第四章预压法(排水固结法第一二三节概述加固机理设计与计算.pptx

第四章第四章第四章第四章 预压法预压法预压法预压法(排水固结法排水固结法排水固结法排水固结法)1 1、预压、预压、预压、预压(排水固结排水固结排水固结排水固结)法的概念法的概念法的概念法的概念 利利利利用用用用排排排排水水水水固固固固结结结结原原原原理理理理，在在在在地地地地基基基基土土土土内内内内设设设设置置置置砂砂砂砂井井井井等等等等竖竖竖竖向向向向排排排排水水水水体体体体、铺铺铺铺设设设设水水水水平平平平排排排排水水水水垫垫垫垫层层层层，然然然然后后后后利利利利用用用用建建建建筑筑筑筑物物物物本本本本身身身身重重重重力力力力分分分分级级级级逐逐逐逐渐渐渐渐加加加加载载载载，或或或或在在在在建建建建筑筑筑筑物物物物建建建建造造造造前前前前在在在在场场场场地地地地先先先先行行行行加加加加载载载载预预预预压压压压，使使使使土土土土体体体体中中中中的的的的孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水排排排排出出出出，逐逐逐逐渐渐渐渐固固固固结结结结，地地地地基基基基发发发发生生生生沉沉沉沉降降降降，同同同同时时时时达达达达到到到到强强强强度度度度逐逐逐逐步步步步提提提提高高高高的的的的地地地地基基基基处理方法。处理方法。处理方法。处理方法。2 2、应用对象、应用对象、应用对象、应用对象 预预预预压压压压法法法法适适适适用用用用于于于于处处处处理理理理淤淤淤淤泥泥泥泥质质质质土土土土、淤淤淤淤泥泥泥泥和和和和冲冲冲冲填填填填土土土土等等等等饱饱饱饱和和和和粘粘粘粘性性性性土土土土地地地地基基基基。砂砂砂砂井井井井法法法法特特特特别别别别适适适适用用用用于于于于处处处处理理理理存存存存在在在在连连连连续续续续薄薄薄薄砂砂砂砂层层层层的的的的地地地地基基基基。真真真真空空空空预预预预压压压压法适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基。法适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基。法适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基。法适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基。第一节第一节第一节第一节 概概概概 述述述述33应用排水固结法的主要目的应用排水固结法的主要目的应用排水固结法的主要目的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：应用排水固结法的主要目的包括三个方面：减减减减少少少少建建建建筑筑筑筑地地地地基基基基沉沉沉沉降降降降，使使使使地地地地基基基基的的的的沉沉沉沉降降降降在在在在加加加加载载载载预预预预压压压压期期期期间间间间大大大大部部部部或或或或基基基基本本本本完完完完成成成成，使使使使建建建建筑筑筑筑物物物物在在在在使使使使用用用用期期期期间间间间不不不不致致致致产产产产生生生生过过过过大大大大的的的的沉沉沉沉降降降降和和和和沉降差；沉降差；沉降差；沉降差；通通通通过过过过排排排排水水水水固固固固结结结结，加加加加速速速速地地地地基基基基土土土土的的的的抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度的的的的增增增增长长长长，提提提提高高高高建筑地基强度及稳定性；建筑地基强度及稳定性；建筑地基强度及稳定性；建筑地基强度及稳定性；消消消消除除除除欠欠欠欠固固固固结结结结软软软软土土土土地地地地基基基基中中中中桩桩桩桩承承承承受受受受的的的的负负负负摩摩摩摩阻阻阻阻力力力力，并并并并可可可可消消消消除除除除竣工后地基的不均匀沉降等。竣工后地基的不均匀沉降等。竣工后地基的不均匀沉降等。竣工后地基的不均匀沉降等。