地基处理3-预压法课件.ppt

1、概述概述1预压法加固机理预压法加固机理2预压法的设计与计算预压法的设计与计算3预压法施工预压法施工4施工质量监测与检测施工质量监测与检测5 预压法（排水固结法）：预压法（排水固结法）：指直接在天然地基或在设置有指直接在天然地基或在设置有袋袋装砂井、塑料排水带等竖向排水体装砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。度的一种软

2、土地基加固方法。3.13.1概述概述p 预压法预压法 加压系统加压系统: :通过预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出，进而使土体固结； 排水系统排水系统: :则通过改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度 预压法由预压法由加压系统加压系统和和排水系统排水系统两部分组成两部分组成。共共70页页 第第13页页 软土软土含水率高含水率高强度低强度低压缩性高压缩性高压缩变形大压缩变形大排水预压法排水预压法含水率降低含水率降低强度提高强度提高压缩性降低压缩性降低压缩变形减小压缩变形减小

3、排水预压法处理软土的效果排水预压法处理软土的效果适用适用:饱和的、渗透性低的、软土埋藏较深的软弱粘性土地基加固饱和的、渗透性低的、软土埋藏较深的软弱粘性土地基加固应用范围应用范围：广泛用于路基填筑工程，工业和民用建筑以及机场跑道工程广泛用于路基填筑工程，工业和民用建筑以及机场跑道工程图图1 排水固结系统排水固结系统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：饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括：饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括：n 土体孔隙中自由水逐渐排出；土体孔隙中自由水逐渐排出；n土体孔隙体积逐渐减小；土体

4、孔隙体积逐渐减小；n由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。力。 饱和土体固结作用是排水、压缩和压力转移同时进行的一饱和土体固结作用是排水、压缩和压力转移同时进行的一个过程。个过程。 p饱和土体渗流固结过程饱和土体渗流固结过程3.2 3.2 预压法加固机理预压法加固机理 up渗流固结力学模型渗流固结力学模型0tzu0 t0uzut0uz 饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力的逐渐消散孔隙水压力的逐渐消散和有效应力相应增长有效应力相应增长的过程 0U 1uuU 1U 01U固结度固结度U U 可表示可表示 堆载预压是指先在地基中设

5、置堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水砂井、塑料排水带等竖向带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。3.2.1 3.2.1 堆载预压加固机理堆载预压加固机理 铺设排水用砂垫层ee,ee )(ee2vvTtHC 如果对地基施加的荷载如果对地基施加的荷载大于建大于建(构构)筑荷载筑荷载，如图，如图4-2-1中的中的d点

6、所对应的压力，点所对应的压力，则会进一步增大地层的固则会进一步增大地层的固结程度，大大减少地基的结程度，大大减少地基的沉降量，该方法称为沉降量，该方法称为超载超载预压排水固结法预压排水固结法。 真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排水用砂垫层和水用砂垫层和抽气管线抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜使膜使其与大气隔绝其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地

7、基的有效应力，以利于土体排水固结。力，以利于土体排水固结。3.2.2 3.2.2 真空预压加固机理真空预压加固机理 适用性：适用性： 真空预压真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围内有足够补给水对于在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。 工作机理：工作机理： 抽气后，薄膜内外形成一个压差，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同时抽气后，薄膜内外形成一个压差，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同时真空

8、度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。从而使土体孔隙中的气和水由土体向力降低，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渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出。垂直排水通道渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出。 32增加的有效应力真空泵封闭膜砂垫层粘土真空度应力1 1z砂井1总应力线2原来水压线3降低后的水压线o真空预压和堆载预压法的对比真空预压和堆载预压法的对比 真空预压真空预压堆载预压堆载预压土中土中应力应力总应力不变，随着相

