堆载预压与真空预压加固软土地基的
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真空联合堆载预压法软土地基处理施工技术摘要:高速公路路基施工阶段,常会遇见软弱地质土层,如果弱地基处理方案不适当,在车辆载荷的持续影响下,容易出现不均匀沉降,导致高速公路路面裂缝、坑槽等病害,严重影响公路路用性能和使用安全。
现阶段,针对软土路基的加固补强方法很多,其中堆载预压可以产生超净孔隙水压力,加速路基排水固结,从而有效增大路基中有效应力,提高其结构稳定性。
在高速公路软土路基加固方面,土石堆载预压应用广泛,但堆载预压结束后必须将土石装运到指定的场地,不但需要消耗大量的土方,而且会占用土地资源。
如果工程项目本身土地资源紧张,但水资源丰富,则可以充分利用水资源装载水袋,结合真空联合堆载预压法两种方式,采用联合堆载预压施工技术。
基于此,本篇文章对真空联合堆载预压法软土地基处理施工技术进行研究,以供参考。
关键词:真空法;堆载预压法;软土地基;处理施工技术引言软土在我国东南沿海地区分部广泛,因其承载能力较差,需要对软土地基进行加固处理方能进行建筑施工。
真空联合堆载预压法以其施工简单、工期短、加固效果良好等优点得到了广泛的应用。
真空联合堆载预压法施工通过大型机械在软土路基中打设竖向排水井,随后通过在软土路基上一定方式的加荷,逐步排出软弱黏土层中的孔隙水,最终软土路基得到了固结压缩,路基强度得到了大幅度提高、减少了工后沉降及不均匀沉降。
真空联合堆载预压处理软土路基能有效地解决工后沉降过大、路堤施工稳定性及工期过长的问题。
然而,在实际工程施工过程中,部分施工企业并未真正掌握该方法的本质,盲目加快堆载的速度,不控制加荷速率,导致出现一些路堤滑坡、塌方等事故。
因为,本文探究真空联合堆载预压法软土地基处理施工技术的应用分析。
1软土地基1.1软土地基危害分析含水量比较高所带来的危害。
因为软土地基含水量通常在35%~75%之间,使得部分地区的软基出现流动现象,地基稳定性明显下降,一旦受到外界压力,会给地基的正常施工带来较大影响。
真空联合堆载预压法处理软土地基的施工与检测一、真空联合堆载预压法概述真空排水预压法加固软土地基属于排水固结法的一种。
运用该法加固软土地基时,先在欲加固的软土地基上按一定间距打设塑料排水板或袋装砂井(统称垂直排水通道),然后在地面上铺设一定厚度的砂垫层,再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上,借助于埋设在砂垫层中的管道,通过抽真空装置将膜下的空气和水抽出,使土体得以排水固结。
真空联合堆载预压法是利用抽真空来加固软土地基的一种较为经济高效的软土地基加固方法。
适合加固含水量较高的软土地基。
该处理方法近年来建设的青岛市滨海公路(南段)工程、青岛经济技术开发区北部工业园主干道路网工程以及与本工程临近的青岛出口加工区南海一路及其区内主要路网等软路基处理工程中均部分采用了该处理方法,本次在双高公路和双积公路的建设中得到了大范围的应用。
二、项目概况和技术内容青岛双高公路和双积公路的工程地质勘察结果表明,项目所在地基本为海湾滩涂、虾池和盐田等,软土层含水量大,强度低, 属高压缩或中等压缩性软土,该路段在上部填土,路面结构以及使用荷载作用下,将产生较大的沉降。
在上部建构筑物建设之前,需要进行以消除沉降,提高土体强度为主要目的的软基处理。
根据青岛高新区双高公路和双积公路的工程地质勘察结果及项目施工进度安排,经过比选,最终选用真空联合堆载预压法处理一般路基范围的软土地基,桥头区域内的软土地基采用水泥搅拌桩复合地基法处理。
