底部抽真空预压法砂井地基固结解析解
真空预压法在建筑工程软基加固中的应用
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真空预压法在建筑工程软基加固中的应用摘要:真空预压是一种快速加固软土地基的新技术,归属于排水固结法,近年来被广泛用于软土地区的地基处理。
文章主要通过笔者的工作实践和总结,阐述了真空预压法的设计技术指标,从中针对真空预压加固软土地基工程施工要点进行探讨,并提出了施工中的质量控制措施。
关键词:建筑工程真空预压软基处理应用1引言真空预压法是在需要加固的软黏土地基内设置砂井或塑料排水带作为竖向排水通道,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中带有滤水孔的分布管道,用真空装置进行抽气,形成大气压差,使土中孔隙水通过竖井渗流,使孔隙水压力降低,有效应力提高,使地基加速固结,满足地基设计要求。
本文主要研究真空预压法在建筑工程软土地基处理中的应用。
2 真空预压法的设计真空预压法加固软土地基符合有效应力原理。
真空预压的设计内容主要包括竖向排水体的尺寸、工艺设计、密封膜内的真空度、加固后的沉降以及加固土层平均固结度等。
(1)膜内真空度。
根据工程经验,加固土层平均固结度及真空预压效果与密封膜内真空度大小有关,膜内最低设计真空度不应低于80KPa。
当采用合理的工艺和设备时,若工期许可,设计要求达到的土层平均固结度一般不低于90%也可根据实际适当提高。
(2)真空预压的面积。
真空预压的效果与良好的气密性有关。
预压面积宜尽可能大,预压面积越大气密性就越好,一般真空预压的边缘应比建筑基础外缘超出不小于300mm,真空预压的面积不得小于基础外缘所包围的面积。
(3)竖向排水体。
设计时若不能满足要求则可缩小井距或延长工期,可先假定井距再计算地基固结度,真空预压法的竖向排水系统可采用塑料排水板、袋装砂井以及普通砂井。
袋装砂井井距一般为砂井直径的15~30倍,其直径为7~12cm,砂井深度主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定,一般为10~25m。
砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线向外延伸2.4m。
真空预压加固软土地基相关问题分析
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真空预压加固软土地基相关问题分析摘要:阐述了真空预压法加固软土地基的施工方法,从本质上分析了这种方法加固软土地基的机理并列举了工程实践中成功的应用实例,从而得出了其特点和优势。
关键词:真空预压软土地基加固机理实例分析从1980年起,我国开展了真空预压法的研究,从改进工艺、更新设备、弄清机理、提高加固效果和推广使用等方面进行了研究,填补了国内空白,在真空度和大面积加固方面处于国际领先地位[1,2]。
1 施工方法在要加固的土体范围内铺设50cm厚砂垫层作为横向排水通道,砂必须是粗中砂以利于排水,再按规范在其内布设一系列垂直排水通道,周围挖设一定深度的密封沟并充水密封,再于其上铺设一层密封薄膜,薄膜没人密封沟的水中。
然后通过抽气孔用抽排装置将砂垫层中的气体抽走,这样在薄膜内外压力差及其在垂直排水通道中和垂直排水通道中周围土体中的传播作用下,土体中的水和气体沿垂直排水通道渗出,土体就固结而强度增加了。
值得注意的是在抽真空的过程中要注意薄膜下的密封程度,同时要维持其压力差(真空度)在80 kPa以上,维持时间按规范要求确定。
通过计算复核,在固结度达到80%以上后方可卸载,之后要取固结土体试样进行实验,在结果达到指标后才可以进行下一步施工。
2 固结机理在抽气前,薄膜内外的压力差为零;在抽气后,薄膜内外形成了压力差,薄膜便紧贴于砂垫层t,与此同时这个压力差又会沿着垂直排水通道向下延伸,也会向垂直排水通道周围的土体传播,引起土中孔隙水压力的降低,形成了负压。
这就促使土中孔隙中的水和气体向垂直排水通道中渗流,接着继续沿垂直排水通道向地面运动,再由抽排设施排出固结区。
3 施工3.1 工艺真空(堆载)预压法随着开发研究不断的深人,己获得了丰富的施工经验,并总结出了一套完整的施工工艺。
(1)施工准备:清理场地,搭临,测量放线并标出真空预压区的边线范围,安排施工材料和设备进场。
(2)铺设砂垫层、打设袋装砂井或排水板:打设袋装砂井或排水板一般有机械进场施工,施工中各井点、板点定位要准确,袋装砂并用砂的含泥率和饱满度须达到要求,打设的砂袋或排水板要高出砂垫层30cm。
真空排水预压加固地基计算说明
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真空排水预压加固地基计算说明以ZK1为例进行计算: 1 沉降计算固结沉降量c S 采用单向压缩分层总和法进行计算,公式如下:i iii ci h e e e S ∆+-=∆0101 总压缩量为:∑=∆=ni ci c S S 1式中:ci S ∆——第i 层的压缩量;i e 0——第i 层中点土的自重应力所对应的初始孔隙比,由室内压缩试验e-p 曲线求得;i e 1——第i 层中点土的自重应力与附加应力之和所对应的初始孔隙比;i h ∆——第i 层土层的厚度。
根据工程地质报告,岩土层物理力学指标及承载力建议值如下表:相关计算结果如下:因此,固结沉降量cm S S ni ci c 5.961=∆=∑=最终沉降量S 包含三部分:初始沉降量、固结沉降量、次固结沉降量,计算公式为:cm S m S c s 8.1155.962.1'=⨯==式中25.1~1'=s m ,地基软弱土层厚度大时取大值。
鉴于填土深度大于22.3m 的土层压缩量非常低,因此固结度主要计算0~22.3m 土层。
固结度计算公式为:t t ae U β--=1式中:2/8π=a ,2224)(8HC d G J F C ve n h ππβ+++= h C C v 、——竖向和水平固结系数,根据试验确定为s cm /10123-⨯;n F ——井径比因子,计算公式为2222413)ln(1n n n n n F n ---=,式中w ed d n =,排水圆柱等效直径d a d e 1=,d 为垂直排水通道间距,取值100cm ,1a 为换算系数,对正三角形布置取值1.05;等值砂井直径πδ)(2+=b d w ,b 为塑料排水板宽度,取值10cm ,δ为塑料排水板厚度,取值0.4cm 。
G ——井阻因子,计算公式为ws w h d LF q qG 4/⨯=,其中,垂直排水通道的 流量L d k q w h h π=)/(3s cm ;w q 为垂直排水通道的通行能力,取值 25s cm /3;h k 为水平向渗透系数,取值s cm /1047-⨯;L 为垂直排 水通道的打入深度,取值2500cm ;s F 为安全系数,取值6。
真空预压法地基处理方案
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真空预压法地基处理方案一、工程概况。
咱这儿有个地基需要处理,这个地基就像个调皮捣蛋的小孩,不把它收拾妥帖了,上面盖的房子啥的都得跟着遭殃。
这个地基土质有点软趴趴的,强度和稳定性都不太够,所以咱们就得想个厉害的办法来给它强化一下,这时候真空预压法就闪亮登场啦。
二、真空预压法原理。
这真空预压法啊,就像是给地基做一个超级减肥又健身的套餐。
咱们先在地基上铺上一层砂垫层,这砂垫层就好比是地基的柔软小床,让它先舒舒服服地躺好。
然后呢,在砂垫层里插好多竖向排水通道,就像给地基插了好多小吸管。
再在砂垫层上盖一层不透气的密封膜,这密封膜一盖,就像是把地基装进了一个密封的小罐子里。