9、对超静孔隙水总应力不变，随着相对超静孔隙水压力的消散而使有效应力增加压力的消散而使有效应力增加总应力增加，随着超静孔隙水总应力增加，随着超静孔隙水压力的消散而使有效应力增加。压力的消散而使有效应力增加。剪切剪切破坏破坏抽真空的过程中，剪应力不增加，抽真空的过程中，剪应力不增加，不会引起土体剪切破坏不会引起土体剪切破坏加载过程中，剪应力增加，可加载过程中，剪应力增加，可能引起土体剪切破坏能引起土体剪切破坏加载加载速率速率不必控制加载速率不必控制加载速率需要控制加载速率需要控制加载速率固结固结速度速度与土的渗透系数、竖向排水体以及与土的渗透系数、竖向排水体以及边界排水条件有关边界排水条件有关与土的

10、渗透系数、竖向排水体与土的渗透系数、竖向排水体以及边界排水条件有关以及边界排水条件有关地下地下水位水位降低地下水位，地下水位的降低将降低地下水位，地下水位的降低将使相关土层产生排水固结使相关土层产生排水固结地下水位不变地下水位不变优点：优点： 具有不需大量堆载材料，不需分级加压，可以在很软的地具有不需大量堆载材料，不需分级加压，可以在很软的地基上使用以及工期较短等优点基上使用以及工期较短等优点；缺点：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周边效果相对较差，同时由于真空抽水最大高

11、度为10m10m，淤泥层，淤泥层厚度厚度8m8m时预压效果较好，但厚度时预压效果较好，但厚度8m8m时则有所减弱，厚度越大时则有所减弱，厚度越大则越明显，当淤泥中存在砂层时四周需增设密封墙。则越明显，当淤泥中存在砂层时四周需增设密封墙。 降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。效自重应力，从而达到预压的目的。抽水前水位线抽水前水位线抽水后水位降落线抽水后水位降落线滤水管滤水管抽水井管抽水井管图图3-5 3-5 降水预压原理降水预压原理3.2.3 3.2.3 降水预压加固机理降水预压加固机理适用范围：

12、适用范围： 降水预压法与真空预压一样，降水预压法与真空预压一样，不会使土体发生破坏，不会使土体发生破坏，因而不需控制加荷因而不需控制加荷速率，速率，可一次性降水至预定深度。可一次性降水至预定深度。 降水预压法最适用于降水预压法最适用于地下水位较高的砂或砂质土地下水位较高的砂或砂质土，或在软土中存在砂或，或在软土中存在砂或砂质土的情况。对于深厚的软粘土层，为加速固结，往往设置砂井并采用井砂质土的情况。对于深厚的软粘土层，为加速固结，往往设置砂井并采用井点法降低地下水位。点法降低地下水位。饱和土体中孔隙水压力和附加应力的计算 AH1H2hsat地下水下降 21HHA点)(21hHhH )(21hH

13、hH下h)(下 电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结。充水源的情况下，引起土层的压缩固结。 3.2.4 3.2.4 电渗预压加固机理电渗预压加固机理 AB水力坡降线3.3 3.3 预压法的设计与计算预压法的设计与计算 预压法的设计，实质上是根据预压法的设计，实质上是根据上部结构荷载的大小、地上部结构荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排加压系统与排水系统基土的性质及工期要求合理安排加

14、压系统与排水系统p堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算 其设计内容主要包括：其设计内容主要包括： a. a. 选择塑料排水带或砂井，确定其选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、间距、排列方式断面尺寸、间距、排列方式和深度和深度； b. b. 确定预压区范围确定预压区范围、预压荷载的大小、荷载分级、加载速率和预压荷载的大小、荷载分级、加载速率和预压时间预压时间； c. c. 计算地基土的计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。 （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、袋装砂井和塑料排水带普通砂井、袋装砂井和塑料排水带，若

15、竖向排水体深度超过20m，建议采用袋装砂井和塑料排水带袋装砂井和塑料排水带。 （2 2）竖向排水体平面布置竖向排水体平面布置 a.a.竖向排水体直径和间距竖向排水体直径和间距 主要根据土的固结性质和施工期限的要求确定。u排水体的截面尺寸取决于能否及时排水，直径过小，施工困难；u直径过大，并不能明显增加固结速率。u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，即井径和井间距的关系是“细而密细而密”比比“粗而稀粗而稀”好好。 1 1、竖向排水体设计竖向排水体设计u普通普通砂井直径砂井直径为为300-500mm300-500mm，u袋装砂井直径为袋装砂井直径为70-120mm70-12

