預壓法——教學PPT課件

1、1授課內(nèi)容及安排授課內(nèi)容及安排q 第六節(jié) 預壓法（排水固結法） 一、概述 二、堆載預壓法 三、真空預壓法 四、低位真空預壓法 五、土地資源生態(tài)再生技術 1、問題的提出2、常規(guī)預壓法與土地資源再生3、低位真空預壓法與土地資源再生第1頁/共66頁2 1、預壓法的加固原理 2、預壓法的適用條件 3、預壓法的分類 4、預壓系統(tǒng)的組成及各部分的功用預壓法預壓法概述概述 第2頁/共66頁3 1、加固原理： 對天然地基，或先在地基中設置砂井、塑料排水板等豎向排水設施， 然后利用建筑物本身重量分級加載，或在建筑物建造之前，在場地先行加載預壓， 使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發(fā)生沉降，同時強度逐步提高的方

2、法。預壓法預壓法概述概述 第3頁/共66頁4 加固作用： （1）沉降問題：使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不至于產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。 （2）穩(wěn)定問題：加速地基土抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。預壓法預壓法概述概述 第4頁/共66頁52、適用條件： 總的來講，預壓法適用于： 在持續(xù)荷載下土的體積會發(fā)生很大壓縮變形且抗剪強度會持續(xù)增長的土類的地基處理，如：淤泥、淤泥質(zhì)土、新吹填的飽和軟土。預壓法預壓法概述概述 第5頁/共66頁6q3、預壓法的分類： （1）按預壓荷載的大小來分： 預壓荷載使用荷載超載預壓法 （2）按預壓荷載種類來分： 堆載預壓法：荷載

3、為堆載 真空預壓法：荷載為真空負壓 降水預壓法預壓法預壓法概述概述 第6頁/共66頁7 真空預壓法：荷載為真空負壓傳統(tǒng)真空預壓法：水平濾網(wǎng)設在軟土之上的砂層中間低位真空預壓法：水平濾網(wǎng)設在軟土之下 預壓法預壓法概述概述 第7頁/共66頁8q 4、組成及各部分的作用及適用范圍： （1）組成 排水系統(tǒng): 豎向排水井：普通/袋裝砂井、塑料排水板水平排水層：砂墊層、水平濾管網(wǎng) 加壓系統(tǒng)：堆載、真空預壓、降低地下水位等預壓法預壓法概述概述 第8頁/共66頁9 （2）各部分的作用： 排水系統(tǒng)：改變地基原有的排水邊界條件，縮短排水路徑，加速軟土固結; 加壓系統(tǒng)：對地基施加預壓或真空負壓，使地基土中的大部分孔

4、隙水在預壓荷載作用下排出，土顆粒被壓縮，地基土得以固結。預壓法預壓法概述概述 第9頁/共66頁10 1、適用條件 2、堆載預壓法設計（1）豎向排水體設計（2）確定加載的數(shù)量、范圍、速率和預壓時間（3）計算地基的固結度、強度增長、抗滑穩(wěn)定和變形（4）工法的質(zhì)量控制預壓法預壓法堆載預壓法堆載預壓法 第10頁/共66頁11除了預壓法的總的適用條件外，還有：（1）要有價格便宜的堆載；（2）要有足夠長的預壓時間。預壓法預壓法堆載預壓法堆載預壓法適用條適用條件件 第11頁/共66頁12 選擇豎向排水體 確定豎向排水體的設計參數(shù)：（a）直徑（b）間距s（c）深度L堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體

5、設計 第12頁/共66頁13 選擇砂井或塑料排水袋等豎向排水體; 若軟土層厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，預計固結速率能滿足工期要求，可不設置豎向排水體; 對于深厚的軟粘土地基，為了加速軟土地基的固結過程，提高預壓效果，一般常在地基內(nèi)設置豎向排水體。堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體設計 第13頁/共66頁14 普通砂井直徑取300500mm； 袋裝砂井直徑取70100mm； 塑料排水板的當量換算直徑堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體設計 )(2bDP復合型塑料排水帶4芯板濾布100第14頁/共66頁15間距s：間距根據(jù)地基土的固結特性和預定時間內(nèi)所要求達到的固結度確定。