接下来,用真空泵把这个小罐子里的空气往外抽,这一抽啊,地基里的水就像一群被驱赶的小绵羊,顺着那些小吸管(竖向排水通道)就跑出去了,地基里的孔隙就越来越小,地基也就越来越紧实,就像把一块松松垮垮的海绵挤得紧紧的,这样地基的强度和稳定性就大大提高啦。
三、施工准备。
1. 材料准备。
砂垫层的砂得好好挑挑,要那种颗粒均匀、干净、含泥量少的砂,就像咱们挑水果一样,得选好的。
还有那些竖向排水通道的材料,得符合标准,可不能偷工减料。
2. 机械设备准备。
真空泵那是关键设备,得提前检查好,就像检查汽车一样,确保它能正常工作,抽气有力。
还有一些施工过程中用到的小设备,像装载机、平地机啥的,也都要调试好,随时准备上场干活。
3. 场地清理和平整。
先把地基这块场地里的杂物、垃圾啥的都清理干净,就像大扫除一样。
然后把场地平整好,不能坑坑洼洼的,这样后面铺砂垫层才能铺得平平整整的。
四、施工流程。
1. 铺设砂垫层。
先把砂运到场地里,然后用装载机或者其他设备把砂均匀地铺在地基上。
铺的时候得注意厚度,就像做蛋糕抹奶油一样,得抹得均匀,厚度要达到设计要求。
铺完之后,还得用平地机把砂垫层再整平一下,让它平得像镜子一样。
2. 打设竖向排水通道。
根据设计好的间距,用专门的设备把竖向排水通道打到地基里去。
真空联合堆载预压下竖井地基固结解析解
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书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
真空联合堆载预压下竖井地基固结解析解
考虑真空度沿竖井的发展是一个深度的函数,同时堆载所引起的附加应力既随时间变化也随深度变化,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数的3 种变化模式,推导了真空联合堆载预压下竖井地基固结度的一个较普遍的解析解,并分析了在真空度沿竖井线性下降,堆载线性施加和附加应力沿深度梯形分布等情况下的地基固结性状。
结果表明,荷载线性施加时,真空度对地基固结度有较大影响,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快;而在荷载瞬时施加时,真空度对固结度没有影响。
在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响。
引言
真空预压法是由瑞典皇家地质学院Kiellman 在1952 年提出的一种有效的软土地基处理方法,并可与堆载预压联合应用。
要达到相同的处理效果,真空联合堆载预压可有效减小所需的堆载荷载;并且真空预压时土体的有效应力是等轴增大的,对应的侧向变形表现为向内压缩,因此可有效降低地基剪切破坏的风险。
在早期的研究中,真空预压被当作均匀分布在地基表面的作用力,但试
验表明,真空度会沿着竖井向地基深处传递,但真空度不断减小。
在目前的研究中,均假设堆载是瞬时施加的,并且其所产生的附加应力
沿深度不变。
但真空技术网(chvacuum/)认为实际上堆载施加往往需要经过一段时间,所产生的附加应力也是沿深度变化的。
针对以上情况,本文考虑真空度沿竖井的发展是一个深度的函数,同时。
底部抽真空预压法砂井地基固结解析解
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h
2re 2rs 2rw r
原状土区 涂抹区 砂井 不排水边界 排水底面
kw
ks kh
kv P0 z
真空作用面
Fig.2
图 2 计算简图 Calculation diagram
2.1
基本假设 ①等应变条件成立, 即砂井地基中无侧向变形,
同一水平面任一点的垂直变形相等。 ②仅考虑径向渗流,且负压条件下土体和砂井 中的渗流符合 Darcy 定律。 ③砂井内孔压沿径向的变化很小,可不计;任 一深度 z 处从土体中沿井周流入砂井的水量等于砂 井中向下水流的增量,即下式成立: 2u w 2k s u r r rw rw k w r z 2
v 1 u r t E s t
2
固结计算模型
图 2 为砂井地基径向固结轴对称问题的计算简
图。图中,h 为砂井地基的软土层厚度即砂井长度; kh、 kv 分别为未扰动区土体水平向及竖向渗透系数; ks 为涂抹区土体水平向渗透系数,kw 为砂井渗透系 数;rw 为砂井半径;rs 为涂抹区半径;re 为砂井影
h
(1)
式中:ur 为仅考虑径向渗流时原状土区内任意一点 的超孔压;uw 为仅考虑径向渗流时砂井内任意一点 的超孔压。 ④除了渗透系数外,砂井井料及涂抹区的其他 性质同天然地基。 ⑤考虑到底部抽真空预压的特殊性,真空作用 面位于底部,在砂井顶面(z =0 处)不透水,下表 面(z =h)为透水层,径向 re 以外为不透水层。 2.2 控制方程建立流程 根据以上相关假定,可建立砂井地基固结控制
20世纪末美国对底部抽真空预压处理大面积2788在纽约和新泽西港某工程将该法应用于污染疏浚沉淀物的加固和脱水底部抽真空预压法工法示意见图1工程实施过程中首先开挖深度为20m体积为26010的基坑在坑底部铺设砂垫层和水平排水管道然后吹填疏浚淤泥至标高间隔15水板至底部砂垫层最后利用真空泵与底部砂垫层中真空管道系统相连预压处理2年后沉降达到82m取得了良好的加固效果
预压法处理地基及固结分析
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预压法处理地基及固结分析孙亚【摘要】预压法处理地基是一种在岩土工程领域普遍采用的处理软弱地基的重要方法,论述了探究预压法处理地基的过程与阐明了真空预压与堆载预压的加固机制及其不同.固结理论可以为地基沉降做出相应的理论预测,为地基处理以及基础工程设计提供了理论依据,在目前竖井地基固结的理论成果的基础上,介绍了预压地基的固结度常用计算方法,并运用选定的计算方法通过工程实例计算了地基的固结度.【期刊名称】《佳木斯大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(033)006【总页数】3页(P916-918)【关键词】堆载预压;真空预压;团结【作者】孙亚【作者单位】同济大学地下建筑与工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU473.10 引言1982 年我国在真空预压的基础上,提出了联合堆载的加固方法.从1985 年的三月到十一月综合项目开始了真空联合堆载加固大的探究实验[1].此法即先进行真空预压施工,而后在膜下真空度达设计需求并在确定运行平稳的一周到两周时间后,实施堆载预压运行.并在工程完结以后,将真空与堆载结合使用,至达到固结度标准或者沉降速率标准时即可去除真空荷载.该方法也广泛应用在机场[2]、建筑地基、路基等工程建设中.1 加固机理堆载预压法遵从的是Terzaghi 的有效应力理论.根据图1 可以看出,附加外部压力之后,土体的固结就变成了孔隙水压消除、有效应力提升与土体逐步压密的进程.加载瞬间,堆载压力全部由孔隙水承担,此时孔隙水将增大.通过在地基中布置竖向砂井,增加了排水途径,缩短了排水距离,这时土层中的空隙水主要通过砂井部分竖向排出,超空隙水压力u 减小.根据有效应力原理,有效应力增加.地基土发生沉降,且强度增加,从而达到了加固的效果,并且可以有效减小建筑物的沉降.真空预压法即将软土地基表面首先添加砂垫层,之后加入垂直排水管道,并通过隔离的封闭膜让软土地基同空气分离,薄膜周围深入地中,利用砂垫层里添加的吸水通道,使用真空装置排除空气与水,让整体设备产生真空压力,从而推动土体排水固结,进而提升地基的有效应力.将整体转化真空状态时,砂垫层和排水通道中逐步降为负压,保持土体内部和排水通道、垫层间产生压力差.