16、0mm。u塑料排水带的当量换算直径：塑料排水带的当量换算直径：)(2pbd 竖向排水体的竖向排水体的间距间距l通常按井径比通常按井径比n确定，一般普通砂井的间确定，一般普通砂井的间距可按距可按n=6-8选用，塑料排水带或袋状砂井的间距可按选用，塑料排水带或袋状砂井的间距可按n=15-22选用。选用。b 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) b.b.竖向排水体直径和间距竖向排水体直径和间距u竖向排水体在平面上可布置成正三角形或正方形，其相竖向排水体在平面上可布置成正三角形或正方形，其相应的有效排水范围分别为正六边形和正方形。应的有效排水范围分别为正

17、六边形和正方形。u为简化计算将其有效排水范围均简化为等效圆，则竖井为简化计算将其有效排水范围均简化为等效圆，则竖井的有效排水直径和竖井的有效排水直径和竖井间距间距l的的关系为：关系为： 等边三角形排列时等边三角形排列时: : 正方形排列时正方形排列时 : : lld05. 132elld13. 14e 3. 3. 竖向排水体深度和布置范围竖向排水体深度和布置范围 竖向排水体深度主要根据竖向排水体深度主要根据土层的分布土层的分布、地基中附加应力的地基中附加应力的大小大小、建筑物对地基的稳定性、变形要求建筑物对地基的稳定性、变形要求及及工期工期来确定，来确定，一般一般为为10-25m10-25m。

18、 1) 1) 软土层不厚、底部有透水层时，竖向排水体应尽可能软土层不厚、底部有透水层时，竖向排水体应尽可能穿透软土层。穿透软土层。 2) 2) 当深厚的高压缩土层间有砂层或砂透镜体时，竖向排当深厚的高压缩土层间有砂层或砂透镜体时，竖向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竖向排水体与砂层相连，以免影响真空效果。避免竖向排水体与砂层相连，以免影响真空效果。 3) 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定(一般为0.1-0.2)。 4）对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水体深

19、度通过稳定性分析来确定，且至少应超过最危险滑动面且至少应超过最危险滑动面2m。 5) 对以变形控制的工程，竖向排水体深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量来确定。竖向排水体宜穿透受压土层。 竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约2-4m。2 2 地表砂垫层设计地表砂垫层设计 在竖向排水体顶部应铺设排水砂垫层，以保证地基固结在竖向排水体顶部应铺设排水砂垫层，以保证地基固结过程排出的水能够顺利地通过砂垫层迅速排出，使受压土层过程排出的水能够顺利地通过砂垫层迅速排

20、出，使受压土层的固结能够正常进行，以利于提高地基处理效果，缩短固结的固结能够正常进行，以利于提高地基处理效果，缩短固结时间。时间。 铺设排水用砂垫层 a. a. 垫层材料垫层材料 垫层材料宜采用透水性良好的中粗砂。砂垫层的干密度应大于垫层材料宜采用透水性良好的中粗砂。砂垫层的干密度应大于1.5g/cm1.5g/cm3 3，其渗透系数宜大于，其渗透系数宜大于1 11010-2-2cm/scm/s。 b. b. 垫层厚度垫层厚度u应满足地基对应满足地基对其排水能力其排水能力的要求；的要求；u当地基表面承载力很低时，砂垫层还应具备当地基表面承载力很低时，砂垫层还应具备持力层持力层的功能，以承的功能，

21、以承担施工机械荷载。担施工机械荷载。u陆上施工时，砂垫层厚度不应小于陆上施工时，砂垫层厚度不应小于0.5m0.5m；u水下施工时，水下施工时，一般为一般为1m1m。u砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物底宽。并伸出竖向排水体砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物底宽。并伸出竖向排水体外边线外边线2 2倍竖向排水体直径倍竖向排水体直径。在砂料贫乏地区，可采用连通竖向排。在砂料贫乏地区，可采用连通竖向排水体的纵、横砂沟代替整片砂垫层。水体的纵、横砂沟代替整片砂垫层。3. 3. 预压荷载确定预压荷载确定 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