排排排排水水水水固固固固结结结结加加加加压压压压系系系系统统统统：为为为为地地地地基基基基提提提提供供供供固固固固结结结结压压压压力力力力，使使使使地地地地基基基基产产产产生生生生附附附附加加加加压压压压力力力力而而而而发发发发生生生生排排排排水水水水固固固固结结结结(给给给给地地地地基基基基提提提提供供供供排排排排水水水水固固固固结结结结动力动力动力动力)排排排排水水水水系系系系统统统统：为为为为改改改改善善善善原原原原地地地地基基基基天天天天然然然然排排排排水水水水系系系系统统统统的的的的边边边边界界界界条条条条件件件件，增增增增加加加加孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水排排排排出出出出路路路路径径径径、缩缩缩缩短短短短排排排排水水水水距距距距离离离离(加加加加速地基土排水固结进程速地基土排水固结进程速地基土排水固结进程速地基土排水固结进程)竖竖竖竖向向向向排排排排水水水水体体体体(普普普普通通通通砂砂砂砂井井井井；袋袋袋袋装装装装砂砂砂砂井井井井；塑料排水板，其它排水方式塑料排水板，其它排水方式塑料排水板，其它排水方式塑料排水板，其它排水方式)水平排水体水平排水体水平排水体水平排水体砂垫层。砂垫层。砂垫层。砂垫层。加载法：加载法：加载法：加载法：(堆载预压法；超载预压法；堆载预压法；超载预压法；堆载预压法；超载预压法；堆载预压法；超载预压法；建筑物自重分级加载法建筑物自重分级加载法建筑物自重分级加载法建筑物自重分级加载法)真空预压法；真空预压法；真空预压法；真空预压法；降水预压法；降水预压法；降水预压法；降水预压法；电渗法；电渗法；电渗法；电渗法；联合法；联合法；联合法；联合法；关键是排水通道便关键是排水通道便关键是排水通道便关键是排水通道便于施工、透水性好于施工、透水性好于施工、透水性好于施工、透水性好关键是提高压力场关键是提高压力场关键是提高压力场关键是提高压力场梯度值梯度值梯度值梯度值排水固结法由排水系统与加压系统组成排水固结法由排水系统与加压系统组成排水固结法由排水系统与加压系统组成排水固结法由排水系统与加压系统组成44排水固结系统的组成排水固结系统的组成排水固结系统的组成排水固结系统的组成pp 加加加加压压压压系系系系统统统统是是是是地地地地基基基基实实实实现现现现排排排排水水水水固固固固结结结结的的的的基基基基本本本本保保保保证证证证，排排排排水水水水系系系系统统统统是是是是实实实实现地基内水体顺利排出的一种有效手段。现地基内水体顺利排出的一种有效手段。现地基内水体顺利排出的一种有效手段。现地基内水体顺利排出的一种有效手段。pp 二二二二者者者者关关关关系系系系：如如如如没没没没有有有有加加加加压压压压系系系系统统统统，孔孔孔孔隙隙隙隙中中中中的的的的水水水水没没没没有有有有压压压压力力力力差差差差就就就就不不不不会会会会自自自自然然然然排排排排出出出出，地地地地基基基基也也也也就就就就得得得得不不不不到到到到加加加加固固固固；如如如如果果果果只只只只增增增增加加加加固固固固结结结结压压压压力力力力，不不不不缩缩缩缩短短短短土土土土层层层层的的的的排排排排水水水水距距距距离离离离，则则则则不不不不能能能能在在在在预预预预压压压压期期期期间间间间尽尽尽尽快快快快地地地地完完完完成成成成设设设设计计计计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。5 5、排水系统与加压系统的关系、排水系统与加压系统的关系、排水系统与加压系统的关系、排水系统与加压系统的关系加压加压加压加压与与与与排水排水排水排水这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。6 6、各种预压法简介、各种预压法简介、各种预压法简介、各种预压法简介 荷载作用下，地基土层的固结过程实质上就是孔隙水压力不断消荷载作用下，地基土层的固结过程实质上就是孔隙水压力不断消散和有效应力不断增长的过程。散和有效应力不断增长的过程。排水和加压系统就是改变地基应力场中的总应力排水和加压系统就是改变地基应力场中的总应力和孔隙水压和孔隙水压力力u u来达到增大有效应力来达到增大有效应力、实现压缩土层的目的。、实现压缩土层的目的。其中其中其中其中1)1)1)1)堆载预压法。堆载预压法。堆载预压法。堆载预压法。是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力，使孔隙水压力使孔隙水压力使孔隙水压力使孔隙水压力u u u u消散来增加有效应力消散来增加有效应力消散来增加有效应力消散来增加有效应力；2)2)2)2)真空预压法。真空预压法。真空预压法。真空预压法。