6、通常按井徑比n=de/dw確定：普通砂井的間距s按n=68采用，常用24m；袋裝砂井的間距s按n=1520采用，一般為12m；塑 料 排 水 帶 的 間 距 s 按 n = 1 5 2 0 采 用 ， 實 際 工 程 中 ， 常 取 在1.01.5m之間。堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體設計第15頁/共66頁16 de為一根砂井的有效排水圓柱體的直徑; 砂井的平面布置可采用等邊三角形或正方形排列; 等邊三角形布置：de=1.05s 正方形布置：de=1.13s堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體設計第16頁/共66頁17q 深度L： 根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求及軟

7、土層深度確定: 軟土層不厚：L可由軟土層厚度決定而貫穿軟土； 軟土層較厚：L應根據(jù)結構對變形和穩(wěn)定的要求決定； 軟土層很厚（20m）：由于此時的徑向平均固結效應已很小，故穿越軟土的意義不大，可采用超載預壓解決。堆載預壓法堆載預壓法豎向排水體設計豎向排水體設計第17頁/共66頁18 堆載的大小： 按照結構對變形的要求，工程上一般采用： 對變形要求不高的工程，采用等載預壓，與建筑物基底壓力大小相同，堆載高度 堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載 1hqhs21hhqhs對變形要求較高的工程、地基為欠固結土，采用超載預壓，堆載高度第18頁/共66頁19 堆載范圍 不應小于建筑物基礎邊緣所包圍的范圍；

8、 加載速率 應與地基土增長的強度相適應，對加載的各階段應進行抗滑穩(wěn)定分析； 制定分級預壓計劃。堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載 第19頁/共66頁20q 分級預壓計劃的制定的步驟：首先根據(jù)場地的野外十字板剪切試驗資料，經(jīng) 統(tǒng) 計 ， 得 出 S v 沿 深 度 的 變 化 規(guī) 律 ：Sv=A+BZSv=A+BZ得到后，根據(jù)計算或參考鄰近場地同類地基現(xiàn)場監(jiān)測資料，確定最不利局部失穩(wěn)的位置（如：此位置在基底以下深度為h處）；計算第一級堆載的大小、速率及時間；計算第一級加載結束時地基的平均固結度；估算第二級荷載及其它各級荷載；繪制出pt加荷計劃圖。堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載第20頁/共

9、66頁21第一級加載確定后，估算第一級加載速率：對軟粘土，第一級加載速率不宜太快，宜控制在 取h/2深度處的土的抗剪強度作為估算施加第一級荷載p1的初始抗剪強度Cu0，若為長條形荷載（如壩、堤、路基荷載）堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載daykPaq/321KCupp01152. 5sph11111/qpT第一級筑堤高度：第一級荷載的施工時間：第21頁/共66頁22 計算第一級加載結束時地基的平均固結度 ：堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載_11_UppU對總平均固結度的要求：（a）一般情況要求(70%75%);（b）對變形要求高的工程，應達到80%90%。第22頁/共66頁23 估算第

10、二級荷載 ： 第一級加載結束，間歇一段時間后到施加第二級荷載前，此時地基土的抗剪強度將增加到Cu1：堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載)(11_101kUpCuCuKCup1252. 5122pppiiippp1經(jīng)第二級加載后總的預壓荷載第二級加載為以此類推sin1cossin1k第23頁/共66頁24 根據(jù) 和每級加載時間Ti及加載后的間歇時間，即可繪制出pt加荷計劃圖。堆載預壓法堆載預壓法確定堆載確定堆載iqPPTt第24頁/共66頁25 固結度：在某一固結應力下，經(jīng)某一時間t后，土體發(fā)生固結或孔隙水應力消散的程度，任一深度z處經(jīng)過時間t后的固結度為：堆載預壓法堆載預壓法固結度計算固結度