在这种情况中,土体中孔隙水持续通过通道流出,土体固结.其示意图如图2 所示.图1 堆载预压简图图2 真空预压简图关于该方法的作用机理,其中一个理念即把膜内外压差当做等效荷载反应在地基土上;另一个理念即陈环等公布的负压下固结观念.二十世纪80年代,陈环等[3]通过一维负压固结仪实施抽气实验,发现同样的压差之下,正负压的试样通过加固后拥有大体一致的土体参数,也就是加固意义大体一致,其土体强度的提升效果也大体一致的结果.这就说明抽真空仅仅使孔隙压力持续变化,也就是真空预压利用减小土体中的孔隙压力,让有效应力提升从而达到加固效果.阎澎叮、陈环[4]通过二轴仪实施正压与负压的对照实验,发现正压与负压作用一下的固结过程大体一致.EC.Leong 等[5]用利用固结仪探究了在同种压力中(正负压)土样剪切强度增加的状况,获得了堆载预压加固成效高于真空预压的加固成效的结果.龚晓南等[6]以现有真空预压的研究和多孔介质渗流理论为基点,给出了真空渗流场理论用以诠释真空预压加固软土地基的机制.从上述研究中可以看出,堆载预压法和真空预压法在加固机理上存在着不同,堆载预压法可以称为正压固结,真空预压法可以称为负压固结.从土中应力可知,堆载预压总应力增加,随着超静孔隙水压力的减少而使有效应力增加;真空预压法总应力不变,降低孔隙压力,而使有效应力增加.从加压系统设计上,堆载预压加载过程里剪应力提升,也许会导致土体剪切损坏,所以必须调控加载速率分级加载;真空预压法抽真空时,剪应力不提升,无法导致土体剪切破坏,不需要控制加载速率.两者处理深度不一样,而且后者会引起地下水位下降,就造价方面来说也是后者比较高.2 竖井地基固结理论设置有竖向排水井的地基可简称为竖井地基.竖井排水固结法思想最初由Moran 于1925 年提出.想要让观测预测竖井地基的固结过程合理化,探究人员在竖井地基固结观念角度上完成了大规模任务,获得了许多成就.Carrillo[7]简化了砂井地基固结方程,使得竖井地基固结问题能够首先各自核算径向固结与坚向固结,之后综合获得地基总体固结度.1948 年Barron[8]最初针对非井阻与涂抹效果的竖井地基固结实施推断.Yoshikuni[9]等以Biot固结理论为基础,得到了考虑径向和竖向组合渗流的解答.高木俊介公布了逐步加荷条件下砂井地基固结的核算方式,这种方式和Terzaghi 公布的近似修正法相比更加准确,但该方法使用范围更加广泛.由最初的Terzaghi 一维固结理论进步到Biot的真三维固结理论,再到之后Barron 公布了砂井的固结理论,在这一过程中有不同的人针对固结理论给出了不同观点,但在实际工程中,专家们更多的是使用Terzaghi 与Barron 的固结理论,之后再综合修正系数加以修正.此外现在的各种关于真空预压的规定均使真空荷载等效当做堆载实施沉降预测.一方面因为上述理论计算方面,工程经验较多,另一方目前其他理论尚未成熟,计算稍显复杂,难以满足工程需要,而有限元进行三维计算由于建模难度以及土体本构及参数选取问题未能广泛使用.3 固结计算实际工程中,荷载大多是分级加载.分级加载下,工程中常用的地基固结度计算主要有下列两种方法.3.1 改进的太沙基法基本思想为:各级荷载增量导致的固结进程是各自实施的;各级荷载为在加载起讫时间的中点一次瞬时加足的;其中各点时间的总平均固结度为此时每个级别荷载作用下固结度的加和.改进的太沙基法表达式为:公式中加荷修改之后的平均固结度;表示多级加荷修改之后的平均固结度; 表示瞬间加荷的平均固结度,ti,ti-1 为指的是第i 级加荷的开始与结束时间;Δp 为指的是第i 级荷载增加量.3.2 改进的高木俊介法依照巴伦原理,利用多级等速加荷使砂井地基在径向与垂直向条件下推断出其平均固结度的精准值,其主要优点为无需精确求取瞬时加荷条件下的地基固结度,能直接求取已修正的平均固结度,可适用于多种排水条件,具有通用性.修正后的平均固结度为:式中,α,β 的计算公式可根据不同的排水条件,查表得到.4 实例分析建筑场地为近年新淤积的海滩,含水量高,压缩性大,抗剪强度低,采用预压法进行地基加固.软弱土层厚度为12m,下部为不透水层.竖向排水通道采用塑料排水板,规格为100mm3.5mm,三角形布置,间距1.2m,穿透受压土层.经过室内土工实验获得相关指标,竖向固结系数是1.1×10-3cm2/s,径向固结系数是2.6×10-3 cm2/s.加载计划为0d ~20d,加荷50kPa;30d ~50d,加荷50kPa;70d ~90d,加荷40kPa;110d ~120d,加荷30kPa;140d ~160d,加荷20kPa.塑料排水板换算直径,塑料排水板径向排水范围的等效直径,井径比,根据改进的高木俊介法在Excel 中输入了公式,编制了相应的表格,计算了160d 各级荷载的固结度,如表1 所示.表1 各级荷载固结度加载级数加载大小(kPa)单级荷载开始时间(d) 单级荷载终止时间(d) 工程结束时间(d)加载速率(kPa/d)单级荷载固结度1 50 0 20 160 2.50 26.31%2 50 30 50 160 2.50 26.27%3 40 70 90 160 2.00 20.76%4 30 110 120 160 3.00 14.51%5 20 140 160 160 1.00 5.20%总固结度93.04%5 结论(1)本文论述了预压法在处理地基方面的发展过程,解释了真空预压与堆载预压的巩固原理,对真空预压巩固进行了深度估算,真空预压区地下水位的变化情况以及正负压联合作用机理还有待进一步研究.并从应力变化,加压系统的设计,处理深度等比较了两者加固机理的不同点.(2)目前研究者提出了许多竖井固结理论,考虑了不同的模型简化问题,但在工程实践中工程师们仍然广泛的使用Terzaghi 和Barron 固结理论然后结合修正系数进行修正方法.更加符合实际,更能满足工程设计需要的固结理论需要进一步研究.(3)介绍目前常用的固结计算方法,它们在长期被使用,积累了大量的经验.并通过工程实例,运用改进的高木俊介法进行了计算.手算过程略显复杂,故本文编制了Excel 表格进行计算.参考文献:[1]唐羿生,矫德全,杨玉玺.真空联合堆载预压加固软基试验研究[J].港口工程,1986,06:4-15.[2] Tang M,Shang J Q,CHU J,et al.Vacuum Preloading Consolidation of Yaoqiang Airport runway[J].Ground and Soil Improvement,2004:44. [3]陈环,鲍秀清.负压条件下土的固结有效应力[J].岩土工程学报,1984,6(5):39-47.[4]阎澍旺,陈环.用真空加固软土地基的机制与计算方法[J].岩土工程学报,1986,8(2):35-43.[5] Leong EC,Soemeitro RM,Rchardjo H.Soil Improvement by Surcharge and Vacuum Preloading[J].Geotechnique,2000(5):601-605. [6]龚晓南,岑仰润.真空预压加固软土地基机理探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2002,35(2):7-10.[7] Carrillo N.Simple Two and Three Dimensional Cases In the Theory of Consolidation of Soils[J].Journal of Mathematics and Physics,1942,21(1):1-5.[8] Barron R A.Consolidation of Fine-grained Soils by Drain Wells [J].1900.[9] Yoshikuni H,Nakanodo H.Consolidation of Soil by Vertical Drain Wells with Finite Permeability[J].Soil and Foundations,1974,14(2):35-46.。