是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形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成气压差成气压差成气压差(总压力不变总压力不变总压力不变总压力不变,仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力)、减少孔隙水压、减少孔隙水压、减少孔隙水压、减少孔隙水压力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称为负压固结；为负压固结；为负压固结；为负压固结；3)3)3)3)降降降降水水水水预预预预压压压压法法法法、电电电电渗渗渗渗排排排排水水水水预预预预压压压压法法法法。是是是是在在在在总总总总应应应应力力力力不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，通通通通过过过过减减减减小小小小地地地地基基基基内内内内孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水压压压压力力力力来来来来增增增增加加加加有有有有效效效效应应应应力力力力的的的的方方方方法法法法。其其其其中中中中，降降降降水水水水预预预预压压压压也也也也是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。真真真真空空空空预预预预压压压压、降降降降水水水水预预预预压压压压和和和和电电电电渗渗渗渗排排排排水水水水预预预预压压压压方方方方法法法法由由由由于于于于不不不不增增增增加加加加剪剪剪剪应应应应力力力力，地地地地基基基基不不不不会会会会产产产产生生生生剪剪剪剪切切切切破破破破坏坏坏坏，适适适适用用用用于于于于很很很很软软软软弱弱弱弱的的的的黏黏黏黏土土土土地地地地基基基基的的的的排排排排水水水水固固固固结结结结处处处处理理理理，而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。4 4）电渗排水预压法。电渗排水预压法。电渗排水预压法。电渗排水预压法。是在土中插入金属电极、通以直流电是在土中插入金属电极、通以直流电是在土中插入金属电极、通以直流电是在土中插入金属电极、通以直流电,借助于电借助于电借助于电借助于电场作用使土中水从阳极流向阴极排走场作用使土中水从阳极流向阴极排走场作用使土中水从阳极流向阴极排走场作用使土中水从阳极流向阴极排走,且不让水在阳极附近补充，从且不让水在阳极附近补充，从且不让水在阳极附近补充，从且不让水在阳极附近补充，从而降低土中的含水量或地下水位而降低土中的含水量或地下水位而降低土中的含水量或地下水位而降低土中的含水量或地下水位,加速固结。加速固结。加速固结。加速固结。图图图图4-2-14-2-1排水固结法增大地基排水固结法增大地基排水固结法增大地基排水固结法增大地基土密度的原理土密度的原理土密度的原理土密度的原理 亦即大部分压缩变形亦即大部分压缩变形亦即大部分压缩变形亦即大部分压缩变形()在预压阶在预压阶在预压阶在预压阶段已经消除段已经消除段已经消除段已经消除(再压缩曲线再压缩曲线再压缩曲线再压缩曲线fgcfgc )。一、堆载预压加固机理一、堆载预压加固机理一、堆载预压加固机理一、堆载预压加固机理 c c点点点点卸卸卸卸压压压压 (卸卸卸卸荷荷荷荷曲曲曲曲线线线线cefcef)，孔孔孔孔隙隙隙隙比比比比增增增增大大大大值值值值,土体抗剪强度下降土体抗剪强度下降土体抗剪强度下降土体抗剪强度下降。由于由于由于由于1 1、预压力学变化过程、预压力学变化过程、预压力学变化过程、预压力学变化过程第二节：加固机理第二节：加固机理第二节：加固机理第二节：加固机理 土体经预压之后，压缩变形量得以提前土体经预压之后，压缩变形量得以提前土体经预压之后，压缩变形量得以提前土体经预压之后，压缩变形量得以提前完成完成完成完成 假假假假定定定定土土土土体体体体天天天天然然然然固固固固结结结结压压压压力力力力 0 0 对对对对应应应应的的的的孔孔孔孔隙隙隙隙比为比为比为比为e eo o(对应对应对应对应a a点点点点)。压压压压力力力力增增增增加加加加 ，孔孔孔孔隙隙隙隙比比比比减减减减小小小小e e，固固固固结结结结终终终终止止止止于于于于c c点点点点(压压压压缩缩缩缩曲曲曲曲线线线线abcabc)，对对对对应应应应抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度增增增增加加加加。如如果果对对地地基基施施加加的的荷荷载载大大于于建建(构构)筑筑荷荷载载，如如图图4-2-1中中的的d点点所所对对应应的的压压力力，则则会会进进一一步步增增大大地地层层的的固固结结程程度度，大大大大减减少少地地基基的的沉沉降降量量，该该方方法法称称为为超超载载预预压压排排水水固结法固结法。