采用真空联合堆载预压方案,即在软土预压区四周设置粘土帷幕,然后打设塑料排水板,铺设密封膜并抽真空,利用大气负压代替堆载对软基进行预压,并联合30 kPa 的堆载,使软基中的孔隙水固结排出,达到消除沉降,提高土体强度的目的。
三、施工工艺及技术要求1、施工工艺场地地表水疏干―场地平整f铺设一层土工布―铺设下层风化砂垫层f铺设下层排水砂垫层f粘土帷幕、打设塑料排水板(机具就位f定位f塑料排水板穿靴f沉管f拔管f割断塑料排水板)f观测设备埋设f埋设真空分布管f铺设上层排水砂垫层f铺设密封膜f真空泵安装连接f抽真空f堆载预压(分层填筑)f监测f横向粘土帷幕桩加固f卸载2、施工技术要求:1)铺设垫层之前,必须先进行场地地表水疏干、整平场地,铺设一层土工布,其上铺设下垫层(风化砂,颗粒均匀,无硬块)2)排水砂垫层应采用透水性好的中粗砂,其渗透系数不小于1.0 x 10-2cm/s,能起到一定反滤作用,避免土颗粒渗入垫层的空隙中阻塞排水通道。
一、绪论预压法是在建筑物建造前;对天然地基或对已设的各种排水体如砂井和排水垫层等的地基施加预压荷载如堆载;真空预压或联合预压;使土体固结沉降基本完成或完成大部分;从而提高地基土强度的一种地基处理方法..排水固结法是一种新兴的软基加固方法;此法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体;通过预先在地表进行加载预压或利用建构筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐排出;土体逐渐固结;地基土逐渐压密;强度逐步提高的方法..因其处理的地基面积大且兼有投资小、见效快、施工简单的特点;所以广泛应用于高速公路和水利堤坝等建筑工程中..排水固结法中的堆载预压法和真空预压法是常用的两种方法;本文将从加固的机理、侧向变形、施工工期和加固效果、应力变化多方面对这两种不同的处理方法进行比较和分析..二、真空预压和堆载预压的机理分析1、土体的假定为了便于说明问题;对土作如下假定:1土是弹性体;2土是均质、各向同性且饱和;3土的压缩完全由孔隙体积的减小引起;土粒和孔隙水是不可压缩的;4堆载是一次瞬时施加..2、堆载预压法的加固机理堆载预压是在增加土体总压力的基础上;来增加土体的有效应力..以土料、砂料或路堤自身作为荷载;对被加固的路基进行预压..软土地基在此附加荷载作用下;产生正的超孔隙水压力..经过一段时间后;超孔隙水压力逐渐消散;土中有效应力不断增长;地基土得以固结;产生垂直变形;同时强度也得到提高.用堆载预压法进行加固正常固结土地基的情形如图2所示;图中的塑料排水板是为了缩短加固时间、加快固结过程而设置因此;经过堆载预压加固的土体强度得到了提高..3. 真空预压机理真空预压和堆载预压同属于排水固结法;真空预压时;我们在加固区的地面上抽真空造成负压;土体孔压逐渐降低;降低的孔压转变为土体的有效应力;这就是真空预压使土体产生固结的基本原理.. 真空预压法早在1952年由瑞典土工研究所的Kjiellman教授提出:他阐述了在真空预压过程中孔隙水压力降低、有效应力增加的正确观点..在软基中设置竖向排水通道砂井或塑料排水板等然后在地面铺一层砂垫层;再在其上覆盖一层不透气的薄膜;在膜下抽真空;形成压力差;这个压力差称之为“真空度”;在砂垫层中形成的真空度通过垂直排水通道向下传递;从而引起土中孔隙水压力降低;使土体孔隙中的气和水沿着垂直排水通道渗流;最后汇至砂垫层被泵抽出;达到排水固结的效果;如图3所示:在真空预压加固完成;土体固结完成后;相应的有效应力圆移到位置2处;从图4可知;加固后平均应力增大了;但应力圆的半径没有变化;这表明地基土的强度增大了;而剪应力却没增大;所以在加固过程中不会出现地基失稳的情形..