11、計算0001uuuuuUZSSUt_對單向固結，土層的平均固結度： 第25頁/共66頁26 荷載一次到位時的固結度計算： 當?shù)鼗辜魪姸容^高而堆載較小時，堆載預壓荷載可一次到位，否則要分級加載；豎向平均固結度：堆載預壓法堆載預壓法固結度計算固結度計算24, 3 , 122_,18122HtcTemUVVTmmmVV42_281VTVeUnhFTreU8_1)1)(1 (1_rVUUU徑向平均固結度 ：總的平均固結度 ：第26頁/共66頁27 分級加載時的固結度計算： 在實際工程中，荷載往往是分級施加的，任意t時刻的固結度按JGJ79-91的P12的公式計算： 堆載預壓法堆載預壓法固結度計算固結

12、度計算)()(111_iiTTtiiniiteeeTTpqU第27頁/共66頁28 對于預壓荷載下的最終沉降量，先按單向壓縮分層總和法計算：堆載預壓法堆載預壓法沉降計算沉降計算niiiiiCheeeS10101ctttSUppS) 1(_CSS然后考慮其它影響因素，得 t時刻地基的沉降量 第28頁/共66頁29 設有塑料排水板的地基，由于有良好的排水條件，故在做穩(wěn)定分析時，還應考慮在預壓荷載作用下土體產(chǎn)生固結引起土的強度增長的影響： 堆載預壓法堆載預壓法地基穩(wěn)定分析地基穩(wěn)定分析CBiIIiBAiIIiIiCBCuiIIiiCumCuiBAIIiuiIiihWWWtgWlCtgUWtgWCulK

13、sinsin)(cos)()coscos(_第29頁/共66頁30堆載預壓法堆載預壓法地基穩(wěn)定分析地基穩(wěn)定分析CBiIIiBAiIIiIiCBCuiIIiiCumCuiBAIIiuiIiihWWWtgWlCtgUWtgWCulKsinsin)(cos)()coscos(_biliII堆載I地基ABCWIIiWIi第30頁/共66頁31 實際工程中，應通過現(xiàn)場原位測試來保證工法的質(zhì)量?，F(xiàn)場觀測主要包括：沉降觀測；邊樁位移測定；孔隙水壓力控制；有條件的工程，還需做現(xiàn)場靜力觸探和十字板剪切試驗；卸載時間確定。堆載預壓法堆載預壓法工法的質(zhì)量控制工法的質(zhì)量控制第31頁/共66頁32 1、基本原理 2、主

14、要優(yōu)點（和堆載預壓法相比） 3、適用條件 4、施工工序 5、沉降計算預壓法預壓法真空預壓法真空預壓法 第32頁/共66頁33 在軟土上鋪設一層0.40.5m中粗砂透水層； 打設砂井或塑料排水板，在砂墊層內(nèi)應鋪設排水濾管網(wǎng)； 再在其上覆蓋23層真空膜； 最后借助真空泵（射流泵）抽氣，因而在膜內(nèi)形成大氣壓差； 由于砂墊層和豎向排水系統(tǒng)與地基土界面存在這一壓差，土中的孔隙水發(fā)生向豎井的滲流，使孔隙水壓力不斷降低，有效應力不斷提高而使土體逐漸固結。真空預壓法真空預壓法基本原理基本原理 第33頁/共66頁34 （1）本工法的真空負壓的施加，不會導致土體中剪應力的增加，故不會發(fā)生土體失穩(wěn)破壞，為此預壓荷載

15、不須分級，可一次到位； （2）對真空預壓而言，土體越軟，抽取的真空度越高，土層的收縮變形越大； （3）本工法是內(nèi)擠的收縮變形，故不會發(fā)生因側(cè)向擠出而引起的豎向附加沉降； （4）本工法加固的土體的孔隙壓密程度較高，在相同情況下，真空預壓的壓密效果比堆載預壓法好； （5）本工法的工期短。真空預壓法真空預壓法主要優(yōu)點主要優(yōu)點第34頁/共66頁35真空預壓法真空預壓法主要優(yōu)點主要優(yōu)點堆堆 載載 預預 壓壓真真 空空 預預 壓壓(1)根據(jù)有效應力原理，由于堆載，地基總根據(jù)有效應力原理，由于堆載，地基總應力增加，堆載所引起的超靜孔隙水壓力應力增加，堆載所引起的超靜孔隙水壓力逐漸消散而使有效應力增加；逐漸消