图图图图4-2-14-2-1排水固结法增大地基土密排水固结法增大地基土密排水固结法增大地基土密排水固结法增大地基土密度的原理度的原理度的原理度的原理 根根根根据据据据土土土土力力力力学学学学，地地地地基基基基内内内内某某某某点点点点总总总总应应应应力力力力、有有有有效效效效应应应应力力力力、及及及及孔孔孔孔隙隙隙隙水压力水压力水压力水压力u u 之间的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为:=-u u;固结度固结度U 可表示为：可表示为：加载的固结过程可表示为：加载的固结过程可表示为：；，固结完成。固结完成。显然，显然，U 随有效应力随有效应力的增加而增大并趋向于的增加而增大并趋向于1。2 2、加载的固结过程、加载的固结过程、加载的固结过程、加载的固结过程 根根根根据据据据固固固固结结结结理理理理论论论论，固固固固结结结结所所所所需需需需时时时时间间间间和和和和排排排排水水水水距距距距离离离离的的的的平平平平方方方方成成成成正正正正比比比比，土土土土层层层层越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。a a a a 竖向双面排水竖向双面排水竖向双面排水竖向双面排水 bb砂砂砂砂井地基排井地基排井地基排井地基排水水水水 图图图图4-2-24-2-2排水法的原理排水法的原理排水法的原理排水法的原理排排排排水水水水系系系系统统统统(竖竖竖竖向向向向、水水水水平平平平排排排排水水水水体体体体)作作作作用用用用:改改改改善善善善地地地地基基基基排排排排水水水水边边边边界界界界条条条条件件件件，增增增增强强强强土土土土层的排水固结效果。层的排水固结效果。层的排水固结效果。层的排水固结效果。3 3、固结所需时间、固结所需时间、固结所需时间、固结所需时间 为为为为加加加加快快快快土土土土层层层层的的的的固固固固结结结结速速速速度度度度，最最最最有有有有效效效效的的的的方方方方法法法法是是是是增增增增加加加加土土土土层层层层的的的的排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离。具具具具体体体体排排排排水水水水手手手手段段段段：设设设设置置置置竖竖竖竖向向向向排排排排水水水水体体体体(砂砂砂砂井井井井、塑塑塑塑料料料料排排排排水水水水板板板板(袋袋袋袋)+)+)+)+水平排水体水平排水体水平排水体水平排水体(砂垫层砂垫层砂垫层砂垫层)二、真空预压加固机理二、真空预压加固机理二、真空预压加固机理二、真空预压加固机理真真空空预预压压法法是是在在需需要要加加固固的的软软土土地地基基表表面面：先先铺铺设设砂砂垫层；垫层；当当抽抽真真空空时时，先先后后在在地地表表砂砂垫垫层层及及竖竖向向排排水水通通道道内内逐逐步步形形成成负负压压，使使土土体体内内部部与与排排水水通通道道、垫垫层层之之间间形形成成压压差差。在在此此压压差差作作用用下下，土土体体中中的的孔孔隙隙水水不不断断由由排排水水通通道道排排出出，从从而而使土体固结。使土体固结。然后埋设垂直排水管道；然后埋设垂直排水管道；再再用用不不透透气气的的封封闭闭膜膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中；使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中；通通过过砂砂垫垫层层内内埋埋设设的的吸吸水水管管道道，用用真真空空装装置置进进行行抽抽气气，使使其其形形成成真真空空，增增加加地基的有效应力，见地基的有效应力，见图图图图4-2-34-2-3。a真空预压过程示意图真空预压过程示意图;b增压的有效应力增压的有效应力图图图图4-2-34-2-3真空预压原理真空预压原理真空预压原理真空预压原理真空预压的原理主要反映在以下三个方面：真空预压的原理主要反映在以下三个方面：真空预压的原理主要反映在以下三个方面：真空预压的原理主要反映在以下三个方面：1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。2)地下水位降低，相应增加附加应力。地下水位降低，相应增加附加应力。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。真真空空预预压压是是将将覆覆盖盖于于地地面面密密封封膜膜下下的的地地基基通通过过抽抽气气泵泵抽抽为为真真空空状状态，使膜内外形成气压差。