预压法——教学
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水工建筑物地基处理 ——软弱地基处理 ——预压法
授课对象：水工专业2003级 任课教师：王润英 时间：2006年4月~2006年5月
授课内容及安排
第六节 预压法（排水固结法） 一、概述
二、堆载预压法
三、真空预压法
四、低位真空预压法 五、土地资源生态再生技术 1、问题的提出 2、常规预压法与土地资源再生 3、低位真空预压法与土地资源再生
估算第二级荷载 ：
第一级加载结束，间歇一段时间后到施
Cu ( Cu p U k ) 1 1 0 1 1
第二级加载为 以此类推
加第二级荷载前，此时地基土的抗剪强 度将增加到Cu1： sin cos
___
k 1
1sin
5.52 Cu 1 p2 K
经第二级加载后总的预压荷载
2
预压法——概述
1、预压法的加固原理
2、预压法的适用条件 3、预压法的分类 4、预压系统的组成及各部分的功用
3
预压法——概述
1、加固原理：
对天然地基，或先在地基中设置砂井、塑
料排水板等竖向排水设施， 然后利用建筑物本身重量分级加载，或在 建筑物建造之前，在场地先行加载预压， 使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基 发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
7
预压法——概述
真空预压法：荷载为真空负压
传统真空预压法：水平滤网设在软土 之上的砂层中间 低位真空预压法：水平滤网设在软土 之下
8
预压法——概述
4、组成及各部分的作用及适用范围：
（1）组成 ①排水系统:
竖向排水井：普通/袋装砂井、塑料排 水板 水平排水层：砂垫层、水平滤管网 ②加压系统： 堆载、真空预压、降低地下水位等
i Ii i u IIi i
( W W ) sin W sin
B Ii IIi i IIi i A B
Cu m Cu i B C
IIi
i
C
30
堆载预压法——地基稳定分析
B ___ C A K h i Ii i u IIi i Cu m Cu i B C IIi i B IIi i
29
堆载预压法——地基稳定分析
设有塑料排水板的地基，由于有良好的
排水条件，故在做稳定分析时，还应考 虑在预压荷载作用下土体产生固结引起 土的强度增长的影响：
B ___ C
A K h
( Cul W cos tg W U cos tg ) ( C l W ) cos tg
p p p 2 2 1
p p p i i 1 i
24
堆载预压法——确定堆载
⑥根据
和每级加载时间Ti及加载后的 间歇时间，即可绘制出p~t加荷计划图。
i
P ∑Δ P
q
t ∑T
25
堆载预压法——固结度计算
固结度：在某一固结应力下，经某一时
间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散 的程度，任一深度 z 处经过时间 t 后的固 结度为： u u u 0
U Z u 0 1 u 0
对单向固结，土层的平均固结度：
St U S
__
26
堆载预压法——固结度计算
荷载一次到位时的固结度计算：
当地基抗剪强度较高而堆载较小时，堆载预
压荷载可一次到位，否则要分级加载；
①竖向平均固结度：
8m 1 U 1 2 e V 2 m m 1 , 3 , ____
方形排列; 等边三角形布置：de=1.05s 正方形布置：de=1.13s
17
深度L：
堆载预压法——竖向排水体设计
根据建筑物对地基的稳定性和变形的要
求及软土层深度确定: 软土层不厚： L可由软土层厚度决定而贯穿软土； 软土层较厚： L应根据结构对变形和稳定的要求决定； 软土层很厚（>20m）： 由于此时的径向平均固结效应已很小， 故穿越软土的意义不大，可采用超载 预压解决。