当停止抽真空后;被加固的土体由正常固结状态变成超固结状态.士体中的强度沿超固结强度包络线返回到图4中的E点;E点比I点具有更高的抗剪强度;因此;经过真空预压加固的土体强度得到了提高..三、真空预压和堆载预压的异同比较和分析1 机理过程的比较从上述的比较可知;真空预压法和堆载预压法加固土体的固结过程相似;只是初始条件、边界条件不同..2 适用条件的比较堆载预压对所加固的土层没有特别的要求..而真空预压则要求在所加固的土层范围内不能出现有足够水源补给的透水层如夹砂层;透水层的存在会影响密封效果;进而影响真空度和加固效果..因此在决定采取真空预压处理方案前一定要查明地质情况;确保加固范围土层的“密封”性..3 侧向变形的比较3.1 堆载预压法的侧向变形在堆载预压法中;加固后在距离地表一定深度的点;水平向有效应力的增量△..的衰减大于竖向有效应力的增量△的衰减;所以侧向变形呈膨胀趋势;土体产生朝加固区向外的位移..3.2 真空预压法的侧向变形对真空预压法来说;由于土体增加的有效应力是球应力;各方向增量均相等;因此只产生侧线收缩变形;土体产生朝加固区向内的位移..3.3 结论由于有效应力变化情况不同;真空预压产生的土体变形情况不同于堆载预压..真空预压时;土体受到各向相等的固结压力发生固结并产生整体收缩现象;因而在发生沉降的同时也产生向里的水平位移..而堆载预压产生的固结压力是不等向的;除了加固区中心地表以下的浅层土体单元外;一般开始时都要产生侧向膨胀;根据实测和计算结果;真空预压时最大的水平位移一般发生在加固区边缘的地基表面;堆载预压时最大的水平位移并非在地表;而是在地表以下一定深度处..真空预压时;周围土体由于产生收缩变形而开裂;裂缝一般平行于加固区的边线..堆载预压时;堆载区周围的土体由于侧向挤出而发生隆起变形..在产生相同垂直变形的情况下;真空预压法的加固效果要好于堆载预压法..4 加载方式的比较由于真空预压时土体不会产生剪应力;即使真空荷载一次性施加上去;地基土也不会发生剪切破坏;从而可以缩短工期..而堆载预压时则必须控制加载速率;使荷载增加的速度与地基土强度增加的速度相适应..5 施工工期和加固效果的比较由于堆载预压过程中土体容易发生失稳剪切破坏;所以要控制堆载的速率;进行分级加载..而真空预压过程中不会出现失稳的情况;无需分级加载;因此在相同的条件下真空预压的施工工期要短于堆载预压的工期..许多室内和现场试验都证明饱和软粘土的剪应力的增大会引起剪切蠕动从而导致强度衰减 ..真空预压法中土的强度增长是在等向固结过程中实现的;抗剪强度提高的同时不会伴随剪应力的增大;从而不会产生剪切蠕动现象;也.就不会导致抗剪强度的衰减;而堆载预压法则相反;所以在同样的情况下;真空预压法处理的地基的抗剪强度增长率比堆载排水预压法要大..堆载预压法中土体是向着加固区外移动的;而真空预压中土体是向着加固区内移动的;所以二者发生相同的垂直变形时;真空预压法加固的土体密度更高..四、结束语堆载预压法是通过增加土体中的总应力来提高土中的孔隙水压力;等增加的孔隙水压力消散后才增加土体的有效应力;而真空预压法则是保持总应力不变;降低了孔隙水压力;一开始就增加了有效应力;从而很好地解决了路堤填土中工程进度与施工质量、安全之间的矛盾..在目前高速公路建设工期紧张的情况下;真空预压法能争取到较大的预压期;这对减小工后沉降是有益的..真空预压施工设备简单;费用省;其最显着的特点是无需大量加载材料;但真空度的提高和维持受到客观环境影响较大;难以有效控制.同时预压值廿土受到一定限制且对深层软土的处理效果较差..