态，使膜内外形成气压差。地地基基达达到到完完全全真真空空时时，理理论论上上可可产产生生一一个个大大气气压压(100kPa)(100kPa)的的预预压压荷荷载载(实实际际只只能能达达到到85-90kPa)85-90kPa)，从从而而使使土土层层产产生生固固结结压压力力。即即在在总应力不变情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。总应力不变情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真真空空预预压压和和降降水水预预压压是是在在负负超超静静水水压压力力下下排排水水固固结结，故故称称为为负负压压固结。固结。二、预压加固机理总结二、预压加固机理总结二、预压加固机理总结二、预压加固机理总结形象比喻形象比喻形象比喻形象比喻：u堆堆载载预预压压是是一一种种“推推车车”排排水水法法，直直接接通通过过增增加加外外荷荷载载对对地地基基施施压压，达达到到提提高高空空隙隙水水压压力力的的目目的的，进进而而对对水水体体实实施施“强行挤出强行挤出”；u真真空空预预压压是是一一种种“拉拉车车”排排水水法法，即即通通过过人人为为降降低低“出出水水口口”的的压压力力，使使得得地地基基中中的的水水体体获获得得高高水水头头差差，并并实实现现水体的排出；水体的排出；u两两者者都都是是形形成成相相对对强强的的水水力力梯梯度度场场，从从而而达达到到“驱驱水水”的目的。的目的。第三节第三节第三节第三节 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 一、设计的关键一、设计的关键一、设计的关键一、设计的关键仅仅仅仅设设设设置置置置排排排排水水水水系系系系统统统统，无无无无加加加加压压压压系系系系统统统统，孔孔孔孔隙隙隙隙中中中中的的的的水水水水就就就就没没没没有有有有压压压压力力力力差差差差，水水水水难难难难以以以以排排排排出，出，出，出，地基无法得到加固；地基无法得到加固；地基无法得到加固；地基无法得到加固；只只只只增增增增加加加加固固固固结结结结压压压压力力力力，土土土土层层层层的的的的排排排排水水水水距距距距离离离离不不不不缩缩缩缩短短短短，不不不不能能能能在在在在预预预预压压压压期期期期间间间间完完完完成成成成设设设设计计计计要求的沉降量，要求的沉降量，要求的沉降量，要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。排排排排水水水水固固固固结结结结法法法法设设设设计计计计的的的的关关关关键键键键：合合合合理理理理布布布布置置置置排排排排水水水水系系系系统统统统和和和和加加加加压压压压系系系系统统统统两两两两者者者者之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系，使使使使地地地地基基基基在在在在受受受受压压压压过过过过程程程程中中中中顺顺顺顺利利利利实实实实现现现现排排排排水水水水固固固固结结结结，并并并并增增增增加加加加一一一一部部部部分分分分强强强强度度度度，以以以以满满满满足足足足逐逐逐逐渐渐渐渐加加加加荷荷荷荷条条条条件件件件下下下下地地地地基基基基的的的的稳稳稳稳定定定定性性性性，并并并并加加加加速速速速地地地地基基基基的的的的沉沉沉沉降降降降，最最最最终终终终实实实实现现现现满满满满足足足足建建建建筑筑筑筑物物物物对沉降的要求。对沉降的要求。对沉降的要求。对沉降的要求。排水系统是一种手段：排水系统是一种手段：排水系统是一种手段：排水系统是一种手段：目标：目标：目标：目标：加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；施工过程施工过程施工过程施工过程安全安全安全安全完完完完善善善善设设设设计计计计预预预预备备备备工工工工作作作作由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距预压荷载的设计预压荷载的设计预压荷载的设计预压荷载的设计预压荷载的分级，固预压荷载的分级，固预压荷载的分级，固预压荷载的分级，固结度及强度增大计算结度及强度增大计算结度及强度增大计算结度及强度增大计算预压荷载引起的预压荷载引起的预压荷载引起的预压荷载引起的沉降量计算沉降量计算沉降量计算沉降量计算承载力或稳定性分析承载力或稳定性分析承载力或稳定性分析承载力或稳定性分析验算剩余沉降与沉降差验算剩