真空预压
![真空预压](https://img.taocdn.com/s3/m/5d93b02b453610661ed9f4b2.png)
(4)加固深度。加固深度问题始终是真空预压法中的热点问题,一般认为真空预压法的有效加固深度为10m。通过本工程的实际观测发现,真空荷载可到达地面10m以下的深度。
结 论
(1)对于非常软的软粘土地基,采用堆载预压法很难施工,真空预压加固法是行之有效的地基处理方法。经处理后的地基承载力可达80kPa以上。
真空预压法具有加固费用低、加固工期短、无环境污染等特点。“六五”国家攻关真空预压在现场获得成功后,在天津港得到了广泛地应用,并已成为天津港软土地基加固中最常用的方法。
加固过程
天津港东疆港区二线路管线带造陆工程某加固区宽60m,长600米,面积约36000m2,设计预压荷载85kPa,真空预压满载时间120天。本工程土质为港池和航道挖泥。根据地质勘察报告可以看出,本区回填土层以下6米内为吹填的欠固结淤泥,处于流泥状态,第二层为淤泥质粘土,这两层以下为粉土,其强度相对较高,再往下为20m左右厚的高压缩性粉质黏土和中压缩性软黏土,地基土含水率一般大于或等于50%,接近土体的液限,抗剪强度普遍较低。根据设计要求,经过真空预压法加固后的地基承载力不小于80 kPa,地基土体的平均固结度大于85%。
根据表面沉降观测资料(见表1),最大沉降速率为50.6mm/d,最小沉降速率为0.5mm/d,从沉降量随时间变化曲线可以看出,抽真空初期沉降速率随时间的延长逐渐变缓,说明土体主固结变化速率也是一个渐变收敛的过程,但沉降速率逐渐变缓速率偏慢所用时间较长,说明软土层比较厚,土质较差。通过沉降观测可以看出,真空预压的作用十分明显,完全可以满足设计要求。
真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层,然后埋设垂直排水管道,再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝,薄膜四周埋入土中,通过砂垫层内埋设的吸水管道,用真空装置进行抽气,使其形成真空,增加地基的有效应力。 当抽真空时,先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压,使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下,土体中的孔隙水不断由排水通道排出,从而使土体固结。 真空预压的原理主要反映在以下几个方面: 1)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。 3)封闭气泡排出,土的渗透性加大 真空预压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,使粘土层产生固结压力。即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方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结,称为负压固结。 真空预压施工前,应充分作好施工准备工作,制定施工技术措施。检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求,并将检验报告提交监理工程师审核批准。在取得监理工程师批准后,开始进行真空预压的下一步施工。 真空预压施工流程 :测量放线→铺设主支滤排水管→铺设上层砂垫层→砂面整平→铺设聚氯乙烯薄膜→施工密封沟→设置测量标志→安装真空泵→抽真空预压固结土层。
真空预压下软土地基的固结特性和沉降计算方法
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真空预压下软土地基的固结特性和沉降计算方法摘要:在在真空预压条件下,地基将会出现负的孔隙水压,而实际的沉降则是以膜下的真空度为等效荷载,采用堆载预沉法进行。
因此,在负孔隙水压作用下,必须对其进行三维数值模拟,并对其进行数值模拟。
通过三方压实与标准压实实验,比较了典型的负孔压饱和软粘土的力学性能。
根据排水砂床与竖向砂井的边界条件,建立了一种预压型真空排水固结微分方程。
本文从应力所决定的固结度出发,对一种新的固结沉降量进行了分析。
关键词:真空预压;软土地基;固结特性;沉降计算引言真空排水预压法是一种常用的施工方法,但它的整体沉降及固结沉降均以堆载预压固结理论为基础。
通过实例证明,采用这种方法进行整体沉降及固结度计算时,在满足总沉降和固结度控制指标(U,≥90%)后,地基的沉降速度仍然很高,很难满足停泵要求,因此,本文提出了一种新的方法。
在真空预压作用下,地基土的整体应力保持不变(Ao=0),孔隙水在竖向排水管道中发生渗透,造成土壤孔隙水压力逐渐降低,有效应力逐渐增大,从而引起土体体积的减少,并引起沉陷。
一、负孔隙水压力下土体固结特性(一)试验方案第一,三向固结试验。
使用密度1.86g/cm³、32.4%水分的土壤制成三轴饱和再塑土样,其直径39.1mm,高80mm,样品中央留出一个直径5 mm的小孔,并用细沙填充小孔,以形成竖向排水槽。
采用真空预压方法进行分段加压,其放大效果最佳。
在三轴试验机上,采用三轴试验装置,对不同的压力、围压进行了模拟,并对其进行了模拟。
在地应力稳定土体变形后,采用真空度60,75,90 kPa的压实实验,测定了不同时期的渗透流量。
实验分为三组,每一组的轴向压力和围压分别为:第1类:轴压 o和围压 o都是0,并对地面土壤的应力状况进行了仿真:第2类:具有91 kPa的轴向压力 o、50 kPa的围压,对5 m以下土壤样品的应力状况进行了仿真:第3类:在10米以下的土壤中,对土壤的应力状况进行了模拟,其中,轴向压力 o为l82kPa。
真空预压软基处理固结效果分析
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真空预压软基处理固结效果分析发表时间:2020-08-24T16:56:09.300Z 来源:《基层建设》2020年第9期作者:寇江超[导读] 摘要:随着国家沿江沿海经济快速发展,路网建设如火如荼。
中国建筑第二工程局有限公司北京市 100000摘要:随着国家沿江沿海经济快速发展,路网建设如火如荼。
如何快速经济的处理软弱土地基成为制约路网建设的头等大事。
利用真空预压法处理软基,并采用软式透水管代替水平砂垫层新技术,开始抽真空7d内真空度迅速上升并稳定在80KPa以上,预压期间消除地基沉降平均值约500mm,抽真空后期到停泵前地基沉降已经趋于收敛,沉降速率在2mm/d。
采用双曲线法和三点法根据实测资料推算地基最终沉降量平均550mm,扣除虚土沉降修正值后地基固结度70.1%,理论推算地基承载力平均提高6.5T/ m2,通过静载试验验证,地基承载力显著提高并有较大安全储备。
关键词:真空预压;真空度;沉降;沉降速率;固结度;承载力 1地质概况由于软土地基天然承载力低承载力不满足需求,只有通过提高地基承载力满足工程设计要求。
通过地质勘察院现场实地勘查来全面反映场地地形地貌,根据工程地质情况描述,该场地具有高含水量、大空隙比、高压缩性、低强度等典型软弱土特性,是软基处理重点对象。
真空预压方案设计1.1沉降计算:采用分层总和法进行沉降计算(参见《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002))。