纯堆载顶压处理在加固深厚软土地基时比真空顶压处理优势明显..现将二者的异同整理如下:1堆载预压法中;土体中的总应力是增加的;而真空预压法中总应力没有增加..2堆载预压法中;土体孔隙中形成的超孔隙水应力是正值;而真空预压法中;土体孔隙中形成的超孔隙水应力是负值..3堆载预压法中;超孔隙水应力消散而使有效应力增加;真空预压法中;有效应力增加是依赖孔隙水应力的降低来实现的..4堆载预压法中;必须控制加荷速率;一般荷载是要分级施加的;真空预压法中..可连续抽真空至最大真空度..5堆载预压法对地基的天然抗剪强度有一定的要求;真空预压法对地基的天然抗剪强度没有要求;但加固范围内不能有强含水层存在..6真空预压法和堆载预压法都属于排水固结法;真空预压法是通过降低土体中的孔压来达到加固土体的目的;而堆载预压法则是通过增加土体中的总应力来达到加固土体目的..7真空预压和堆载预压在土体中产生的强度和变形规律并不一样..真空预压使土体产生等向压缩;不会产生剪应力;因此真空预压更适合于工期要求紧的超软地基加固..8真空预压时;加固区内的地下水位并没有降低;降低的只是孔隙水压力中的大气压力部分;因此;加固区中的土体可以按饱和土体考虑..9在加固区周围;土体中的水位可能会降低;并对加固区和周围的土体产生一定的影响;应重视真空预压与边界的相互影响关系;边界的密封与否是真空预压成败的关键因素..10堆载预压的有效加固深度取决于堆载在土体中产生附加应力的大小;真空预压的有效加固深度则取决于砂井的阻力和土体的渗透系数;对于一般的软土地基;可以认为其加固深度与砂井的打设长度基本一致..11由于加固机理不同;真空预压的加固效果并不能简单地认为与垂直压力相同的堆载预压相同;应该进行进一步的理论研究和试验工作;在此基础上研究真空预压固结变形和强度增长的常规算法;以便于工程应用..。
真空预压法和堆载预压法的比较摘要:真空预压法在沿海地区处理软土地基得到了广泛的运用。
文章通过真空预压法和堆载预压法从预压效果、施工时间、加固费用等方面进行的对比,得出在处理浙江舟山沿海地区的软土地基时,真空预压法要优于堆载预压法,有着固结速度快、施工时间短、加固效果好、抗稳定性强和经济效益高的优势。
关键词:真空预压法、堆载预压法、比较、软土地基目前处理软土地基国内有多种方法,主要有真空预压法、堆载预压法、水泥土搅拌法、强夯法和强夯置换法等加固方法。
而真空预压法对浙江舟山沿海地区的软土地基处理有着不错的效果。
1 工程概况浙江舟山煤炭中转码头工程位于浙江省舟山岛南部的六横岛,工程处理范围为1441m×565m,面积81.42万㎡。
拟建堆场位于现有海堤内的盐田或虾塘和海堤外的海涂上,地势平缓。
浅部主要分布淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土等,具有含水量高(40%~50%)、孔隙比大(大于1.3)、天然强度低(40~50KPa)、压缩性大(2.0MPa-1)、厚度大(20m~30m)等特点,工程陆域的形成采用吹填砂和回填开山宕渣相结合的方案。
如何快速有效的对地基处理是整个工程顺利进行的关键。
2 真空预压法和堆载预压法的优劣堆载预压法加固地基过程中工期相对较长,需大量的预压材料,运输不便,投资较大。
但其优点是最大预压荷载不受限制,施工工艺简单,加固效果显著,有效加固深度深,工后沉降小等优点。
而真空预压法与堆载预压法相比,具有工期短、加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象、有效加固深度深,工后沉降小等优点,其最大缺点是预压荷载偏小(可达到80 KPa左右),施工工艺及流程复杂【1】。