22、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。Cu是否超出设计荷载是否超出设计荷载2) 计算第一级荷载计算第一级荷载P1作用下地基强度的增长值。地基在作用下地基强度的增长值。地基在P1预压下，经过预压下，经过一段时间强度逐渐提高，地基强度为一段时间强度逐渐提高，地基强度为 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。对长条梯。对长条梯形填土，可根据形填土，可根据F

23、ellenius公式估算，即公式估算，即 P1 式中：式中：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、三轴不排水剪试验或由无侧限、三轴不排水剪试验或原位十字板剪切试验测定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)。a. 制订加荷计划制订加荷计划 3) 计算计算P1 作用下达到所定固结度作用下达到所定固结度(一般为一般为70)所需要的时间，即两级荷所需要的时间，即两级荷载载(Pi、Pi+1)间隔，目的在于确定第一级荷载停歇的时间，或第二级荷载间隔，目的在于确定第一级荷载停歇的时间，或第二级荷载开始施加的时间。地基在开始施加的时间。地基在Pi 作用

24、下达到某一固结度所需要的时间可根据作用下达到某一固结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。固结度与时间的关系求得。 4) 根据第根据第2步骤得到的地基强度步骤得到的地基强度Cu1, 计算第二级所能施加的荷载计算第二级所能施加的荷载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 ) 以及以及P2的作用时间的作用时间(固结度为固结度为70)。依次按上述步骤计算出各级加荷荷。依次按上述步骤计算出各级加荷荷载载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

25、述加荷计划确定后，对每一级荷载下地基的稳定性进行验算。当上述加荷计划确定后，对每一级荷载下地基的稳定性进行验算。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。6) 计算预压荷载下地基的最终沉降量、预压期间的沉降量和剩余沉降量，计算预压荷载下地基的最终沉降量、预压期间的沉降量和剩余沉降量，以确定预压荷载卸除的时间。如果预压工期内，地基沉降量不满足设计以确定预压荷载卸除的时间。如果预压工期内，地基沉降量不满足设计要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。 b. b. 地基固结度计算地基固结度计算 1) 1) 瞬时加荷

26、条件下的固结度计算瞬时加荷条件下的固结度计算固结理论假定：固结理论假定： 每个砂井的有效影响范围为一圆柱体，每个砂井的有效影响范围为一圆柱体，且不考虑施工过程中所引起的且不考虑施工过程中所引起的井阻和涂抹井阻和涂抹作用；作用； 荷载为大面积连续均布荷载，地基中荷载为大面积连续均布荷载，地基中附附加应力分布不随深度变化加应力分布不随深度变化； 一次性瞬时施加荷载，加荷开始时，外一次性瞬时施加荷载，加荷开始时，外荷载荷载全部由孔隙水压力全部由孔隙水压力承担，固结过程就承担，固结过程就是孔隙水排出的过程；是孔隙水排出的过程； 地基土体仅发生竖向变形，土体的压缩地基土体仅发生竖向变形，土体的压缩系数和

27、渗透系数为常数。系数和渗透系数为常数。固结微分方程为固结微分方程为： rurruCzuCtu122h22v用分离变量法求解，可分解为用分离变量法求解，可分解为: :2z2vzzuCtururruCtur2r2hr1图3-7 地基固结度计算模型排水面排水面无水流流过此界线 2HHzeder),(rzAwd竖向排水平均固结度竖向排水平均固结度Uzv422,3, 122z181TmmmemU当当Uz 30%时时，可采用下式计算，可采用下式计算v422z81TeU2vvHtCT 根据不同边界条件绘制的UzTv关系曲线。计算竖向固结度时，先求得时间因素Tv，再根据边界条件查图即可求得Uz。时间因素 Tv