地基土的总沉降S由瞬时沉降sd 、主固结沉降sC和次固结ss三部分组成,综合考虑沉降修正系ms来反映顺势沉降和次固结沉降的影响,地基土总沉降为主固结Sc与沉降修正系数ms的乘积,即1.2固结度计算;按照砂井固结理论,当垂直排水体打穿软土层时,对真空预压法可按堆在排水预压法中的瞬时加和情况考虑,加固历时t,地基平均固结度可按下式计算:排水板呈三角型布置,B型板,宽10cm,厚4.0mm。
打设深度10.0m,间距1.2m,采用履带式插板机打穿软土层。
真空预压法简介
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一.真空预压法简介真空预压法(Vacuum Preloading)是指利用抽真空的方法,使土体中形成一个局部的负压源,通过降低砂井或排水板中的孔隙水压力而使土体中的孔隙水排出,从而增加有效应力来压密土体的地基加固方法。
如图1-1 所示,首先在原地基上打设塑料排水板作为竖直排水体,然后在地基表面铺垫一定厚度的砂垫层,在砂垫层中铺设排水滤管。
将不透气的薄膜铺设在砂垫层之上,薄膜四周买入土中,通过埋设在砂垫层中的排水滤管将膜下砂垫层中的空气抽出,从而使砂垫层和排水板中形成负的真空压力,使排水板和周围土体之间形成孔压差,土体中的孔隙水在压力差的作用下渗流到排水板中,通过排水滤管排出土体,以达到固结的目的。
真空预压系统由抽真空系统、排水排气系统和密封系统三部分组成,根据目前的施工经验,膜下真空度可以维持在85—95kPa 左右,一般的可取80kPa 作为设计压差。
当固结度达到一定的设计要求时停止抽真空。
真空预压法具有以下主要优点:(1) 区别于堆载预压,抽真空形成的压差所产生的荷载,不会使土体产生剪应力,故地基不会发生失稳破坏,载荷可一次快速施加,加固速度快,施工工期短;(2) 加固过程中土体除产生竖向压缩外,还伴随向着加固区的侧向收缩,加固后土的密实度较堆载预压高,处理深厚软基效果更好;(3) 施工工艺、机具和设备简单,能耗低,作业效率高,加固费用低,适用于大规模地基加固;(4) 不需要大量堆载材料,施工中无噪音、无振动、不污染环境;(5) 更适用于狭窄地段、边坡附近的地基加固等。
二真空预压加固吹填土地基室内模型试验研究目前,真空预压法作为一种相对成熟的施工工艺已广泛应用于沿海地区围海造陆工程实践,取得良好的经济效益。
从施工的角度而言,真空预压技术已相对成熟,但吹填土地基的真空预压的理论研究缺远远落后于工程实践的需要,不少理论问题至今未能得到解决,如真空预压中土体中真空度的纵向和横向分布规律,了解真空度在土体中的分布情况将有助于真空预压的理论研究和机理分析。
真空预压法组合加固软基技术
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一、真空预压法组合加固软基技术(一)技术内容(1)真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水板,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜使软土与大气隔绝,然后通过埋设于砂垫层中的滤水管,用真空装置进行抽气,将膜内空气排出,因而在膜内外产生一个气压差,这部分气压差即变成作用于地基上的荷载。
地基随着等向应力的增加而固结。
(2)真空堆载联合预压法是在真空预压的基础上,在膜下真空度达到设计要求并稳定后,进行分级堆载,并根据地基变形和孔隙水压力的变化控制堆载速率。
堆载预压施工前,必须在密封膜上覆盖无纺土工布以及粘土(粉煤灰)等保护层进行保护,然后分层回填并碾压密实。
与单纯的堆载预压相比,加载的速率相对较快。
在堆载结束后,进入联合预压阶段,直到地基变形的速率满足设计要求,然后停止抽真空,结束真空联合堆载预压。
(二)技术指标(1)真空预压施工时首先在加固区表面用推土机或人工铺设砂垫层,层厚约0.5m;(2)真空管路的连接点应密封,在真空管路中应设置止回阀和闸阀;滤水管应设在排水砂垫层中,其上覆盖厚度100~200mm 的砂层;(3)密封膜热合粘结时宜用双热合缝的平搭接,搭接宽度应大于15mm 且应铺设二层以上。
密封膜的焊接或粘接的粘缝强度不能低于膜本身抗拉强度的60%;(4)真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵,空抽时应达到95kPa 以上的真空吸力,其数量应根据加固面积和土层性能等确定;(5)抽真空期间真空管内真空度应大于90kPa,膜下真空度宜大于80kPa;(6)堆载高度不应小于设计总荷载的折算高度;(7)对主要以变形控制设计的建筑物地基,地基土经预压所完成的变形量和平均固结度应满足设计要求;对以地基承载力或抗滑稳定性控制设计的建筑物地基,地基土经预压后其强度应满足建筑物地基承载力或稳定性要求。
主要参考标准:《建筑地基基础工程施工规范》GB51004、《建筑地基处理技术规范》JGJ79。
(三)适用范围该软土地基加固方法适用于软弱粘土地基的加固。
真空预压地基加固施工方法
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真空预压地基加固施工方法真空预压法是以大气压力作为预压载荷,它是先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层,再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布,四周密封好与大气隔绝,在砂垫层内埋设渗水管道,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,在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力,将土中孔隙水和空气逐渐吸出,从而使土体固结(图1)。
对于渗透系数小的软粘土,为加速孔隙水的排出,也可在加固部位设置砂井、袋装砂井或塑料板等竖向排水系统。
图1 真空预压地基1-砂井;2-砂垫层;3-薄膜;4-抽水、气;5-粘土1.加固机体真空预压在抽气前,薄膜内外均承受一个大气压Pa的作用,抽气后薄膜内气压逐渐下降,薄膜内外形成一个压力差(称为真空度),首先使砂垫层,其次是砂井中的气压降至P v,使薄膜紧贴砂垫层,由于土体与砂垫层和砂井间的压差,从而发生渗流,使孔隙水沿着砂井或塑料排水带上升而流入砂垫层内,被排出塑料薄膜外;地下水在上升的同时,形成塑料带附近的真空负压,使土内的孔隙水压形成压差,促使土中的孔隙水压力不断下降,有效应力不断增加,从而使土体固结,土体和砂井间的压差,开始时为P a-P v,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,土体固结完成。
故真空预压过程,实质为利用大气压差作预压荷载(当膜内外真空度达到600mmHg,相当于堆载5m 高的砂卵石),使土体逐渐排水固结的过程。
同时,真空预压使地下水位降低,相当于增加一个附加应力,抽气前地下水离地面高h1,抽气后地下水位降至h2,在此高差范围内的土体从浮重度变为湿重度,使土骨架相应增加了水高h1-h2的固结压力作用,使土体产生固结。
此外,在饱和土体孔隙中含有少量的封闭气泡,在真空压力下封闭气泡被排出孔隙,因而使土的渗透性加大,固结过程加速。