16、散而使有效應力增加；(1)根據(jù)有效應力原理，在地基總應根據(jù)有效應力原理，在地基總應力不變條件下，由于抽真空而引起力不變條件下，由于抽真空而引起的負孔隙水壓力逐漸消散而使有效的負孔隙水壓力逐漸消散而使有效應力增加；應力增加；(2)堆載預壓過程中，一方面土體強度在提堆載預壓過程中，一方面土體強度在提高，另一方面隨堆載增加剪應力也在增大，高，另一方面隨堆載增加剪應力也在增大，當剪應力達到土的抗剪強度時，土體即發(fā)當剪應力達到土的抗剪強度時，土體即發(fā)生剪切破壞生剪切破壞(2)預壓過程中，有效應力增量是各預壓過程中，有效應力增量是各向相同的，剪應力不增加，不會引向相同的，剪應力不增加，不會引起土體的剪切破

17、壞；起土體的剪切破壞；(3)由于第由于第(2)點的原因，堆載過程中需嚴格點的原因，堆載過程中需嚴格控制加載速率；控制加載速率；(3)不必控制加載速率，可一次連續(xù)不必控制加載速率，可一次連續(xù)抽真空至最大真空度，因而可縮短抽真空至最大真空度，因而可縮短預壓時間；預壓時間；(4)預壓過程中，預壓區(qū)周圍土產(chǎn)生向外的預壓過程中，預壓區(qū)周圍土產(chǎn)生向外的側(cè)向變形；側(cè)向變形；(4)預壓過程中，預壓區(qū)周圍土產(chǎn)生預壓過程中，預壓區(qū)周圍土產(chǎn)生指向預壓區(qū)的側(cè)向變形；指向預壓區(qū)的側(cè)向變形；(5)非等向應力增量下土體固結而獲得強度非等向應力增量下土體固結而獲得強度增長；增長；(5)等向應力增量下土體固結而獲得等向應力增量

18、下土體固結而獲得強度增長；強度增長；（6）可施加較大的預壓荷載。）可施加較大的預壓荷載。(6)目前能達到的最大真空壓力在目前能達到的最大真空壓力在90kPa左右。左右。第35頁/共66頁36 本工法適用于均質(zhì)粘性土和含不連通薄粉砂夾層的軟粘土地基，尤其適用于新吹填的超軟土地基； 本工法有效加固深度10m（砂井）或更大些（塑料板）； 若場地無堆載可用或堆料價格太高、工程對工期有要求時，可用本工法。 真空預壓法真空預壓法適用條件適用條件第36頁/共66頁37真空預壓法真空預壓法施工工序施工工序支管主管出膜口第37頁/共66頁38 真空預壓法的施工順序： （1） 鋪砂墊層20cm，插塑料排水板； （

19、2）鋪設濾水管網(wǎng)（主管、支管）； （3）在濾管上再鋪20cm砂墊層； （4）鋪23層真空膜，注意：真空膜四周要做好錨固閉氣，膜搭接寬度15mm； （5）將主管和膜外真空設備連接，一切正常即可開始抽真空。真空預壓法真空預壓法施工工序施工工序第38頁/共66頁39真空預壓法真空預壓法沉降計算沉降計算niiiiiSheeeS101019 . 06 . 0S當真空預壓的等代預壓荷載和堆載預壓相同時，真空預壓的變形小，但加固土體的密實度大；當兩者的豎向變形相同時，前者作用于土體的等效壓力大于后者，土體的抗剪強度明顯大于后者。第39頁/共66頁40 1 1、工法定義 2 2、本工法和傳統(tǒng)的真空預壓法的區(qū)別