因为工程要求地基具有一定的承载力, 并不得发生影响其正常工作的不均匀沉降。
我们最终采用了如下处理方法:吹填部分采用真空预压法加固,回填部分采用堆载预压法加固。
图1 堆场预压分区图3 真空预压法和堆载预压法的施工简述堆场预压分区详见图1。
2024年一级建造师之一建港口与航道工程实务高分题库附精品答案单选题(共45题)1、勘察点的布置应根据不同勘探阶段的要求和疏浚区的地形、地貌和岩土层的复杂程度确定,孤立勘探区的钻孔应至少布置()。
A.3个B.4个C.5个D.6个【答案】 A2、水上施工作业安全要求中。
施工现场()应向参加施工的工程船舶及水上、水下作业人员进行施工安全技术措施交底。
A.安全负责人B.项目经理C.技术负责人D.船机负责人【答案】 C3、某港口码头堆场,填土碾压密实。
击实试验测得回填土的最大干密度为1.80g/cm3;碾压后,现场取土样重450.89,测得其体积为232.9cm3,含水量为12%,其碾压密实度为()。
A.92%B.94%C.96%D.98%【答案】 C4、重力式码头后方抛填棱体的作用是()。
A.防止回填土的流失B.对地基压载加固C.降低墙后主动土压力D.防止地基沉降【答案】 C5、日潮港湾在半个月中有多数天数在太阴日中只有一次高潮和低潮,其余天数为()。
A.正规半日潮混合潮B.正规日潮混合潮C.不正规半日潮混合潮D.不正规日潮混合潮【答案】 C6、单位工程完工后,应由()组织相关人员进行质量检验。
A.施工单位B.建设单位C.监理单位D.交通主管部门或其委托的质监机构【答案】 A7、下列保函形式中,()不是我国港口与航道工程的工程担保保函形式。
A.投标保函B.履约保函C.预付款保函D.质量保函【答案】 D8、在沿海港口建设工程概算中,下列选项不在其他项目费用中的是( )。
A.前期工作费B.物价上涨费C.勘察设计费D.招商代理费【答案】 B9、高桩码头构件存放场多层堆放预制构件时,各层垫木应位于()。
A.同一垂直面上,其位置偏差不应超过±100mmB.同一垂直面上,其位置偏差不应超过±200mmC.同一水平面上,其位置偏差不应超过±100mmD.同一水平面上,其位置偏差不应超过±200mm【答案】 B10、我国南方海港的水位变动区,当构件的箍筋为直径8mm 时,主筋保护层的最小厚度A.45mmB.50mmC.55mmD.60mm【答案】 C11、采用爆破排淤填石法改良地基,在确定一次爆破药量时,应按要求进行(),当不能满足时,可采用多段微差爆破工艺减少一次爆破药量,或采取气幕防护措施降低爆破地震波与冲击波对建筑物的影响。
2023年一级建造师之一建港口与航道工程实务通关题库(附答案)单选题(共40题)1、()不属大型施工船舶。
A.起重船B.打桩船C.大型交通船D.挖泥船【答案】 C2、斜坡堤水下土工织物铺设后应()。
A.及时抛(回)填,以便下道工序施工B.及时抛(回)填,防止风浪损坏C.裸露一段时间,以便施工检查D.裸露一段时间,以便下道工序施工【答案】 B3、围堰施工应在()后实施。
A.陆域地形测量完成B.典型施工完成C.借土区落实D.基坑施工方案批准【答案】 D4、编制概算时,应用本定额算出定额直接费和基价定额直接费后()。
A.即可应用B.乘以扩大系数C.乘以折减系数D.分不同情况分别乘以系数【答案】 B5、高性能混凝土水泥用量215kg/m3,磨细矿渣245kg/m3,硅灰20kg/m3,拌和水168kg/m3,A.0.30B.0.35C.0.37D.0.40【答案】 B6、粗、细骨料一个抽样批的最大数量是()。