2.特点及适用范围真空预压法的特点是:(1)不需要大量堆载,可省去加载和卸载工序,节省大量原材料、能源和运输能力,缩短预压时间;(2)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,渗流速度的增大,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,提高了加固效果;且负压可通过管路送到任何场地,适应性强;(3)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,土体在加固过程中的侧向变形很小,真空预压可一次加足,地基不会发生剪切破坏而引起地基失稳,可有效缩短总的排水固结时间;(4)适用于超软粘性土以及边坡、码头、岸边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;(5)所用设备和施工工艺比较简单,无需大量的大型设备,便于大面积使用;(6)无噪声、无振动、无污染,可作到文明施工;(7)技术经济效果显著,根据国内在天津新港区的大面积实践,当真空度达到600mmHg,经60d抽气,不少井区土的固结度都达到80%以上,地面沉降达57cm,同时能耗降低1/3,工期缩短2/3,比一般堆载预压降低造价1/3。
真空预压法的讲解
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真空预压法的简介
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我国于1985年通过该方 法的国家技术鉴定。由于 真空预压法在处理软土地 基时具有不会使土体侧向 挤出、施工期短、对环境 影响小、经济效益明显等 优点,因而在工程中得到 了广泛应用,并逐渐趋于 成熟
2
在软黏土地基中设置排水 通道,然后在 上面形 成一不透气层,通过对排 水体系进行长时间不断抽 气抽水,在地基中形成负 压区,而使软黏土地基产 生排水固结,达到提到地 基承载力,减小沉降量的 目的。
施工控制要点
1抽真空系统:抽真空系统是在密封系统、 排水系统、量测系统配合下抽取真空的, 当抽取的真空度达到最大值时,应能保 持一定时间,其持续时间的长短和真空 度大小要满足设计要求。
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2排水系统:要求袋装砂井、砂垫层、滤水管、 吸水管的排水阻力小,能顺畅地将孔隙水排出软 基。
3
4量测系统:要求从以下三个方面控制
一、传统式预压简介
传统式真空预压力的传递过程: 传统的真空预压真空度的传递过程:真空装 置→主管→滤管→砂垫层→排水板→加固土体
主要控制要点: 1、选用合格的原材料。 2、严格控制排水板打设深度。 3、密封膜按设计层数先后依次铺设,铺好一 层后,及时粘补膜面的破损部位,确保膜面密封 性。 4、密封沟开挖必须符合盖膜闭气的要求,并 将膜边沿密封沟内壁插入软土中,密封沟内必须用 粘土回填密实,保膜周边的密封 5、排水管与真空泵的连接要保证其通水、通 气畅通。真空泵运转良好,及时检查其运转情况
202X
真空预压法的 讲解
112012班 第一组
软土的介绍
01 软土是指海滨、湖沼,
河滩、谷地累积的天 然含水量高、空隙比 大、压缩性高、抗剪 强度低的淤泥、淤泥 质土及泥炭,具有固 结时间长、灵敏的高、 扰动性大、透水性差 等特点。
真空预压排水固结方法介绍
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真空预压法是排水固结法一、基本原理在沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖相和河相沉积的软弱粘土层,具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性等特点,在建筑物荷载作用下会产生较大的沉降,地基承载力和稳定性差,不能满足工程需要。
为有效消除软土的沉降变形,提高地基承载力和稳定性,应对地基进行加固处理以满足工程建设的需要。
真空预压法是排水固结法的一种,主要由排水系统和加压系统两部分组成:排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体,竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井、透水软管等,水平排水体常用砂垫层(纯净中粗砂),对于砂源紧缺、砂价较贵的地区可采用技术可靠的塑料盲沟或透水软管等土工合成材料,以降低工程造价。
设置排水系统主要为了改变地基原有的排水边界条件,传递真空压力,增加孔隙水的排出通道,缩短排水距离,以便在上部荷载作用下能以较快的时间使地基土的有效应力增加,地基土产生固结,完成预定的地基加固效果,满足工程建设需要。
加压系统主要是指抽真空装置。
真空预压原理见图2-1所示。
在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载(包括堆土、充水等),真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法,见图2-2。
二、优缺点真空联合堆载预压法加大了超载压力,堆载预压中的超载部分为真空压力,增大了地基土体内的附加应力,同时发挥真空预压和堆载预压各自的优势,可提高加荷速率、缩短工期、增大加固深度,使地基沉降在施工期内得以基本完成,从而有效减少地基工后沉降。
真空联合堆载预压法对地基实施超载预压加固,超载部分由真空荷载来代替,其最大荷载可达80~90kPa,相当于4~5m的填土荷载,大大超过地面设计荷载;真空荷载施加方便、迅速,几天之内就可达到80kPa以上,不存在分级施加的问题;由于有真空预压,只要塑料排水板有足够大的通水量,真空度就可以传递到土层深部而损失较小,使地基深层软土得到较好加固,从而在加固期间能消除较多的地基沉降。
采用真空联合堆载法处理场地软基,除了施工简单、有效消除地基土的沉降、填土速率不受限制、施工费用低廉等特点外,还可以大幅度提高地基土承载力,改善地基土土性,提高地基土强度。
真空预压竖井地基固结解析解及数值分析
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真空预压竖井地基固结解析解及数值分析摘要软土地基具有强度较低、孔隙比大、含水量较高等特点,因此需要经过地基加固处理后才能用于工程建设。
排水固结法是一种常见的处理软土地基的措施,其中,真空预压法是目前常用的排水固结法之一。
经过几十年的研究,真空预压竖井地基固结在工程中的应用和理论研究得到了长足的发展,并且取得了丰富的成果,但是通过简化研究得到的解析解结果与工程实际情况仍有一定的差异。
为了促进竖井地基固结理论的发展,在前人研究成果的基础上,本文对真空预压条件下竖井地基固结问题进行研究,主要工作内容和成果如下:(1)针对真空预压条件下竖井地基固结问题,考虑竖井井阻随时间变化,忽略土体的竖向渗流,根据计算简图,建立计算模型,确定边界条件,由实际情况确定初始条件,根据基本假定确定连续条件,采用解析解法进行理论研究,推导了真空预压下井阻随时间变化的竖井地基固结解析解。
基于此解,编制了计算程序,分析了地基固结的性状。
研究表明,井阻变化率对平均孔压和平均固结度产生较大影响;影响区半径与竖井半径之比对固结度有一定的影响但不明显;未扰动区的土体径向渗透系数与扰动区的土体径向渗透系数之比对固结度的影响比较明显;真空度越大,孔压随深度消散速率越慢。
(2)在真空预压条件下,考虑涂抹区渗透系数变化、井阻随时间变化,根据不同的渗透系数变化规律,给出了竖井地基固结解析解,编制了计算程序,分析了竖井地基的固结性状。
结果表明,井阻变化率对固结速率有较大影响;在土体扰动区径向渗透系数变化的三种模式中,土体涂抹区径向渗透系数为抛物线变化时固结速率最快、为线性时次之、为常数时固结速率最慢。
(3)研究了考虑影响区范围土体非线性的真空预压竖井地基固结问题。