余沉降与沉降差验算剩余沉降与沉降差验算剩余沉降与沉降差验算工期验算工期验算工期验算工期初初初初步步步步设设设设计计计计竖向固结与强度增长计算竖向固结与强度增长计算竖向固结与强度增长计算竖向固结与强度增长计算满足满足满足满足不满足不满足不满足不满足承载力或稳定性核算承载力或稳定性核算承载力或稳定性核算承载力或稳定性核算沉降核算沉降核算沉降核算沉降核算确定砂井布置与加荷方案确定砂井布置与加荷方案确定砂井布置与加荷方案确定砂井布置与加荷方案不不不不满满满满足足足足设计完成交付施工设计完成交付施工设计完成交付施工设计完成交付施工图图图图4-3-14-3-1具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框二二二二 堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算堆堆载载物物：填填土土、砂砂石石等等散散粒粒材材料料。油油罐罐地地基基：实实施施对对地地基基的的预预压压；堤堤坝：坝：以其本身重量有控制地分级加载，直至设计标高。以其本身重量有控制地分级加载，直至设计标高。超超载载预预压压：为为了了加加速速压压缩缩过过程程，可可采采用用比比建建(构构)筑筑物物重重量量大大的的荷荷载载进进行预压。行预压。堆载预压法的设计内容主要包括：堆载预压法的设计内容主要包括：1)1)选选择择砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带(板板)，确确定定其其断断面面尺尺寸寸、间间距距、排排列列方式和深度。方式和深度。2)2)排水砂垫层材料和厚度。排水砂垫层材料和厚度。3)3)确确定定预预压压区区范范围围、预预压压荷荷载载大大小小、荷荷载载分分级级、加加载载速速率率和和预预压时间。压时间。4)4)计算地基土的固结度、强度增长、稳定性和变形等计算地基土的固结度、强度增长、稳定性和变形等 。1 1 1 1砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带(板板板板)尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间距、排列方式和深度1)1)1)1)排水竖井的设置排水竖井的设置排水竖井的设置排水竖井的设置 对对深深厚厚软软粘粘土土地地基基，应应设设置置塑塑料料排排水水带带或或砂砂井井等等排排水水竖竖井井；当当软软土土层层较较薄薄或或含含有有较较多多粉粉砂砂类类层层，且且固固结结速速率率能能满满足足工工期期要要求求时时，可可不不设设置置排排水水竖竖井井。砂砂井井直直径径和和间间距距，主主要要取取决决于于黏黏性性土土层层的的固固结结特特性性和和施施工工期期限限的的要要求求。研研究究表表明明，即即使使砂砂井井直直径径很很小小，如如只只有有3cm3cm的的理理想想井井(不不计计涂涂抹抹作作用用和和砂砂井井阻阻力力作作用用)，对对加加速速固固结结也也是是极极其其有有效效的的。所所以以，原则上砂井以采用原则上砂井以采用“细而密细而密”的方案较好。的方案较好。砂井地基的固结度：砂井地基的固结度：包括包括竖向排水固结度竖向排水固结度与与向内径向排水固结度，向内径向排水固结度，影影响响排排水水固固结结的的因因素素：砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带(板板)尺尺寸寸、间间距距、排排列列方方式和深度式和深度分三类排水井分三类排水井(带带):):1)1)普通砂井取普通砂井取300300500mm;500mm;2)2)袋装砂井取袋装砂井取7070120mm;120mm;3)3)塑料排水带的当量核算直径塑料排水带的当量核算直径(dp)=b排水带宽度排水带宽度(mm)(mm)；d d 排水带厚度排水带厚度(mm)(mm)。(4-3-1)2)2)2)2)排水井的直径确定排水井的直径确定排水井的直径确定排水井的直径确定3)3)3)3)排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置 正三角形布置正三角形布置正三角形布置正三角形布置正方形布置正方形布置正方形布置正方形布置图图图图4-3-24-3-2竖井排列形式竖井排列形式竖井排列形式竖井排列形式等边三角形排列：等边三角形排列：正方形排列：正方形排列：可可采采用用等等边边三三角角形形式式或或正正式式方方形形排排列列(图图图图4-3-24-3-2)。