地基处理3 预压法

3.2 预压法加固机理
饱和土体渗流固结过程
u
饱和土体受荷产生压缩（固结）过程包括： 土体孔隙中自由水逐渐排出； 土体孔隙体积逐渐减小； 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。
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。
渗流固结力学模型
1
概述
2
预压法加固机理
3
预压法的设计与计算
4
预压法施工
5
施工质量监测与检测
3.1概述
预压法
预压法（排水固结法）：指直接在天然地基或在设置有袋装 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，逐步增加地基强度 的一种软土地基加固方法。
土方堆载预压 加水预压
砂井法堆载预压示意图
加载过快 地基会失稳
分级加载：前一级荷载 作用下地基基本固结后，再 施加下一级荷载，直至达到 设计荷载为止。
真空预压是在负超静水压力下排水固结，又 称为负压固结。
真空预压法处理地基必须设置排水竖井。
袋 装 砂 井 埋 设 完 毕
软土
压缩变形大
压缩性高
强度低
• 适用性：
• 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 适用于新吹填土地基的加固。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。
• 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。
经消除(再压缩曲线fgc’ )。
土体经预压之后，压缩变形量得以提前完成

排水固结法增大地基土密度的 原理
固结所需时间
➢排水系统(竖向、水平排水体)作用:改善地基排水边界条件，增强土层
的排水固结效果。
➢根据固结理论，固结所需时间和排水距离的平方成正比， t Tv H 2
土层越厚，固结延续的时间越长。

图4-2-1 排水固结法增大地基土密度 的原理
3.2.2 真空预压加固机理
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 水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜 使其与大气隔绝，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，增加地基的有效应力，以 利于土体排水固结。
根据土力学，地基内某点总应力σ、有效应力σ′、及孔隙水压力 u 之间的关系为:σ′= σ- u ;
固结度U 可表示
U u 1 u


t 0 uz
0t u
t u0
0
U 0
z u 0U 1
z
U 1
饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力的逐渐消散和 有效应力相应增长的过程
抽真空的过程中，剪应力不增加， 加载过程中，剪应力增加，可
不会引起土体剪切破坏
能引起土体剪切破坏
不必控制加载速率
需要控制加载速率
与土的渗透系数、竖向排水体以及 边界排水条件有关
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
与土的渗透系数、竖向排水体 以及边界排水条件有关
含水率高
排水预压法
压缩变形减小
压缩性降低
强度提高
排水预压法处理软土的效果
含水率降低
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 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
普通砂井
竖向排水体
袋装砂井
排水系统
塑料排水带
排 水
水平排水体
砂垫层
固 结
堆载预压法
法
真空预压法
加压系统
降水预压法
电渗排水法
图1 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包括三个方面：
减少建筑地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间大部或基本 完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；
通过排水固结，加速地基土的抗剪强度的增长，提高建筑地基 强度及稳定性；
消除欠固结软土地基中桩承受的负摩阻力，并可消除竣工后地 基的不均匀沉降等。
预压法由加压系统和排水系统两部分组成。
• 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: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
封Fra Baidu bibliotek膜 砂垫层
真空泵
真空度
o
应力
粘土 砂井
增加的有效应力
1 2
3 z
1—总应力线
2—原来水压线
3—降低后的水压线
真空预压和堆载预压法的对比
土中 应力
剪切 破坏
加载 速率
固结 速度
地下 水位
真空预压
堆载预压
总应力不变，随着相对超静孔隙水 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。
3.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水 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。
铺设排水用砂垫层
预压力学变化过程
① 假定土体天然固结压力σ0′对应的孔隙比 为eo (对应a点) 。
Cv
➢为 加 快 土 层 的 固 结 速 度 ， 最 有效的方法是增加土层的排水 途径，缩短排水距离。
➢具体排水手段：设置竖向排水 体 ( 砂 井 、 塑 料 排 水 板 ( 袋 ))+ 水 平排水体(砂垫层)
a 竖向双面排水
b 砂井地基排水
图4-2-2 排水法的原理
如果对地基施加的荷载 大于建(构)筑荷载，如图42-1中的d点所对应的压力， 则会进一步增大地层的固 结程度，大大减少地基的 沉降量，该方法称为超载 预压排水固结法。
② 压力增加△σՙ，孔隙比减小△e ，固结终 止于c点(压缩曲线abc)，对应抗剪强度增加△τ。
③c点卸压△σՙ (卸荷曲线cef )，孔隙比增大
值, 土体抗剪强度下降 。e( e) 由于 e' e,
亦即大部分压缩变形( e e)在预压阶段已