A.100m3B.200m3C.300m3D.400m3【答案】 D7、我国现行《港口工程结构可靠性设计统一标准》GB 50158规定,永久性港口工程结构的设计使用年限为()年。
A.20B.30C.50D.100【答案】 C8、沉桩时,发现桩、锤、桩架有异常,应()。
A.立即停锤B.立即向监理报告C.密切注意观察D.立即向业主报告【答案】 A9、液性指数五说明土的软硬程度,用于确定()的状态和单桩极限承载力。
A.砂性土B.黏性土C.粉土D.淤泥性土【答案】 B10、港航工程大体积混凝土构筑物不正确的防裂措施是()。
A.增加混凝土的单位水泥用量B.选用线胀系数小的骨料C.在素混凝土中掺块石D.适当增加粉煤灰用量【答案】 A11、根据《中华人民共和国港口法》,未经依法批准在港口进行可能危及港口安全的爆破活动的,由()责令停止违法行为。
A.港口行政管理部门B.海事管理机构C.当地公安部门D.安全生产监督管理部门【答案】 A12、强夯处理范围应大于建筑物基础范围,每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理A.1mB.3mC.5mD.10m【答案】 B13、在整治汊道进口段卵石浅滩时,为拦截横流、调整流向宜建()。
【创新与发展】住宅与房地产2019年2月真空预压与堆载预压的比较分析李小红(广东中弘建设工程有限公司,广东 东莞 523000)摘要:文章介绍了真空预压和堆载预压的异同。
以其核心施工原理为分析对象,对比两种施工方法的作用机理、施工工艺、施工难度及工程预算,并得出施工过程的应用结论,并对两项技术的发展作出展望。
关键词:软土地基;加固;真空;堆载中图分类号:TU472.3+3 文献标志码:A 文章编号:1006-6012(2019)02-0252-011 技术背景我国地域广阔,不同的地区因为地质地理等各种条件影响下,形成了存在显著地域性的各类型土,而软土常分布在中国内陆和沿海地区。
从市政道路的施工经验来看,道路路基工后沉降和不均匀沉降最难控制的区域主要是集中在软土地区, 在软土上建造的道路通常具有过多的路堤沉降并且难以稳定。
出于对工程安全因素和行车舒适性考虑,软基地质必须经过进一步的处理,才能在其上修筑道路。
2 核心技术原理比较鉴于上文提及的道路的路基建设对地基的要求比较高,对路基工后沉降的要求极为严格,当天然基础不能满足要求时,需要对地基进行特殊处理。
软土地基加固的成本通常占据总成本的很大一部分。
将直接关系到投资的大小甚至工程的成败。
真空预压法和堆载预压法是我国软基处理的最常用的两种方法,下面将对这两种方式进行对照,并说明这两种常用软基处理方式的应用前提和前景。
2.1 作用机理比较真空预压方法是为了使待处理的软基与空气隔绝,在上面覆盖一层或多层不透气薄膜。
然后使用真空泵及设置在垫层中的管道,在砂垫层及排水通道里形成较高的真空度,让地基的孔隙水从土壤中排出并逐渐从排水通道中漏出,从而达到土体固结,增强软基的目的。
加固效果主要取决于真空的稳定维护和有效传递[1]。
预压方法是采用堆载的方式在软土地基上施加相等或超载荷载,并通过增加土壤中的总应力来促进土壤中孔隙水的排放。
它通常采用分级加载方法,加固效果主要取决于堆载的荷载的大小和超孔隙水压力的消散程度[2]。
堆载预压与真空预压加固软土地基的沉降计算与分析摘要:本文主要介绍了堆载预压和真空预压加固软土地基的基本原理以及相关的沉降计算方法,对两种方法进行比较,并对真空-堆载联合预压的基本原理和沉降计算进行了一些分析。
关键词:堆载预压;真空预压;沉降计算;真空-堆载联合预压软土地基不够坚固,为防止建筑后地基下沉拉裂造成建筑物不稳定等事故,需要对软地基进行处理,使其沉降变得足够坚固,提高软地基的固结度和稳定性至设计的要求,这个过程叫做软地基处理。