推导出了考虑土体非线性、径向渗透系数变化、荷载随时间变化的竖井地基固结解析解。
编制了计算程序,分析了瞬时加载和线性加载模式下的竖井地基固结性状。
结果表明,线性加载下孔隙水压力消散比瞬时加载慢;竖井渗透系数越大固结速率越快;压缩指数与渗透指数之比越小固结速率越快。
真空预压工艺中几种计算固结沉降方法的比较分析
![真空预压工艺中几种计算固结沉降方法的比较分析](https://img.taocdn.com/s3/m/950f8cb628ea81c758f578eb.png)
第44卷第6期 山西建筑• 72 • 2 0 1 8 年 2 月SHANXI ARCHITECTURE Vol.44 No.6 Feb.2018文章编号:1009-6825 (2018) 06-0072-02真空预压工艺中几种计算固结沉降方法的比较分析臧冰柳家凯(中交一航局第二工程有限公司,山东青岛266071)摘要:利用真空预压法进行软基加固处理后,通常需要上部回填材料再进行后续处理。
准确预测真空预压法处理软土地基的沉 降量,从而确定回填材料用量,为施工成本预算提供依据,具有重要的工程意义和经济价值。
依托威海港软基处理工程实例,通过 对几种固结沉降计算方法的对比分析,获得了能够较为准确预测施工沉降的方法,其结果更接近实测值,提高了沉降预测的准 确性。
关键词:软基,真空预压,沉降预测中图分类号:TU470.3 文献标识码:A近年来,随着我国经济的快速发展,建筑用地越来越少,转而 发展海洋空间。
吹填淤泥填海造陆技术在环境保护和经济效益 上均具有巨大的优势,具有施工周期短、成本低等优点。
本文依托威海港软基处理工程实例,通过数值模拟结果和理 论计算值与现场实测沉降值对比分析,从而获得更为贴近实际的 固结沉降计算方法,提高固结沉降预测的准确性,利用实测沉降 曲线拟合法预测卸载时间,研究成果具有一定的参考价值。
1工程概况本工程位于威海某港区货场后方围堰约28万m2,为吹填淤 泥填海形成的软土地基,工程使用性质为货物堆场。
按照设计要 求,场地先采用真空预压法对地基进行初步处理,后回填开山石 进行强夯处理。
本文将以1号围堰试验1区实测沉降值与其他 计算方法计算值对比分析研究。
3曲线拟合法推算最终沉降量根据实测沉降曲线拟合法来估算地基最终沉降量,常用到双 曲线法和三点法。
3.1 双曲线法[2]s£=s0 +t a+/3t°根据现场实测数据,利用此方法拟合算得1号围堰试验1区 地基最终沉降量为67. 8 cm。
半透水边界砂井地基的真空预压固结解
![半透水边界砂井地基的真空预压固结解](https://img.taocdn.com/s3/m/306c224a26d3240c844769eae009581b6bd9bd18.png)
半透水边界砂井地基的真空预压固结解胡亚元【期刊名称】《工程科学与技术》【年(卷),期】2018(050)002【摘要】针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界反映其对砂井地基固结的影响。
假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。
研究表明:当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈沿地基深度衰减的变化规律。
当其他条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。
当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变,但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大;顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。
均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。
渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响;其中不考虑涂抹作用的工况1计算的固结度最大,假定涂抹区渗透系数恒定的工况2计算的固结度最小,假定涂抹区内渗透系数向原状土渗透系数线性过渡的工况3计算的固结度介于两者之间。
半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。
【总页数】10页(P32-41)【作者】胡亚元【作者单位】浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心,浙江杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU472.33【相关文献】1.起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响2.半透水边界砂井地基的真空预压固结解3.考虑半透水边界的砂井地基粘弹性固结研究4.真空预压下砂井地基非线性固结分析5.真空联合堆载预压下基于指数形式渗流的砂井地基非线性固结解因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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Analytical solution for consolidation of sand-drained foundation with bottom vacuum preloading method
ZHANG Fu-hai1, 2,CHEN Lei3,GUO Shuai-jie4,REN Peng-xun1, 2
v 1 u r t E s t
2
固结计算模型
图 2 为砂井地基径向固结轴对称问题的计算简
图。图中,h 为砂井地基的软土层厚度即砂井长度; kh、 kv 分别为未扰动区土体水平向及竖向渗透系数; ks 为涂抹区土体水平向渗透系数,kw 为砂井渗透系 数;rw 为砂井半径;rs 为涂抹区半径;re 为砂井影
(1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;2. 河海大学 岩土工程科学研究所,南京 210098; 3. 交通运输部天津水运工程科学研究院,天津 300456;4. 铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)
摘 要:基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和 Hansbo 砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面 位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固 结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算 结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可 有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。 底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程 应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。 关 键 词:砂井地基;真空预压;解析解;模型试验;固结度 文献标识码:A 中图分类号:TU 472.3+3