20、 3 3、工法的應用范圍 4 4、低位真空預壓法的系統(tǒng)組成 5 5、加固原理預壓法預壓法低位真空預壓法低位真空預壓法 第40頁/共66頁41 低位真空預壓是因水平向排水系統(tǒng)（濾管網(wǎng)）設在軟土層以下而得名。低位真空預壓法低位真空預壓法定義定義 支管干管集水井0.81.2m集水井低位真空預壓法支管主管出膜口真空預壓法第41頁/共66頁42 （1）泥代膜：工法用清淤泥漿（廢物）自身的閉氣功能代替昂貴的土工膜； （2）管代砂：為防止因砂墊層井阻大，真空負壓損耗大，使膜下真空負壓不均勻的缺點，本工法省去砂墊層而用密間距水平支管代之（即一管一帶法）作為水平向排水系統(tǒng)； （3）新型真空系統(tǒng)； （4）泥漿上插

21、板機。低位真空預壓法低位真空預壓法主要創(chuàng)新點主要創(chuàng)新點第42頁/共66頁43（1）本工法真空預壓層設在軟土地基和新吹填泥漿層之間，在加固軟土的同時完成了上部吹填泥漿層的固結；（2）本工法利用吹填泥漿自身封閉功能，省去了密封真空膜造價降低，漏氣損失減小；（3）由于采用吹填泥漿做閉氣，使等代預壓荷載達90105kPa，同時本工法等代預壓荷載持續(xù)時間遠比真空預壓長，這對下部軟土的固結是有利的。加固效果可達：管下泥漿或軟土fs= 80kpa（經(jīng)90120天加固）泥封層fs= 5060kpa低位真空預壓法低位真空預壓法與傳統(tǒng)真空預壓法的區(qū)別與傳統(tǒng)真空預壓法的區(qū)別第43頁/共66頁44 缺土區(qū)造土； 用清

22、淤泥漿對高速公路、濱海大道的快速加固及填高； 用河（湖）泥漿筑堤（或路堤結合體）； （軟土地基上）新開河道的立邦處理； 大面積用海泥漿造陸工程； 海（湖）中的人工島； 泥漿的二次利用：如陶粒、地磚、綠化土等。低位真空預壓法低位真空預壓法應用范圍應用范圍第44頁/共66頁45低位真空預壓法低位真空預壓法系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成支管干管集水井0.81.2m集水井第45頁/共66頁46q （1）排水系統(tǒng)： 作用：改變地基原有的排水邊界，縮短排水路徑，加速土體固結。 組成：（a）水平向排水系統(tǒng)： 干管： 200PVC雙壁波紋管 支管： 60PVC雙波紋盲管（b）豎直向排水系統(tǒng)：理論上可以用砂井、塑料排水板，但

23、常用塑料排水板而不用砂井？低位真空預壓法低位真空預壓法系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 第46頁/共66頁47（2）密封系統(tǒng)： 作用：和真空預壓法中的真空膜相同； 組成：在水平排水系統(tǒng)上一般根據(jù)地域不同，在其上吹一層0.81.2m的泥漿層。低位真空預壓法低位真空預壓法系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成第47頁/共66頁48（3）真空加壓系統(tǒng)： 作用：產(chǎn)生真空負壓，使土體中孔隙水在強大的負壓吸力下通過豎向排水系統(tǒng)、水平向排水系統(tǒng)排入集水井中； 組成：真空系統(tǒng)+集水井（井中有潛水泵） 注意：*真空預壓施工時，當5天以上實測沉降速率2mm/day時，可停止抽氣。低位真空預壓法低位真空預壓法系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成第48頁/共66頁49 （1

