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llde05.132=•=π（7-11）正方形排列时llde13.14=•=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7-30一般项目1 沉降速率（与控制值比）% ±10 水准仪2 砂井或塑料排水带位置mm ±100 用钢尺量3 砂井或塑料排水带插入深度mm ±200 插入时用经纬仪检查4插入塑料排水带时的回带长度mm ≤500 用钢尺量5塑料排水带或砂井高出砂垫层距离mm ≥200 用钢尺量6 插入塑料排水带的回带根数% ＜5 目测注：1．本表适用于砂井堆载、袋装砂井堆载、塑料排水带堆载预压地基及真空预压地基的质量检验。

2．砂井堆载、袋装砂井堆载预压地基无一般项中的4、5、6。

3．如真空预压，主控中预压载荷的检查为真空度降低值＜2%。

7-1-7-2 袋装砂井堆载预压地基袋装砂井堆载预压地基，是在普通砂井堆载预压基础上改良和发展的一种新方法。

普通砂井的施工，存在着以下普遍性问题：（1）砂井成孔方法易使井周围土扰动，使透水性减弱（即涂抹作用），或使砂井中混入较多泥砂，或难使孔壁直立；（2）砂井不连续或缩井、断颈、错位现象很难完全避免；（3）所用成井设备相对笨重，不便于在很软弱地基上进行大面积施工；（4）砂井采用大截面完全为施工的需要，而从排水要求出发并不需要，造成材料大量浪费；（5）造价相对比较高。

而采用袋装砂井则基本解决了大直径砂井堆载预压存在的问题，使砂井的设计和施工更趋合理和科学化，是一种比较理想的竖向排水体系。

1．特点及适用范围袋装砂井堆载预压地基的特点是：能保证砂井的连续性，不易混入泥砂，或使透水性减弱；打设砂井设备实现了轻型化，比较适应于在软弱地基上施工；采用小截面砂井，用砂量大为减少；施工速度快，每班能完成70根以上；工程造价降低，每1m2地基的袋装砂井费用仅为普通砂井的50%左右。

适用范围同砂井堆载预压地基。

2．构造及布置（1）砂井直径和间距袋装砂井直径根据所承担的排水量和施工工艺要求决定，一般采用7~12cm，间距1.5~2.0m，井径比为15~25。

袋装砂井长度，应较砂井孔长度长50cm，使能放入井孔内后可露出地面，以使埋入排水砂垫层中。

（2）砂井布置可按三角形或正方形布置，由于袋装砂井直径小，间距小，因此加固同样土所需打设袋装砂井的根数较普通砂井为多，如直径70mm袋装砂井按1.2m正方形布置，则每1.44m2需打设一根，而直径400mm的普通砂井，按1.6m正方形布置，每2.56m2需打设一根，前者打设的根数为后者的1.8倍。

3．材料要求（1）装砂袋应具有良好的透水、透气性，一定的耐腐蚀、抗老化性能，装砂不易漏失，并有足够的抗拉强度，能承受袋内装砂自重和弯曲所产生的拉力。

一般多采用聚丙烯编织布或玻璃丝纤维布、黄麻片、再生布等，其技术性能见表7-31。

砂袋材料技术性能表7-31井全部沉入孔内，造成顶部与排水垫层不连接，影响排水效果。

6．质量控制同砂井堆载预压地基质量控制。

7-1-7-3 塑料排水带堆载预压地墓塑料排水带堆载预压地基，是将带状塑料排水带用插板机将其插入软弱土层中，组成垂直和水平排水体系，然后在地基表面堆载预压（或真空预压），土中孔隙水沿塑料带的沟槽上升溢出地面，从而加速了软弱地基的沉降过程，使地基得到压密加固（图7-31）。

图7-31 塑料排水带堆载预压法1-塑料排水带；2-土工织物；3-堆载1．特点及适用范围塑料排水带堆载预压地基的特点是：（1）板单孔过水面积大，排水畅通；（2）质量轻，强度高，耐久性好；其排水沟槽截面不易因受土压力作用而压缩变形；（3）用机械埋设，效率高，运输省，管理简单；特别用于大面积超软弱地基土上进行机械化施工，可缩短地基加固周期；（4）加固效果与袋装砂井相同，承载力可提高70%~100%，经100d，固结度可达到80%；加固费用比袋装砂井节省10%左右。

适用范围与砂井堆载预压、袋装砂井堆载预压相同。

2．塑料排水带的性能和规格塑料排水带由芯带和滤膜组成。

芯带是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成两面有间隔沟槽的带体，土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到沟槽内，并通过沟槽从排水垫层中排出。

根据塑料排水带的结构，要求滤网膜渗透性好，与粘土接触后，其渗透系数不低于中粗砂，排水沟槽输水畅通，不因受土压力作用而减小。

塑料排水带的结构由所用材料不同，结构型式也各异，主要有图7-32所示几种。

图7-32 塑料排水带结构型式、构造（a）门型塑料带；（b）梯形槽塑料带；（c）△形槽塑料带；（d）硬透水膜塑料带；（e）无纺布螺栓孔排水带；（f）无纺布柔性排水带；（g）结构构造1-滤膜；2-无纺布；3-螺栓排水孔；4-芯板带芯材料：沟槽型排水带，如图7-32（a）、（b）、（c），多采用聚丙烯或聚乙烯塑料带芯，聚氯乙烯制作的质较软，延伸率大，在土压作用下易变形，使过水截面减小。

多孔型带芯如图7-32（d）、（e）、（f），一般用耐腐蚀的涤纶丝无纺布。

滤膜材料：一般用耐腐蚀的涤纶衬布，涤纶布不低于60号，含胶量不小于35%，既保证涤纶布泡水后的强度满足要求，又有较好的透水性。

排水带的厚度应符合表7-34要求，排水带的性能应符合表7-35要求，国内常用塑料排水带的类型及性能见表7-36。

不同型号塑料排水带的厚度表7-34型号 A B C D 厚度（mm）＞3.5 ＞4.0 ＞4.5 ＞6 塑料排水带的性能表7-35项目单位A型B型C型条件纵向通水量cm3/s ≥15 ≥25 ≥40 侧压力滤膜渗透系数cm/s ≥15×10-4≥15×10-4≥15×10-4试件在水中浸泡24h滤膜等效孔径μm＜75 ＜75 ＜75 以D98计，D为孔径复合体抗拉强度（干态）KN/10cm≥1.0≥1.3≥1.5延伸率10%时滤膜抗拉强度干态N/cm ≥15 ≥25 ≥30延伸率15%时试件在水中浸泡24h湿态N/cm ≥10 ≥20 ≥25滤膜重度N/m20.8图7-33 IJB-16型步履式插带机1-塑料带及其卷盘；2-振动锤；3-卡盘；4-导架；5-套杆；6-履靴；7-液压支腿；8-动力设备；9-转盘；10-回转轮插带机性能表7-37类型IJB-16型频率（次/min）670工作方式液压步履式行走，电力液压驱动振动下沉液压卡夹紧力（kN）160插板深度（m）10外形尺寸（mm）7600×5300×15000 插设间距（m）1.3、1.6总重量15 插人速度11 （t）（m/min）接地压力（kPa）50 拔出速度（m/min）8振动锤功率（kW）30 效率（根/h）18左右激振力（kN）80、160亦可用国内常用打设机械，其振动打设工艺、锤击振动力大小，可根据每次打设根数、导管截面大小、入土长度及地基均匀程度确定。