4
预压法——概述
加固作用：
（1）沉降问题：使地基的沉降在加载预
压期间大部分或基本完成，使建筑物在 使用期间不至于产生不利的沉降和沉降 差。 （2）稳定问题：加速地基土抗剪强度的 增长，从而提高地基的承载力和稳定性。
5
预压法——概述
2、适用条件：
总的来讲，预压法适用于： 在持续荷载下土的体积会发生很大压缩
①选择竖向排水体
②确定竖向排水体的设计参数：
（a）直径 （b）间距s （c）深度L
13
堆载预压法——竖向排水体设计
选择砂井或塑料排水袋等竖向排水体;
若软土层厚度不大或软土层含较多薄粉
砂夹层，预计固结速率能满足工期要求， 可不设置竖向排水体; 对于深厚的软粘土地基，为了加速软土 地基的固结过程，提高预压效果，一般 常在地基内设置竖向排水体。
14
堆载预压法——竖向排水体设计
普通砂井直径取300~500mm；
袋装砂井直径取70~100mm；
塑料排水板的当量换算直径
D P
2 ( b )
芯板
滤布
4 100
复合型塑料排水带
15
堆载预压法——竖向排水体设计
间距s：
间距根据地基土的固结特性和预定
时间内所要求达到的固结度确定。 通常按井径比n=de/dw确定：
普通砂井的间距 s 按 n=6~8 采用，常用 2~4m；
袋装砂井的间距 s 按 n=15~20 采用，一般为
1~2m； 塑料排水带的间距 s 按 n=15~20 采用，实际 工程中，常取在1.0~1.5m之间。
16
堆载预压法——竖向排水体设计
de为一根砂井的有效排水圆柱体的直径; 砂井的平面布置可采用等边三角形或正
（1）竖向排水体设计 （2）确定加载的数量、范围、速率和 预压时间 （3）计算地基的固结度、强度增长、 抗滑稳定和变形 （4）工法的质量控制
11
预压法——堆载预压法——适用条件
除了预压法的总的适用条件外，还
有：
（1）要有价格便宜的堆载； （2）要有足够长的预压时间。
12
堆载预压法——竖向排水体设计
22 m T V 4
____ 8 c t V U 1 2 e , T V V 2 H
2T V
4
②径向平均固结度 ：
Ur 1e
____
____
8T h F n
③总的平均固结度 ：
U 1 ( 1 U )( 1 U ) V r
27
__
__
堆载预压法——固结度计算
35
堆 载 预 压
真 空 预 压
(1)根据有效应力原理，由于堆载，地基总 (1)根据有效应力原理，在地基总应 应力增加，堆载所引起的超静孔隙水压力 力不变条件下，由于抽真空而引起 逐渐消散而使有效应力增加； 的负孔隙水压力逐渐消散而使有效 应力增加；
真空预压法——主要优点
(2)堆载预压过程中，一方面土体强度在提 (2)预压过程中，有效应力增量是各 高，另一方面随堆载增加剪应力也在增大， 向相同的，剪应力不增加，不会引 当剪应力达到土的抗剪强度时，土体即发 起土体的剪切破坏； 生剪切破坏
18
堆载预压法——确定堆载
①堆载的大小：
对变形要求不高的工程，采用等载预压，
按照结构对变形的要求，工程上一般采用：
与建筑物基底压力大小相同，堆载高度
h
q
s
h1
②对变形要求较高的工程、地
q 基为欠固结土，采用超载预压， h h 1 h 2 堆载高度 s 19
堆载预压法——确定堆载
( Cul W cos tg W U cos tg ) ( C l W ) cos tg ( W W ) sin W sin
B Ii IIi i A
C
C bi II堆载 A WIi WIIi B α
li
I地基
31
堆载预压法——工法的质量控制
第一级荷载的施工时间：
T p1 / q1 1
22
堆载预压法——确定堆载
计算第一级加载结束时地基的平均固结
度：
p1 ___ U1 U p
___
对总平均固结度的要求： （a）一般情况要求≥(70%~75%);
