂形成砂井。 主要机具设备：主要机具设备：高压水泵、冲管、卷扬机。高压水泵、冲管、卷扬机。 1 1）施工工艺）施工工艺 a.a.机具就位，埋设护筒；机具就位，埋设护筒； b.b.冲管起吊，对准砂井中心；冲管起吊，对准砂井中心； c.c.

42、成孔至设计深度；成孔至设计深度； d.d.提起冲管并清孔；提起冲管并清孔； e.e.灌砂。灌砂。 2 2）施工要点）施工要点 a.a.控制好冲孔水压力和时间；控制好冲孔水压力和时间； b.b.保证灌砂量和灌砂率；保证灌砂量和灌砂率； c.c.做好清孔工作；做好清孔工作； d.d.做好泥浆排放工作；做好泥浆排放工作； e.e.淤泥或淤泥质土施工要慎重；淤泥或淤泥质土施工要慎重； f.f.井口要保证高出自然地面。井口要保证高出自然地面。 （3 3）螺旋钻成孔法）螺旋钻成孔法 以动力螺旋钻钻孔，属于干钻法施工，提钻后孔内灌以动力螺旋钻钻孔，属于干钻法施工，提钻后孔内灌砂成形。适用于陆上工程，砂井长度

43、在砂成形。适用于陆上工程，砂井长度在10m10m以内，土质较以内，土质较好，不会出现缩颈和塌孔现象的土层。好，不会出现缩颈和塌孔现象的土层。4.4.质量要求质量要求 保证砂井连续和密实，不缩颈；保证砂井连续和密实，不缩颈； 减少对周围土体的扰动；减少对周围土体的扰动； 砂井长度、直径、间距要满足设计要求；砂井长度、直径、间距要满足设计要求； 砂井水平位置的允许偏差为该井直径，垂直度的允砂井水平位置的允许偏差为该井直径，垂直度的允许偏差为许偏差为1.51.5。 （4 4）爆破成孔法）爆破成孔法 先用螺旋钻钻成一个达到砂井设计深度的孔，在孔中先用螺旋钻钻成一个达到砂井设计深度的孔，在孔中放置药包，

44、爆破后将孔扩大后灌砂形成砂井。适用于深度放置药包，爆破后将孔扩大后灌砂形成砂井。适用于深度67m67m的浅砂井。的浅砂井。( (二二) )袋装砂井施工袋装砂井施工1.1.砂袋材料要求：砂袋材料要求：良好透水性；足够的抗拉强度；一定的抗老良好透水性；足够的抗拉强度；一定的抗老化性能；抗腐蚀性能。化性能；抗腐蚀性能。2.2.施工机具施工机具 袋装砂井成孔方法：袋装砂井成孔方法：锤击打入法、射水法、静力压入法、锤击打入法、射水法、静力压入法、钻孔法和振动沉管法。钻孔法和振动沉管法。目前，国内常用的是振动沉管法。目前，国内常用的是振动沉管法。3.3.施工工艺施工工艺施工顺序：施工顺序：放线测量放线测量

45、机具定位机具定位设置桩尖设置桩尖沉管成孔沉管成孔投送砂袋投送砂袋拔管成井拔管成井施工方法：施工方法：灌砂：灌砂：a.a.先投后灌法；先投后灌法；b.b.先灌后投法；先灌后投法；沉沉管；管； 吊送砂袋与拔管成桩。吊送砂袋与拔管成桩。 套管直径的选用应根据砂井直径而定，不可太大，也不宜太小。在套套管直径的选用应根据砂井直径而定，不可太大，也不宜太小。在套 管上划出控制标高的刻划线。一般采用活瓣式桩尖固定在套管下端部。管上划出控制标高的刻划线。一般采用活瓣式桩尖固定在套管下端部。 套管打入前将活瓣桩尖与套管口封闭，用振动或静压法将套管压入设计套管打入前将活瓣桩尖与套管口封闭，用振动或静压法将套管压入

46、设计 深度。要确保定位正确、套管垂直、深度符合设计要求。深度。要确保定位正确、套管垂直、深度符合设计要求。 下砂袋时必须将整个砂袋吊起，从端部放入套管口，徐徐下放，要防止下砂袋时必须将整个砂袋吊起，从端部放入套管口，徐徐下放，要防止 砂袋扭结、断裂和砂袋磨损。砂袋扭结、断裂和砂袋磨损。 拔管时应先启动激振器，后提升套管，要连续缓慢地进行，中途不得放拔管时应先启动激振器，后提升套管，要连续缓慢地进行，中途不得放 松吊绳，防止因套管下坠损坏砂袋，若套管起拔时砂袋随套管上吊，可松吊绳，防止因套管下坠损坏砂袋，若套管起拔时砂袋随套管上吊，可 将套管下放至原位，在套管内加放少量水，帮助打开桩尖活瓣。当带