排水固结法是一种常见的软基加固方法,此法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体,通过预先在地表进行加载预压或利用建筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐排出,土体逐渐固结,地基土逐渐压密,强度逐步提高的方法。
因其处理的地基面积大且兼有投资小、见效快、施工简单的特点,所以广泛应用于高速公路和水利堤坝等建筑工程中,排水固结法中的堆载预压法和真空预压法是常用的两种方法,本文主要介绍这两种方法的基本原理以及沉降计算方法,并对真空-堆载联合预压法进行了一些分析与介绍。
一.堆载预压法1.1 堆载预压法的基本原理堆载预压法[2]主要是施加压力对土体进行挤压,以降低土体内的含水量,使土的孔隙减小,土粒结合更紧密,从而增大土的强度、减小土的压缩性,提高饱和软土地基的承载力,减小地基施工后沉降。
采用塑料排水板或袋装砂井打入淤泥层下透水性较好的细砂层,加快了排水速度,使上部淤泥、淤泥质土得到固结,增强了堆载预压的效果,同时,还可促进孔隙水压消散,使抗震性能得到改善。
堆载预压法有以下特点[3]:1.堆载预压法中,土体中的总应力是增加的。
2.堆载预压法中,土体孔隙中形成的超孔隙水压力是正值。
3.堆载预压法中,超孔隙水压力消散而使有效应力增加。
4.堆载预压法中,对地基的天然抗剪强度有一定的要求,必须控制加荷速率,一般荷载是要分级施加的,加固中需要研究地基的稳定问题,否则可能造成土体的失稳而剪切破坏。
5.堆载预压法中,土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有关,而且在垂直向和水平向大小一般是不同的。
1.2 堆载预压法的沉降计算[4]软土地基的沉降量一般由三部分组成:瞬时沉降(Sd),主固结沉降(Sc) 和次固结沉降(Ss)。
其中的次固结沉降(Ss)部分只有当地基土为泥炭土,富含有有机质的粘土或者粘土的塑性很大的情况下才需要计算。
沉降计算的基本公式为:St =Sd+Sc+Ss(1-1)瞬时沉降理论上可以按照弹性公式进行计算,但是一般情况下其计算参数测定精度不高,因此可采用如下简化公式计算地基的总沉降量:St=mSc(1-2)式中:m—考虑了地基变形条件、荷载强度大小和加荷速率等各种影响因素的经验系数,一般取值范围为 m=1.1~1.4。
(1) 瞬时沉降的计算瞬时沉降一般是在荷载瞬时施加,孔隙水来不及排出的情况下发生的,属于不排水沉降。
对于一维的情况,一般来说,这种沉降很小。
对于土体的平面应变和三维沉降变形的情况,瞬时沉降往往会占有较大的比例。
对于式(1-1)中的瞬时沉降量,一般采用弹性理论的方法进行求解,通过把地基假定为半无限的直线变形体,从而应用布辛奈斯克的竖向位移解。
假设在地基表面局部面积上作用有均布的荷载 p(x,y),那么地基表面上任意一点的沉降量可以按照下式进行计算:(1-3)式中:P0—作用在地基上的均布荷载;b—荷载作用范围的面积的直径或者宽度;μ、E—地基土的泊松比和弹性模量;ω—沉降影响系数,一般与基础的形状有关。
地基的瞬时沉降还可以由下述弹性理论公式计算:(1-4)式中:p—地基顶面受到的垂直荷载;B—荷载的宽度大小;E—土的分层加权弹性模量,一般也可由式 E =3Es计算,其中Es为土的压缩模量;F—沉降影响系数,可由规范查得。