（b）对变形要求高的工程，应达到80%~90%。
23
堆载预压法——确定堆载
34
真空预压法——主要优点
（ 1 ）本工法的真空负压的施加，不会导致
土体中剪应力的增加，故不会发生土体失稳 破坏，为此预压荷载不须分级，可一次到位； （ 2 ）对真空预压而言，土体越软，抽取的 真空度越高，土层的收缩变形越大； （ 3 ）本工法是内挤的收缩变形，故不会发 生因侧向挤出而引起的竖向附加沉降； （ 4 ）本工法加固的土体的孔隙压密程度较 高，在相同情况下，真空预压的压密效果比 堆载预压法好； （5）本工法的工期短。
9
预压法——概述
（2）各部分的作用：
①排水系统：
改变地基原有的排水边界条件，缩短 排水路径，加速软土固结; ②加压系统： 对地基施加预压或真空负压，使地基 土中的大部分孔隙水在预压荷载作用 下排出，土颗粒被压缩，地基土得以 固结。
10
预压法——堆载预压法
1、适用条件
2、堆载预压法设计
分级加载时的固结度计算：
在实际工程中，荷载往往是分级施加的，
任意 t 时刻的固结度按 JGJ79-91 的 P12 的 公式计算：
q T T t i i i 1 U [( T T ) e ( e e )] t i i 1 p i 1
实际工程中，应通过现场原位测试来保
证工法的质量。现场观测主要包括： 沉降观测； 边桩位移测定； 孔隙水压力控制； 有条件的工程，还需做现场静力触探 和十字板剪切试验； 卸载时间确定。
32
预压法——真空预压法
1、基本原理
2、主要优点（和堆载预压法相比） 3、适用条件 4、施工工序 5、沉降计算
变形且抗剪强度会持续增长的土类的地 基处理，如：淤泥、淤泥质土、新吹填 的饱和软土。
6
预压法——概述
3、预压法的分类： （1）按预压荷载的大小来分：
预压荷载<使用荷载→欠载预压法 预压荷载=使用荷载→等载预压法 预压荷载>使用荷载→超载预压法
（2）按预压荷载种类来分： 堆载预压法：荷载为堆载 真空预压法：荷载为真空负压 降水预压法
②堆载范围
不应小于建筑物基础边缘所包围的范围； ③加载速率 应与地基土增长的强度相适应，对加载的
各阶段应进行抗滑稳定分析； ④制定分级预压计划。
20
堆载预压法——确定堆载
分级预压计划的制定的步骤：
首先根据场地的野外十字板剪切试验资料，经
统计，得出Sv沿深度的变化规律：Sv=A+BZ Sv=A+BZ 得到后，根据计算或参考邻近场地 同类地基现场监测资料，确定最不利局部失稳 的位置（如：此位置在基底以下深度为 h 处）； 计算第一级堆载的大小、速率及时间； 计算第一级加载结束时地基的平均固结度； 估算第二级荷载及其它各级荷载； 绘制出p~t加荷计划图。
n ____
28
堆载预压法——沉降计算
①对于预压荷载下的最终沉降量，先按
单向压缩分层总和法计算： n e e 0 i 1 i S h C i e i 1 1 0 i
然后考虑其它影响因素，得
S SC
② t时刻地百度文库的沉降量
___ p t S [( 1 ) U S t] t c p
33
真空预压法——基本原理
在软土上铺设一层 0.4~0.5m 中粗砂透水层；
打设砂井或塑料排水板，在砂垫层内应铺
设排水滤管网； 再在其上覆盖2~3层真空膜； 最后借助真空泵（射流泵）抽气，因而在 膜内形成大气压差； 由于砂垫层和竖向排水系统与地基土界面 存在这一压差，土中的孔隙水发生向竖井 的渗流，使孔隙水压力不断降低，有效应 力不断提高而使土体逐渐固结。
21
堆载预压法——确定堆载
取h/2深度处的土的抗剪强度作为估算施加
第一级荷载p1的初始抗剪强度Cu0，若为长 条形荷载（如坝、堤、路基荷载）
5 .52 Cu 0 p p 1 1 K
第一级筑堤高度：
p1 h1 s
第一级加载确定后，估算第一级加载速率：
对软粘土，第一级加载速率不宜太快，宜控 制在 q 2~3 kPa /day 1