28、Uz（%）9080706050403020100.80.70.60.50.30.200.10.40.9时间因素 Tv0.10.20.30.40.50.60.7Uz=0.80.050.100.150.250.400.650.200.350.300.450.500.550.60012345 678910固结土层底面压力固结土层顶面压力双面排水条件压缩应力分布不同时压缩应力分布不同时ab工程背景工程背景H H小，小，p p面积大面积大自重应力自重应力 附加应力附加应力底面接近底面接近零零自重应自重应力力附加应附加应力力和情况和情况1 1类类似似底面不接近底面不接近零零计算公式计算公式应力分布应力分布

29、 情况情况A A 情况情况B B 情况情况1 1 情况情况2 2 情况情况2 2不透水不透水透水透水 a a b b=1 =0 = =1 =0 = 1 1 （1 1）单面排水时的固结度计算）单面排水时的固结度计算42(2)(2)双面排水时平均固结度的计算双面排水时平均固结度的计算F无论哪种情况，均按情况无论哪种情况，均按情况A A计算计算F压缩土层深度压缩土层深度H H取取1/21/2值值2vvCTtH应力分布应力分布 基本情况基本情况A A透水透水透水透水2H2H)4exp(8122vATU 431tsctccttssU vT2HtCTvvttTUsvtt( )tvUf T【例【例 3-1】

30、厚度】厚度H=10m粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，在均布粘土层，上覆透水层，下卧不透水层，在均布荷载荷载p的作用下其压缩应力为：地表处的作用下其压缩应力为：地表处p0=240kPa，10m处处p10=80kPa，。粘土层的初始孔隙比，。粘土层的初始孔隙比e1=0.8，sat=20kN/m3，压缩系，压缩系数数a=0.00025kPa-1，渗透系数，渗透系数k=0.02m/a。试求：。试求：在自重条件下固结度达在自重条件下固结度达Uz=0.7时所需要的历时时所需要的历时t；在均布荷载在均布荷载p作用下作用下Uz=0.7时所需要的历时时所需要的历时t；若将此粘土层下部改为透水层，则若将此粘土层

31、下部改为透水层，则Uz=0.7时所需历时时所需历时t。p240kPa80kPa不透水层粘土层10m透水层n1.在自重条件下在自重条件下 21(1)7.2/vwkecma年径向排水平均固结度径向排水平均固结度UrFTeUh8r1tdCT2ehh2222413)ln(1nnnnnF80%0.040.072.00.050.20.090.020.0190%70%50%60%40%30%20%10%Ur=95%5048382624463028224034322018423636161412104860.40.60.81.0时间因素 Th井径比n0.03 考虑考虑涂抹和井阻涂抹和井阻影响时，竖向排水体地基

32、可按下式计算影响时，竖向排水体地基可按下式计算径向径向排排水平均固结度水平均固结度UrtFdCeU2eh8r1rsnFFFF43)ln(nnF15n)ln(1shsskkFwh22r4qkLF涂抹效应：涂抹效应：地基设置砂井地基设置砂井时，施工操作将不可避免时，施工操作将不可避免地扰动井壁周围的土体，地扰动井壁周围的土体，使其渗透性降低；使其渗透性降低；井阻效应井阻效应: : 砂井中的材料砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，对水的垂直渗流有阻力，使砂井内不同深度的孔压使砂井内不同深度的孔压不全等于大气压。不全等于大气压。 这两种效应都会造成这两种效应都会造成地基地固结速率减慢地基地固结速率减慢.