2788
岩
土
力
学
2014 年
淤泥的工程可行性进行研究。Sandiford 等[4]在纽约 和新泽西港某工程将该法应用于污染疏浚沉淀物的 加固和脱水,底部抽真空预压法工法示意见图 1,工 程实施过程中首先开挖深度为 20 m、体积为 260× 104 m3 的基坑,在坑底部铺设砂垫层和水平排水管 道,然后吹填疏浚淤泥至标高,间隔 1.5 m 打设排 水板至底部砂垫层,最后利用真空泵与底部砂垫层 中真空管道系统相连,预压处理 2 年后,沉降达到 8.2 m,取得了良好的加固效果。 然而,此法对于吹填之后的软土地基而言,为 了创造底部抽真空的埋置条件,开挖基坑工程所需 工作量巨大,造价较高,显然不适用。但底部抽真 空预压法在围垦工程中处理软土地基具有巨大的优 越性和适用性。在沿海地区围海造陆工程实践中, 需要首先在海滩上建造围堤,围垦区抽干水后吹填 海滩淤泥或航道疏浚淤泥,可在吹填之前在围垦区 铺设砂垫层和真空管道系统,然后就近吹填进行填 筑,吹填至设计标高后利用打桩船或插板机打设排 水板至底部砂垫层,从而实现在软基底部抽真空, 施加真空负压作用于软基底部,以加速排水固结。 如此则可大大减少工程造价,同时由于底部抽真空 法具有加速淤泥固结、提高预压效果的优点,可缩 短预压时间且节约工期。 武孟琼等[5]通过室内模型试验对底部抽真空加 固淤泥在围垦工程中应用的优越性进行研究,试验 结果表明,底部抽真空方法固结更快,不同深度土 层加固效果差异较小,预压效果优于上部抽真空, 并对其加固机制进行研究。 虽然底部抽真空预压法能够取得良好加固效果 且已通过室内试验证实,其加固机制也取得一定进 展,但就底部抽真空预压法加固地基的解析理论方 面,现有研究中甚少涉及。本文在 Hansbo 砂井固 结理论[6]和谢康和等应变条件砂井地基固结理论 [7] 研究成果的基础上,结合底部抽真空预压法的实际 边界条件,推导出仅考虑径向渗流情况下底部抽真 空预压加固地基的固结解析解,然后分析与现有固 结理论的区别和差异,最后通过室内模型试验证明 该模型的合理性。
2re 2rs 2rw r 不排水表面 z
h
2re 2rs 2rw r
原状土区 涂抹区 砂井 不排水边界 排水底面
kw
ks kh
kv P0 z
真空作用面
Fig.2
图 2 计算简图 Calculation diagram
2.1
基本假设 ①等应变条件成立, 即砂井地基中无侧向变形,
同一水平面任一点的垂直变形相等。 ②仅考虑径向渗流,且负压条件下土体和砂井 中的渗流符合 Darcy 定律。 ③砂井内孔压沿径向的变化很小,可不计;任 一深度 z 处从土体中沿井周流入砂井的水量等于砂 井中向下水流的增量,即下式成立: 2u w 2k s u r r rw rw k w r z 2
得
us
2 w v 2 r r 2 rw r ln e 2k s t rw 2 ks 2 (n 1)(h 2 z 2 ) p0 kw
(14)
rw ≤ r ≤ rs
Abstract: According to the equal strain axisymmetric consolidation theory of sand-drained foundation developed by Xie and Hansbo, analytical solutions to the axisymmetric consolidation equation with bottom vacuum preloading are derived in this study as the vertical water flow in soil is neglected for the actual loading boundary condition that the vacuum preloading locates at the bottom. Based on the analytical solution formation process of excessive pore pressure axisymmetric consolidation control equation, a comparison between this new developed model and the current solution is carried out gradually. In comparison of the new model outputs and the experimental results by laboratory test, the excessive pore pressure distribution in vertical direction and the consolidation ratio development trends for excessive pore pressure dissipation can be obtained by the new developed analytical model, and it also can be concluded that the calculated results show a good agreement to the laboratory and site experimental results. Therefore, the analytical solution can be further applied to practical engineerings as basic theoretical foundation, which also promotes the application of bottom vacuum preloading method in soft foundation reinforcement engineering. Key words: sand-drained foundation; vacuum preloading; analytical solution; model test; consolidation degree
响区半径;强度。
真空泵 密封膜 密封沟 吹填土 PVD 砂垫层 气水分离器
图 1 底部抽真空预压法工法示意图 (After sandiford et.al) Fig.1 Vacuum preloading at the bottom of soil layer (After sandiford et.al)
真空排水预压法加固软土地基最早由瑞典皇家 地基学院的 Kjellman 教授[1]于 1952 年提出, 随后日 本、欧洲、美国、中国等国家不断地对该工法施工 工艺和设计方法等方面进行改进研究,以提高软基 固结和脱水效率。 基于真空预压法的基本原理,国内外诸多学者
收稿日期:2013-06-18 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助 (No. 2014B04914)。 第一作者简介:张福海,男,1970 年生,副教授,主要从事软土地基处理和岩土工程测试方面的研究工作。E-mail: fhzhang@
(1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Tianjin Research Insititute for Water Transport Engineering, M.O.T., Tianjin 300456, China; 4. The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300251, China)