授课对象：水工专业2003级 任课教师：王润英 时间：2006年4月~2006年5月
授课内容及安排
第六节 预压法（排水固结法） 一、概述
二、堆载预压法
三、真空预压法
四、低位真空预压法 五、土地资源生态再生技术 1、问题的提出 2、常规预压法与土地资源再生 3、低位真空预压法与土地资源再生
估算第二级荷载 ：
第一级加载结束，间歇一段时间后到施
Cu ( Cu p U k ) 1 1 0 1 1
第二级加载为 以此类推
加第二级荷载前，此时地基土的抗剪强 度将增加到Cu1： sin cos
___
k 1
1sin
5.52 Cu 1 p2 K
经第二级加载后总的预压荷载
2
预压法——概述
1、预压法的加固原理
2、预压法的适用条件 3、预压法的分类 4、预压系统的组成及各部分的功用
3
预压法——概述
1、加固原理：
对天然地基，或先在地基中设置砂井、塑
料排水板等竖向排水设施， 然后利用建筑物本身重量分级加载，或在 建筑物建造之前，在场地先行加载预压， 使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基 发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
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预压法——概述
真空预压法：荷载为真空负压
传统真空预压法：水平滤网设在软土 之上的砂层中间 低位真空预压法：水平滤网设在软土 之下
8
预压法——概述
4、组成及各部分的作用及适用范围：
（1）组成 ①排水系统:
竖向排水井：普通/袋装砂井、塑料排 水板 水平排水层：砂垫层、水平滤管网 ②加压系统： 堆载、真空预压、降低地下水位等
i Ii i u IIi i
( W W ) sin W sin
B Ii IIi i IIi i A B
Cu m Cu i B C
IIi
i
C
30
堆载预压法——地基稳定分析
B ___ C A K h i Ii i u IIi i Cu m Cu i B C IIi i B IIi i
29
堆载预压法——地基稳定分析
设有塑料排水板的地基，由于有良好的
排水条件，故在做稳定分析时，还应考 虑在预压荷载作用下土体产生固结引起 土的强度增长的影响：
B ___ C
A K h
( Cul W cos tg W U cos tg ) ( C l W ) cos tg
p p p 2 2 1
p p p i i 1 i
24
堆载预压法——确定堆载
⑥根据
和每级加载时间Ti及加载后的 间歇时间，即可绘制出p~t加荷计划图。
i
P ∑Δ P
q
t ∑T
25
堆载预压法——固结度计算
固结度：在某一固结应力下，经某一时
间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散 的程度，任一深度 z 处经过时间 t 后的固 结度为： u u u 0
U Z u 0 1 u 0
对单向固结，土层的平均固结度：
St U S
__
26
堆载预压法——固结度计算
荷载一次到位时的固结度计算：
当地基抗剪强度较高而堆载较小时，堆载预
压荷载可一次到位，否则要分级加载；
①竖向平均固结度：
8m 1 U 1 2 e V 2 m m 1 , 3 , ____
方形排列; 等边三角形布置：de=1.05s 正方形布置：de=1.13s
17
深度L：
堆载预压法——竖向排水体设计
根据建筑物对地基的稳定性和变形的要
求及软土层深度确定: 软土层不厚： L可由软土层厚度决定而贯穿软土； 软土层较厚： L应根据结构对变形和稳定的要求决定； 软土层很厚（>20m）： 由于此时的径向平均固结效应已很小， 故穿越软土的意义不大，可采用超载 预压解决。
4
预压法——概述
加固作用：