33、 .涂抹涂抹井阻井阻总平均固结度总平均固结度 Urz )1)(1 (1zrrzUUU根据卡里罗（根据卡里罗（CarrilloCarrillo）理论证明）理论证明 Urz30%时的总平均固结度时的总平均固结度: tHCFdCtFdCtHCeeeU)48(28242rz2v22eh2eh2v2818812v22eh48HCFdCteU2rz81)1 (8ln1rz2Ut 当竖向排水体间距较密、软土层很厚或径向固结系数远大当竖向排水体间距较密、软土层很厚或径向固结系数远大于竖向固结系数，于竖向固结系数，竖向平均固结度的影响很小竖向平均固结度的影响很小，常可忽略不计，常可忽略不计，可只考虑径向固结度作

34、为整个竖向排水体有效影响范围内的总可只考虑径向固结度作为整个竖向排水体有效影响范围内的总平均固结度。平均固结度。rzUt )1 (8ln1rz2UtteU2rz81tUrz 竖向排水体往往并未穿透整个竖向排水体往往并未穿透整个受压土层。在这种情况下，固结度受压土层。在这种情况下，固结度的计算可分为两部分：的计算可分为两部分：竖向排水体竖向排水体范 围 内 地 基 的 平 均 固 结 度 按 式范 围 内 地 基 的 平 均 固 结 度 按 式（3.263.26）计算）计算；竖向排水体以下部竖向排水体以下部分的受压土层按竖向固结度按式分的受压土层按竖向固结度按式（3.153.15）计算）计算:

35、: zrz)1 (UQQUU211HHHQ图3-11 竖向排水体未穿透整 个受压土层的情况受压土层下限1H2H特殊情况：特殊情况：例例3-1 3-1 有一厚度有一厚度15m15m的饱和软粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在的饱和软粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径d dw w=350mm=350mm，砂井间距，砂井间距L=2mL=2m，以正，以正三角形布置，经测定土层的竖向固结系数三角形布置，经测定土层的竖向固结系数C Cv v=4.5m=4.5m2 2/ /年，径向固结系数年，径向固结系数C Ch h=4.5m=4

36、.5m2 2/ /年，试求加载预压年，试求加载预压3 3个月的平均固结度。个月的平均固结度。【解答【解答】mLde1.205.102.05.725.05.422HtCTvv竖向固结度。竖向固结度。由由Tv0.02，1查图得到查图得到Uz=0.17635.01.2weddn26.025.01.25.422tdCTehh径向固结度。径向固结度。由由Th0.26，n6查图得到查图得到Ur=0.84竖向时间因数：竖向时间因数：有效排水直径：有效排水直径：井径比：井径比：径向时间因数：径向时间因数：例例3-1 3-1 有一厚度有一厚度15m15m的饱和软粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在的饱和软

37、粘土层，其下卧层为透水性良好的砂层，砂井在软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径软土层中贯穿至下部砂层，砂井直径d dw w=350mm=350mm，砂井间距，砂井间距L=2mL=2m，以正，以正三角形布置，经测定土层的竖向固结系数三角形布置，经测定土层的竖向固结系数C Cv v=4.5m=4.5m2 2/ /年，径向固结系数年，径向固结系数C Ch h=4.5m=4.5m2 2/ /年，试求加载预压年，试求加载预压3 3个月的平均固结度。个月的平均固结度。mLde1.205.1635.01.2weddn1.146136)6ln(166413)ln(122222222nnnnnF7.620.2522

38、881187.9%trzUee有效排水直径：有效排水直径：井径比：井径比： 平均固结度：平均固结度：62. 75 . 745 . 41 . 21 . 15 . 48482222v22ehHCFdC%7.86)17.01)(84.01(1)1)(1(1zrrzUUU平均固结度：平均固结度： 2) 2) 分级加荷条件下的固结度计算分级加荷条件下的固结度计算 为保证堆载预压过程中地基的稳定性，其预压荷载多为分级为保证堆载预压过程中地基的稳定性，其预压荷载多为分级逐渐施加。但以上固结度的计算都是假设荷载是一次瞬间加足逐渐施加。但以上固结度的计算都是假设荷载是一次瞬间加足的，因此，必须对求得的固结时间关