24、）水平向排水系統(tǒng)以下部分，包括吹填泥漿和被處理的地基軟土： 在真空負壓引起的吸力和泥封層引起的附加荷載的共同作用下，土中大部分孔隙水經(jīng)過豎向排水系統(tǒng)、水平向排水系統(tǒng)、集水井排出，土體壓實且固結。 低位真空預壓法低位真空預壓法加固原理加固原理 第49頁/共66頁50 （2）上部吹填泥封層的加固原理 （a）底部約1/3范圍（2540cm）： 真空預壓過程中，真空吸力逐漸自泥封層底部向中部傳遞，使底部泥封層中的大部分孔隙水在真空吸力下經(jīng)水平濾管網(wǎng)排出，土中孔隙水壓力逐漸消散，使泥封層土的有效應力增大，土體發(fā)生收縮固結；低位真空預壓法低位真空預壓法加固原理加固原理第50頁/共66頁51 （b）表面約1

25、/3厚度部分（約0.30.4m）： 首先從表面開始，自上而下由于蒸發(fā)、失水、體積收縮（下層土體阻止其收縮、產(chǎn)生拉應力）、龜裂，開裂后蒸發(fā)面增大使土體深層失水、收縮達到固結的目的。 （c）中間的約1/3厚度部分：其加固原理二者兼而有之。低位真空預壓法低位真空預壓法加固原理加固原理第51頁/共66頁52 能否將已被破壞的土地資源得到高效、低價、無二次污染的生態(tài)再生？ 生態(tài)再生的原始原理： 河（湖、海）清淤泥漿 通過提供排水通道 、加載 達到排水固結的目的，變成可以利用的土地資源。 土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術問題的提出問題的提出 第52頁/共66頁53q （1）堆載預壓法 優(yōu)點：工法簡

26、單；來源簡單；成本不高。 缺點：要有大量的價格便宜的堆載，這勢必要大量開山、挖地占用農(nóng)田；由于本工法中軟土的固結很慢，要使含水量很高的淤泥（漿）達到合理土方需要的時間很長；無造土功能，也不能利用清淤泥漿進行土地資源再生。土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術預壓法和土地資源再生預壓法和土地資源再生 第53頁/共66頁54q （2）降水預壓法 優(yōu)點：不需要堆載； 缺點：雖然不需要大量堆載，但大量降水對周圍結構和環(huán)境會造成不利影響；無造土功能，也不能利用清淤泥漿進行土地資源再生。土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術預壓法和土地資源再生預壓法和土地資源再生 第54頁/共66頁55q（3）傳統(tǒng)的

27、真空預壓法：優(yōu)點： 不需要堆載，它利用真空負壓產(chǎn)生的吸力加載；對周圍環(huán)境（由于側(cè)向變形小）影響??；工期短。缺點： 采用23層真空膜作為閉氣； 在工程中需要4060cm左右的中粗砂墊層作為水平向排水系統(tǒng)； 效率低：采用射流泵作為真空系統(tǒng)，它效率低、耗電量大。 本工法只適用于陸上對軟基進行處理，無造土功能，也不能利用清淤泥漿進行土地資源再生。土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術預壓法和土地資源再生預壓法和土地資源再生 第55頁/共66頁56 （1）低位真空預壓法施工根據(jù)不同的設計要求，施工方法略有不同： 造土、建筑原料土、綠化土、陸域工程用作綠化場地的區(qū)域等； 場地標高低，筑堤高度遠大于1m，

28、但不必進行地基處理； 場地較低，填高較大，同時填高后場地所建的構筑物的基底壓力80kpa但結構對變形要求高。土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術低位預壓法和土地資源再生低位預壓法和土地資源再生 第56頁/共66頁57 （2）本工法的幾種特殊工藝： 為使泥封層的fs達到7080kpa，泥封層需采用特殊工藝； 軟基上高堤（土壩）一次到位工藝； 深水海堤一次到位工藝。土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術低位預壓法和土地資源再生低位預壓法和土地資源再生 第57頁/共66頁58 施工方法： 筑圍堰（一般高1m） 在平整后的地面上鋪設水平濾管網(wǎng) 吹0.81.2m泥封層 抽真空（6090天）結束土地資源生態(tài)再生技術土地資源生態(tài)再生技術低位預壓法和土地資源再生低位預壓法和土地資源再生 第58頁/共66頁59 施工方法：土