（1）沉降问题：使地基的沉降在加载预
压期间大部分或基本完成，使建筑物在 使用期间不至于产生不利的沉降和沉降 差。 （2）稳定问题：加速地基土抗剪强度的 增长，从而提高地基的承载力和稳定性。
5
预压法——概述
2、适用条件：
总的来讲，预压法适用于： 在持续荷载下土的体积会发生很大压缩
①选择竖向排水体
②确定竖向排水体的设计参数：
（a）直径 （b）间距s （c）深度L
13
堆载预压法——竖向排水体设计
选择砂井或塑料排水袋等竖向排水体;
若软土层厚度不大或软土层含较多薄粉
砂夹层，预计固结速率能满足工期要求， 可不设置竖向排水体; 对于深厚的软粘土地基，为了加速软土 地基的固结过程，提高预压效果，一般 常在地基内设置竖向排水体。
14
堆载预压法——竖向排水体设计
普通砂井直径取300~500mm；
袋装砂井直径取70~100mm；
塑料排水板的当量换算直径
D P
2 ( b )
芯板
滤布
4 100
复合型塑料排水带
15
堆载预压法——竖向排水体设计
间距s：
间距根据地基土的固结特性和预定
时间内所要求达到的固结度确定。 通常按井径比n=de/dw确定：
普通砂井的间距 s 按 n=6~8 采用，常用 2~4m；
袋装砂井的间距 s 按 n=15~20 采用，一般为
1~2m； 塑料排水带的间距 s 按 n=15~20 采用，实际 工程中，常取在1.0~1.5m之间。
16
堆载预压法——竖向排水体设计
de为一根砂井的有效排水圆柱体的直径; 砂井的平面布置可采用等边三角形或正
（1）竖向排水体设计 （2）确定加载的数量、范围、速率和 预压时间 （3）计算地基的固结度、强度增长、 抗滑稳定和变形 （4）工法的质量控制
11
预压法——堆载预压法——适用条件
除了预压法的总的适用条件外，还
有：
（1）要有价格便宜的堆载； （2）要有足够长的预压时间。
12
堆载预压法——竖向排水体设计
22 m T V 4
____ 8 c t V U 1 2 e , T V V 2 H
2T V
4
②径向平均固结度 ：
Ur 1e
____
____
8T h F n
③总的平均固结度 ：
U 1 ( 1 U )( 1 U ) V r
27
__
__
堆载预压法——固结度计算
35
堆 载 预 压
真 空 预 压
(1)根据有效应力原理，由于堆载，地基总 (1)根据有效应力原理，在地基总应 应力增加，堆载所引起的超静孔隙水压力 力不变条件下，由于抽真空而引起 逐渐消散而使有效应力增加； 的负孔隙水压力逐渐消散而使有效 应力增加；
真空预压法——主要优点
(2)堆载预压过程中，一方面土体强度在提 (2)预压过程中，有效应力增量是各 高，另一方面随堆载增加剪应力也在增大， 向相同的，剪应力不增加，不会引 当剪应力达到土的抗剪强度时，土体即发 起土体的剪切破坏； 生剪切破坏
18
堆载预压法——确定堆载
①堆载的大小：
对变形要求不高的工程，采用等载预压，
按照结构对变形的要求，工程上一般采用：
与建筑物基底压力大小相同，堆载高度
h
q
s
h1
②对变形要求较高的工程、地
q 基为欠固结土，采用超载预压， h h 1 h 2 堆载高度 s 19
堆载预压法——确定堆载
( Cul W cos tg W U cos tg ) ( C l W ) cos tg ( W W ) sin W sin
B Ii IIi i A
C
C bi II堆载 A WIi WIIi B α
li
I地基
31
堆载预压法——工法的质量控制
第一级荷载的施工时间：
T p1 / q1 1
22
堆载预压法——确定堆载
计算第一级加载结束时地基的平均固结
度：
p1 ___ U1 U p
___
对总平均固结度的要求： （a）一般情况要求≥(70%~75%);
（b）对变形要求高的工程，应达到80%~90%。
23
堆载预压法——确定堆载
34