39、系和沉降时间关系加以修的，因此，必须对求得的固结时间关系和沉降时间关系加以修正。修正的方法有正。修正的方法有改进的太沙基法改进的太沙基法和和改进的高木俊介法改进的高木俊介法。l改进的太沙基法改进的太沙基法对于分级加荷的情况，改进的太沙基法假定：对于分级加荷的情况，改进的太沙基法假定： 每一级荷载增量每一级荷载增量p pi i 所引起的固结过程是单独进行的，与上所引起的固结过程是单独进行的，与上一级荷载所引起的固结度无关；一级荷载所引起的固结度无关； 总固结度等于各级荷载增量作用下固结度的叠加；总固结度等于各级荷载增量作用下固结度的叠加； 每一级荷载增量每一级荷载增量 在等速加荷经过时间在等速加

40、荷经过时间t t的固结度的固结度与在与在t t/2/2时瞬间加荷的固结度相同，即计算固结的时间为时瞬间加荷的固结度相同，即计算固结的时间为t t/2/2； 在加荷停止后，在恒载作用期间的固结度，即时间在加荷停止后，在恒载作用期间的固结度，即时间 （ 为第为第i i级荷载增量加载结束时的时间）的固结度和在级荷载增量加载结束时的时间）的固结度和在 瞬时加荷瞬时加荷 经过时间（经过时间（ ）的固结度相同；）的固结度相同； 所求得的固结度仅是对本级荷载增量而言的，对总荷载还所求得的固结度仅是对本级荷载增量而言的，对总荷载还要按荷载的比例进行修正。要按荷载的比例进行修正。ipiTtiT2iiTTip2i

41、iTTtpttp1T11TtT01T当 ( )时2)2trz(2)21trz(tppUppUUTp1时间t瞬时加荷固结度Up2p2荷载p二级等速加荷二级等速加荷与瞬时加荷的固结过程1Tpt1T2T1ptp ptt1p1T1T21TtT11pp21)21rz(t21)211rz(ttppUppUUTTT当 时22TtT112121tTtrz(t)rz()22221Ttrz(t)rz()2222 TTTppUUUppppUUpp 1T1T2Tpt2T1p2p2Tt112212212trz(t)rz(t)222212rz(t)rz(t)2222 TTTTTTTppUUUppppUUpp 对多级荷载，

42、对多级荷载，t t时刻修正后的平均固结度（时刻修正后的平均固结度（% %），可依次类），可依次类推。并归纳如下式：推。并归纳如下式：niniiiiTiTppUU11)2rz(tt 例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载（可视为瞬时加载，下同）量为（可视为瞬时加载，下同）量为30kPa,预压预压20天后第二次再加载天后第二次再加载30kPa,再预压再预压20天后第三次再加载天后第三次再加载60kPa，问到问到12

43、0天时，固结天时，固结度接近多少？度接近多少？如第一次加载如第一次加载80天时观测的沉降量为天时观测的沉降量为120cm，则，则120天时沉降接近多少？天时沉降接近多少？95.912 .89120604 .9312030961203080310021201120UPPUPPUPPU解：解： 例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件例：某软粘土地基采用排水固结法处理，根据设计，瞬时加载条件下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载下不同时间的平均固结度见下表。加载计划如下：第一次加载（可视为瞬时加载，下同）量为（可视为瞬时加载，下同）量为30kPa,预压预压20天后

44、第二次再加载天后第二次再加载30kPa,再预压再预压20天后第三次再加载天后第三次再加载60kPa，问到问到120天时，固结天时，固结度接近多少？度接近多少？如第一次加载如第一次加载80天时观测的沉降量为天时观测的沉降量为120cm，则，则120天时沉降接近多少？天时沉降接近多少？解：解：125.786 .70120601 .82120302 .891203040360280180UPPUPPUPPU8080120120SUSUcmSUUS25.141120125.7895.918080120120l改进的高木俊介法改进的高木俊介法(规范推荐采用的方法) )()(11tiTiTtiininii

45、ieeeTTpqU 不需要求得瞬时加荷条件下地基的固结度，而是直接求得修正后的平均固结度 c. c. 地基土强度增长估算地基土强度增长估算 1) 有效应力法(曾国熙 )(1tf0ftukU或 )(1tf0ftkU2) 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012） cuztf0fttanU式中：式中： 地基土天然抗剪强度地基土天然抗剪强度(kPa); ：预压荷载引起的该点的附加竖向应力(kPa); Ut：该点土的固结度；该点土的固结度； ：三轴固结：三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角不排水压缩试验求得的土的内摩擦角( (o o) ) ofzcud d 地基抗滑稳定性验算地基抗滑稳定性验算

