地基处理与桩基工程----预压地基

7-1-7 预压地基

7-1-7-1 砂井堆载预压地基

砂井堆载预压地基系在软弱地基中用钢管打孔，灌砂设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，在砂垫层上部压载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井和砂垫层排出，从而加速土体固结，使地基得到加固。

1．加固机理

一般软粘土的结构呈蜂窝状或絮状，在固体颗粒周围充满水，当受到应力作用时，土体中孔隙水慢慢排出，孔隙体积变小而发生体积压缩，常称之为固结。由于粘土的孔隙率很细小，这一过程是非常缓慢的。一般粘土的渗透系数很小，为10-7~10-9cm/s，而砂的渗透系数介于10-2~10-3cm/s，两者相差很大。故此当地基粘土层厚度很大时，仅采用堆载预压而不改变粘土层的排水边界条件，粘土层固结将十分缓慢，地基土的强度增长过慢而不能快速堆载，使预压时间很长。当在地基内设置砂井等竖向排水体系，则可缩短排水距离，有效地加速土

的固结，图7-29为典型的砂井地基剖面。

图7-29 典型的砂井地基剖面

1-砂井；2-砂垫层；3-永久性填土；4-临时超载填土

2．特点及适用范围

砂井堆载预压的特点是：可加速饱和软粘

土的排水固结，使沉降及早完成和稳定（下沉

速度可加快2.0~2.5倍），同时可大大提高地基

的抗剪强度和承载力，防止基土滑动破坏；而

且，施工机具、方法简单，就地取材，不用三

材，可缩短施工期限，降低造价。

适用于透水性低的饱和软弱粘性土加固；

用于机场跑道、油罐、冷藏库、水池、水工结

构、道路、路堤、堤坝、码头、岸坡等工程地

基处理。对于泥炭等有机沉积地基则不适用。

3．砂井的构造和布置

（1）砂井的直径和间距

砂井的直径和间距由粘性土层的固结特性

和施工期限确定。一般情况下，砂井的直径和

间距取细而密时，其固结效果较好，常用直径

为300~400mm。井径不宜过大或过小，过大不

经济，过小施工易造成灌砂率不足、缩颈或砂

井不连续等质量问题。砂井的间距一般按经验

由井径比n＝d e/d w＝6~10确定（d e为每个砂井

的有效影响范围的直径；d w为砂井直径），常用

井距为砂井直径的6~9倍，一般不应小于1.5m。

（2）砂井长度

砂井长度的选择与土层分布、地基中附加

应力的大小、施工期限和条件等因素有关。当

软土层不厚、底部有透水层时，砂井应尽可能

穿透软土层；如软土层较厚，但间有砂层或砂

透镜体，砂井应尽可能打至砂层或透镜体。当

粘土层很厚，其中又无透水层时，可按地基的

稳定性及建筑物变形要求处理的深度来决定。

按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、

堆料场等，砂井深度应通过稳定分析确定，砂井长度应超过最危险滑弧面的深度2m。从沉降考虑，砂井长度应穿过主要的压缩层。砂井长度一般为10~20m。

（3）砂井的布置和范围

砂井常按等边三角形和正方形布置（图7-30）。当砂井为等边三角形布置时，砂井的有效排水范围为正六边形，而正方形排列时则为正方形，如图7-30中虚线所示。假设每个砂井的有效影响面积为圆面积，如砂井距为l，则等效圆（有效影响范围）的直径d e与l的关系如下：

图7-30 砂井平面布置及影响范围土柱体剖面（a）正三角形排列；（b）正方形排列；（c）土柱体剖

面1-砂井；2-排水面；3-水流途径；4-无水流经过此界线

等边三角形排列时l

l

d

e

05

.1

3

2

=

•

=

π

（7-11）

正方形排列时l

l

d

e

13

.1

4

=

•

=

π

（7-12）

由井径比就可算出井距l。由于等边三角形

排列较正方形紧凑和有效，较常采用，但理论

上两种排列效果相同（当d e相同时）。砂井的

布置范围，宜比建筑物基础范围稍大为佳，因

为基础以外一定范围内地基中仍然产生由于建

筑物荷载而引起的压应力和剪应力。如能加速

基础外地基土的固结，对提高地基的稳定性和

减小侧向变形以及由此引起的沉降均有好处。

扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约

2~4m。

（4）采用锤击法沉桩管，管内砂子亦可用

吊锤击实，或用空气压缩机向管内通气（气压

为0.4~0.5MPa）压实。

（5）打砂井顺序应从外围或两侧向中间进

行，如砂井间距较大可逐排进行。打砂井后基

坑表层会产生松动隆起，应进行压实。

（6）灌砂井砂中的含水量应加以控制，对

饱和水的土层，砂可采用饱和状态；对非饱和

土和杂填土，或能形成直立孔的土层，含水量

可采用7%~9%。

4．质量控制

（1）施工前应检查施工监测措施，沉降、

孔隙水压力等原始数据，排水设施、砂井（包

括袋装砂井）等位置。

（2）堆载施工应检查堆载高度、沉降速率。

（3）施工结束后应检查地基土的十字板剪

切强度，标贯或静压力触探值及要求达到的其

他物理力学性能，重要建筑物地基应作承载力

检验。

（4）砂井堆载预压地基质量标准如表7-30

所示。

预压地基和塑料排水带质量检验标准表7-30