真空预压法——主要优点
（ 1 ）本工法的真空负压的施加，不会导致
土体中剪应力的增加，故不会发生土体失稳 破坏，为此预压荷载不须分级，可一次到位； （ 2 ）对真空预压而言，土体越软，抽取的 真空度越高，土层的收缩变形越大； （ 3 ）本工法是内挤的收缩变形，故不会发 生因侧向挤出而引起的竖向附加沉降； （ 4 ）本工法加固的土体的孔隙压密程度较 高，在相同情况下，真空预压的压密效果比 堆载预压法好； （5）本工法的工期短。
9
预压法——概述
（2）各部分的作用：
①排水系统：
改变地基原有的排水边界条件，缩短 排水路径，加速软土固结; ②加压系统： 对地基施加预压或真空负压，使地基 土中的大部分孔隙水在预压荷载作用 下排出，土颗粒被压缩，地基土得以 固结。
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预压法——堆载预压法
1、适用条件
2、堆载预压法设计
分级加载时的固结度计算：
在实际工程中，荷载往往是分级施加的，
任意 t 时刻的固结度按 JGJ79-91 的 P12 的 公式计算：
q T T t i i i 1 U [( T T ) e ( e e )] t i i 1 p i 1
实际工程中，应通过现场原位测试来保
证工法的质量。现场观测主要包括： 沉降观测； 边桩位移测定； 孔隙水压力控制； 有条件的工程，还需做现场静力触探 和十字板剪切试验； 卸载时间确定。
32
预压法——真空预压法
1、基本原理
2、主要优点（和堆载预压法相比） 3、适用条件 4、施工工序 5、沉降计算
变形且抗剪强度会持续增长的土类的地 基处理，如：淤泥、淤泥质土、新吹填 的饱和软土。
6
预压法——概述
3、预压法的分类： （1）按预压荷载的大小来分：
预压荷载<使用荷载→欠载预压法 预压荷载=使用荷载→等载预压法 预压荷载>使用荷载→超载预压法
（2）按预压荷载种类来分： 堆载预压法：荷载为堆载 真空预压法：荷载为真空负压 降水预压法
②堆载范围
不应小于建筑物基础边缘所包围的范围； ③加载速率 应与地基土增长的强度相适应，对加载的
各阶段应进行抗滑稳定分析； ④制定分级预压计划。
20
堆载预压法——确定堆载
分级预压计划的制定的步骤：
首先根据场地的野外十字板剪切试验资料，经
统计，得出Sv沿深度的变化规律：Sv=A+BZ Sv=A+BZ 得到后，根据计算或参考邻近场地 同类地基现场监测资料，确定最不利局部失稳 的位置（如：此位置在基底以下深度为 h 处）； 计算第一级堆载的大小、速率及时间； 计算第一级加载结束时地基的平均固结度； 估算第二级荷载及其它各级荷载； 绘制出p~t加荷计划图。
n ____
28
堆载预压法——沉降计算
①对于预压荷载下的最终沉降量，先按
单向压缩分层总和法计算： n e e 0 i 1 i S h C i e i 1 1 0 i
然后考虑其它影响因素，得
S SC
② t时刻地百度文库的沉降量
___ p t S [( 1 ) U S t] t c p
33
真空预压法——基本原理
在软土上铺设一层 0.4~0.5m 中粗砂透水层；
打设砂井或塑料排水板，在砂垫层内应铺
设排水滤管网； 再在其上覆盖2~3层真空膜； 最后借助真空泵（射流泵）抽气，因而在 膜内形成大气压差； 由于砂垫层和竖向排水系统与地基土界面 存在这一压差，土中的孔隙水发生向竖井 的渗流，使孔隙水压力不断降低，有效应 力不断提高而使土体逐渐固结。
21
堆载预压法——确定堆载
取h/2深度处的土的抗剪强度作为估算施加
第一级荷载p1的初始抗剪强度Cu0，若为长 条形荷载（如坝、堤、路基荷载）
5 .52 Cu 0 p p 1 1 K
第一级筑堤高度：
p1 h1 s
第一级加载确定后，估算第一级加载速率：
对软粘土，第一级加载速率不宜太快，宜控 制在 q 2~3 kPa /day 1