46、图3-14 堆载预压地基抗滑稳定性分析示意图 在加荷预压过程中，每级荷载下地基的稳定性也必须进行验算以保证工程安全、经济、合理，以达到预期的加固效果。CBiIIiBAiIIiIiCBCuiIIiiCumCuiBAIIiuiIiihWWWtgWlCtgUWtgWCulKsinsin)(cos)coscos(_CBiIIiBAiiIIIiTWWWRTTRMsinsin)()(CBCuiIIiiCumRBCCuiBAIIiuiIiiRABRBCRABRtgWlCRMtgUWtgWCulRMMMMcos)()coscos(_滑动力矩为：滑动力矩为：抗滑力矩由地基部分抗滑力矩与填土部分抗滑力矩构成，为：

47、抗滑力矩由地基部分抗滑力矩与填土部分抗滑力矩构成，为：地基抗滑稳定安全系数地基抗滑稳定安全系数Kh： 从上式可以看出，地基抗滑稳定安全系数K与堆载重量WII和地基固结度U有关。如不考虑地基的固结，即式中 根据设定的K值可反求得WII，即为利用天然地基强度所能快速填筑的最大荷载。第一级加荷结束后，根据地基固结度，考虑地基强度提高项 便可得出第二级填土的重量，依次类推，即可求得以后每一级填土的重量直至达到设计标高。0tancoscuIIiiUWcuIItancosiiUWe e 地基沉降计算地基沉降计算 预压荷载作用下地基的最终沉降量由机理不同的三部分沉预压荷载作用下地基的最终沉降量由机理不同的三

48、部分沉降组成，其表达式为：降组成，其表达式为：scdssssEpbCs2dd1niiiiiheees1010c1niiittCehs100slg1 按照按照建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012JGJ79-2012）规定，预压荷载下地）规定，预压荷载下地 基的最终沉降量可按下式计算基的最终沉降量可按下式计算：niiiiiheees1010s1 【例】 某工程地处沿海，地表以下16m为饱和软土层，其下下卧层为透水性良好卧层为透水性良好的砂砾石层。采用堆载预压法加固地基，为加快排水固结，在软土层中打设竖向排水砂井至砂砾石层，砂井直径砂井直径dw=350mm，砂井间距间距l=

49、2.5m，呈正三角形呈正三角形布置。相关勘察资料如下： 竖向竖向固结系数固结系数Cv=4.8m2/a，水平向固结系数Ch=9.15m2/a，不排水抗剪强度cu=7kPa，三轴有效强度指标： ， 。工程设计荷载110kPa，工期工期180d，堆载加荷速率要求不超过8kPa/d，试拟订一个初步加荷预压计划并计算历时180d后的总平均固结度。0 c5 .16解解 拟订初步加荷预压计划拟订初步加荷预压计划 求出天然地基可能承受的荷载，取求出天然地基可能承受的荷载，取K=1.2，按式（，按式（3.8）估算可）估算可施加的第一级荷载施加的第一级荷载p1： 求出在求出在p1作用下地基固结度达到作用下地基固结

50、度达到70%时地基强度增长值，由式时地基强度增长值，由式（3.36）可得第一级荷载作用下的地基强度）可得第一级荷载作用下的地基强度： kPa2 .322 . 1752. 552. 5u1Kcpsincos0.2121 sink9 . 0f1f01t()0.9 (732.2 0.7 0.212)10.6kPapU k f1f01t()pU k 计算可施加的第二级荷载计算可施加的第二级荷载p p2 2：kPa8 .482 . 16 .1052. 552. 5f12Kpf1f01t()0.9 (732.2 0.7 0.212)10.6kPapU k 在第二级荷载在第二级荷载p2作用下，地基固结度达到