47、出将套管下放至原位，在套管内加放少量水，帮助打开桩尖活瓣。当带出 长度大于长度大于0.50.5米时应重新补打。米时应重新补打。 套管拔出后，砂袋应露出孔口不小于套管拔出后，砂袋应露出孔口不小于3030厘米，并将其埋入砂垫层中。厘米，并将其埋入砂垫层中。 4.4.注意事项注意事项( (三三) )塑料带排水法施工塑料带排水法施工 塑料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插入软土中作为竖向塑料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插入软土中作为竖向排水体，通过改善排水条件，促使地基软土再荷载作用下排水固结。排水体，通过改善排水条件，促使地基软土再荷载作用下排水固结。 1.1.施工机具施工机具 要求

48、：要求：具有较低的接地压力和较高的稳定性；具有较低的接地压力和较高的稳定性； 插带速度快，插带速度快，对地基扰动小；移位迅速，对位容易。对地基扰动小；移位迅速，对位容易。 2.2.导管靴和桩尖导管靴和桩尖 导管靴有：导管靴有：圆形和矩形圆形和矩形。桩尖因导管靴不同而选择不同桩尖。桩尖因导管靴不同而选择不同桩尖。 桩尖的作用：桩尖的作用：防止淤泥等进入管内，防止提管时将塑料排水带带出防止淤泥等进入管内，防止提管时将塑料排水带带出（回带）及锚定塑料带。（回带）及锚定塑料带。 混凝土桩靴（桩尖）混凝土桩靴（桩尖）3.3.施工工艺施工工艺整平地面整平地面摊铺下层砂垫摊铺下层砂垫层层机具就位机具就位塑料

49、排水板穿靴塑料排水板穿靴插入套管插入套管拔出套管拔出套管割板割板机具移位机具移位摊铺上层砂垫层摊铺上层砂垫层堆载预压堆载预压卸载回填卸载回填 可分三类：可分三类：利用建筑物自重加压；施加外部荷载利用建筑物自重加压；施加外部荷载（堆载预压法）；减小地基土的孔隙水（真空预压法）。（堆载预压法）；减小地基土的孔隙水（真空预压法）。n利用建筑物的自重利用建筑物的自重 在未经预压的天然软土地基上直接建造建筑物。如：路在未经预压的天然软土地基上直接建造建筑物。如：路堤、土坝、贮矿场、油罐、水池等。堤、土坝、贮矿场、油罐、水池等。n堆载预压堆载预压 施工时注意：堆载面积足够大；严格控制加荷速率；避施工时注意

50、：堆载面积足够大；严格控制加荷速率；避免对土的扰动和破坏。免对土的扰动和破坏。三、预压荷载的施工三、预压荷载的施工场地调查场地调查制定施工方案制定施工方案标定位置、平整场地标定位置、平整场地盲沟施工盲沟施工砂垫层施工砂垫层施工竖向排水体施工竖向排水体施工埋设观测仪器埋设观测仪器堆堆 载载观观 测测观测结束观测结束卸卸 荷荷检检 验验结结 束束( (二二) )堆载预压施工工艺堆载预压施工工艺底 层 砂 垫 层 铺 设塑 料 排 水 板 进 场插 塑 板 机 定 位安 装 插 销上 拔 桩 管 至 离 地 50cm下 插 桩 管 至 标 高移 机 至 下 一 桩 位回 填 桩 孔切 割 排 水 板

51、 (外 露 30cm)插 塑 板 机 进 场 试 插塑料排水板施工工艺流程塑料排水板施工工艺流程图图塑料排水板施工现场塑料排水板施工现场 真空管网铺设真空管网铺设 真空系统第一层土工布铺设真空系统第一层土工布铺设土工布铺设土工布铺设土工布缝接土工布缝接真空系统双层密封土工膜的铺设真空系统双层密封土工膜的铺设 真空系统土工膜的密封真空系统土工膜的密封 出膜连接与真空系统安装出膜连接与真空系统安装出膜连接出膜连接出膜管与真空泵连接出膜管与真空泵连接 试抽真空试抽真空施工竖向排水体施工竖向排水体埋设埋设观测仪器观测仪器安装调试安装调试真空泵真空泵挖密封沟挖密封沟铺设水平铺设水平排水滤管排水滤管铺设密

52、封膜铺设密封膜膜周边密封处理膜周边密封处理( (三三) )真空预压施工工艺真空预压施工工艺续一续一膜周边膜周边密封处理密封处理抽气抽气试运转试运转检查分检查分析析正式抽气正式抽气测读真空度测读真空度和沉降值和沉降值抽气结束抽气结束效果检验效果检验施工结束施工结束不满足要求不满足要求满足要求满足要求续二续二 1. 1.施工设备施工设备 包括：真空泵和一包括：真空泵和一套膜内、外管路。套膜内、外管路。 真空泵真空泵 2. 2.密封系统密封系统 由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。 密封膜：密封膜：一般铺一般铺3 3层。层。 密封要求：密封要求：一是膜与软土的接触有足够的长一是膜与软土的接触有足够的长度，以保证