其其有有效效排排水水直直径径 de与井间距与井间距l之关系为：之关系为：4)4)4)4)井间距井间距井间距井间距 l 的确定的确定的确定的确定 l可可根根据据地地基基土土的的固固结结特特性性和和预预定定时时间间内内所所要要求求达达到到的的固固结结度度确确定定。间间距距l可可按按井井径径比比n 选选用用(n=de/dw，de:有有效效排排水水直直径径;dw:竖竖井井直直径径，塑料排水带取塑料排水带取dw=dp,亦即取竖井直径亦即取竖井直径dw为为当量核算直径当量核算直径dp).对普通砂井的间距可按对普通砂井的间距可按n=68选用，其余两类按选用，其余两类按n=1522选用。选用。5)5)5)5)排水井深度排水井深度排水井深度排水井深度 依依据据建建筑筑物物对对地地基基的的稳稳定定性性、变变形形要要求求和和工工期期确确定定。对对以以抗抗滑滑稳定性控制的工程，井深至少应超过最危险滑动面稳定性控制的工程，井深至少应超过最危险滑动面2.0m；对对以以变变形形控控制制的的建建筑筑，井井深深应应根根据据在在限限定定的的预预压压时时间间内内需需完完成成的变形量确定。竖井宜穿过受压土层。的变形量确定。竖井宜穿过受压土层。2 2排水砂垫层材料和厚度排水砂垫层材料和厚度排水砂垫层材料和厚度排水砂垫层材料和厚度 在在在在竖竖竖竖井井井井顶顶顶顶面面面面应应应应铺铺铺铺设设设设排排排排水水水水砂砂砂砂垫垫垫垫层层层层，以以连连通通砂砂井井、塑塑料料排排水水带带等竖向排水体，引出从土层排入竖向排水体的渗流水。等竖向排水体，引出从土层排入竖向排水体的渗流水。建建建建筑筑筑筑地地地地基基基基处处处处理理理理技技技技术术术术规规规规范范范范(JGJ(JGJ(JGJ(JGJ 797979792002)2002)2002)2002)规规规规定定定定，砂砂垫垫层层厚厚度度应应小小于于500mm500mm，砂砂垫垫层层砂砂料料宜宜用用中中粗粗砂砂，黏黏粒粒含含量量3%3%，砂砂料料中中可可混混有有少少量量粒粒径径小小于于50mm50mm的的砾砾石石。砂砂垫垫层层的的干干密密度度应应大大于于1.5g1.5gcmcm3 3，其渗透系数宜大于，其渗透系数宜大于110110-2-2cm/scm/s。在在预预压压区区边边缘缘应应设设置置排排水水沟沟，预预压压区区内内宜宜设设置置与与砂砂垫垫层层相相连的排水盲沟。连的排水盲沟。3 3预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。当该剪应当该剪应力大于软土地基的抗剪强度时，地基将剪切破坏。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。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。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。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。超载大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。基。超载大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。基。超载大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。基。超载大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。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，如下地基稳定性和沉降量，如下地基稳定性和沉降量，如下地基稳定性和沉降量，如图图图图4-3-34-3-3所示。所示。所示。所示。图图图图4-3-3 4-3-3 4-3-3 4-3-3 堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程确定最后加荷计划确定最后加荷计划确定最后加荷计划确定最后加荷计划确定天然地基不排水抗剪强度确定天然地基不排水抗剪强度确定天然地基不排水抗剪强度确定天然地基不排水抗剪强度C Cu u及砂井等设计参数及砂井等设计参数及砂井等设计参数及砂井等设计参数第第第第i i级加荷荷载计算级加荷荷载计算级加荷荷载计算级加荷荷载计算P Pi i=5.52=5.52C Cuiui1 1K KP Pi i作用下地基固结后强度值计算作用下地基固结后强度值计算作用下地基固结后强度值计算作用下地基固结后强度值计算 Cu=(C Cuiui-1-1+C+C ui ui)两级荷载间隔时间计算两级荷载间隔时间计算两级荷载间隔时间计算两级荷载间隔时间计算T Ti i-T Ti-i-1 1)每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求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建筑地基最终沉降量、在预压工期内沉降量及剩余沉建筑地基最终沉降量、在预压工期内沉降量及剩余沉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，是否满足设计要求降量的计算，是否满足设计要求降量的计算，是否满足设计要求降量的计算，是否满足设计要求是否超出设计荷载是否超出设计荷载否否否否否否否否是是是是是是是是否否否否是是是是采用超采用超采用超采用超载预压载预压载预压载预压2)计计算算第第一一级级荷荷载载P1作作用用下下地地基基强强度度的的增增长长值值。地地基基在在P1预预压压下下，经过一段时间强度逐渐提高，地基强度为经过一段时间强度逐渐提高，地基强度为C Cu u1=(C Cu u+C+C u u1 1 )式中：式中：C u1为为P1作用下地基固结增长的强度；作用下地基固结增长的强度；为强度折减系数。为强度折减系数。1)利用地基的天然抗剪强度利用地基的天然抗剪强度Cu 计算第一级容许施加的荷载计算第一级容许施加的荷载P1。对。对长条梯形填土，可根据长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即公式估算，即P1=5.52=5.52C Cu uK K。式中：式中：C Cu u天然地基不排水抗剪强度天然地基不排水抗剪强度(由无侧限、三轴不排水剪试由无侧限、三轴不排水剪试验或原位十字板剪切试验测定验或原位十字板剪切试验测定)；K安全系数安全系数(建议采用建议采用1.11.5)。具体步骤具体步骤:3)计计算算P1作作用用下下达达到到所所定定固固结结度度(一一般般为为70)所所需需要要的的时时间间，即即两两级级荷荷载载(Pi、Pi+1)间间隔隔，目目的的在在于于确确定定第第一一级级荷荷载载停停歇歇的的时时间间，或或第第二二级级荷荷载载开开始始施施加加的的时时间间。地地基基在在Pi作作用用下下达达到到某某一一固固结结度度所所需需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。要的时间可根据固结度与时间的关系求得。4)根根据据第第2步步骤骤得得到到的的地地基基强强度度Cu1,计计算算第第二二级级所所能能施施加加的的荷荷载载P2，即，即P2=5.52Cu1K在此基础上，计算在此基础上，计算P2作用下地基固结后的强度值：作用下地基固结后的强度值：Cu2=(Cu1+C u2)，以以及及P2的的作作用用时时间间(固固结结度度为为70)。依依次次按按上上述述步步骤骤计计算算出出各各级级加荷荷载加荷荷载Pi和加荷时间，直至超出设计荷载。和加荷时间，直至超出设计荷载。5)上上述述加加荷荷计计划划确确定定后后，对对每每一一级级荷荷载载下下地地基基的的稳稳定定性性进进行行验验算算。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。6)计计算算预预压压荷荷载载下下地地基基的的最最终终沉沉降降量量、预预压压期期间间的的沉沉降降量量和和剩剩余余沉沉降降量量，以以确确定定预预压压荷荷载载卸卸除除的的时时间间。如如果果预预压压工工期期内内，地地基基沉沉降降量不满足设计要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。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。加载速率根据地基土强度确定。加载速率根据地基土强度确定。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当天然地基土强度满足预压荷载当天然地基土强度满足预压荷载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；下地基的稳定性要求时可一次性加载；下地基的稳定性要求时可一次性加载；下地基的稳定性要求时可一次性加载；否则，否则，否则，否则，应分级逐渐加载，待应分级逐渐加载，待应分级逐渐加载，待应分级