(2) 主固结沉降的计算规范中常用的计算地基最终沉降的方法是修正的分层总和法,其基本计算思路如下:1、计算时假定土为线弹性变形体,地基中土压缩时不发生侧向变形,这样就可以利用侧限压缩试验数据,外荷载作用下土体只在压缩层的有限厚度内发生沉降;2、对这一压缩层厚度内的土体取天然土层和地下水位面作为分层面,求出各层土体的中心点处的自重应力σci及附加应力σzi,令p1i =σci,p 2i= σci +σzi,即将分层中心点处的应力状态视为该土层的应力状态。
3、然后从e-p曲线上查出与p1和p 2i对应的孔隙比,之后按照公式求出各土层的压缩模量,再按照角点法查出各层土的平均附加应力系数值;4、按照式求出各分层土的压缩量大小,加和之后即可得到修正前的总沉降量:;5、依据可以得到沉降的计算深度,该式的含义是首先假定一个沉降计算深度 z,然后在其上部取一个厚度为Δz的土层进行,计算得到的压缩量如果小于0.025s′,那么则不必向下进行计算,否则需要加大计算深度。
在没有相邻荷载影响的情况下,可按照估算计算深度。
6、查表得到沉降修正系数,对沉降进行修正从而确定最终沉降量。
分层总和法虽然原理较为清晰,使用方便,但是从上述叙述可以看出,该法并未考虑土体的侧向变形,因而沉降计算的结果一般与实测值之间有较大的差距。
研究工作表明,正常固结土采用该法时计算的沉降一般比实测的沉降偏小;而对于超固结土,该法计算的沉降量会偏大。
采用该法计算的结果理论值和实测值之间的比例一般在 0.7-1.5之间,因此一般情况下需要采用经验修正系数对理论计算结果进行修正。
(3) 次固结沉降的计算次固结沉降一般发生在排水的情况下,主要是由蠕变引起的,当主固结完成之后,即超孔压消散完毕之后,土的骨架在荷载的长期作用下会发生蠕变,这一部分的沉降通常需要很久的时间,数值一般不大。
通常可以采用次固结系数法进行计算,计算公式如下:(1-5)式中:Cai—次固结系数,在 e—lgp曲线中,主固结结束之后直线段的斜率的绝对值就是次固结系数。
缺乏试验数据时,Cai的经验取值可参考表1-1,式(1-6)可用于估算Cai。
ts—主固结 100%完成时的时间;t2—次固结沉降基本完成需要的时间,一般可计算至完工后 20 年。
Ca=0.018w (1-6)式中:ω—土体的天然含水量。
表1-1 次固结系数常用取值范围列表二. 真空预压法2.1 真空预压法的基本原理在总应力保持不变的情况下,通过降低土体内的孔隙水压力,来增加地基有效应力。
首先,在地基上铺设中粗砂垫层作为水平排水通道,然后打设袋装砂井或塑料排水板作为直排水通道。
塑料密封膜要进入不透气土层以下约50cm以上,以便使加固土体与大气压隔离。
最后开泵抽真空降低地基土内孔隙水压力,使其地基土有效应力增加,从而达到加固地基土体的目的[1]。
真空预压法有以下特点[3]:1.真空预压法中,土体中的总应力没有增加。
2.真空预压法中,土体孔隙中形成的超孔隙水应力是负值。
3.真空预压法中,有效应力增加是依赖孔隙水应力的降低来实现的。
4.真空预压法中,可连续抽真空至最大真空度。
5.真空预压法中对地基的天然抗剪强度没有要求,荷载可一次性施加,不必担心地基出现失稳的情况。
6.真空预压法中,土体有效应力的增加具有最大值,理论上为一个大气压,一般都低于此值。
2.2真空预压法的沉降计算[13]真空预压加固软土地基沉降包括插板期间的沉降、固结沉降以及次固结沉降三部分,其中固结沉降是主要的,我们主要研究这个部分。
真空预压加固软土地基,地基总沉降量的组成可由(2-1)表示:S∞=Sx+Sc+Ss (2-1)式中,S∞为地基总沉降量(m);Sx为插板期间产生的沉降量(m);Sc为地基主固结沉降量(m);Ss为地基次固结沉降量(m)。
(1)插板期间的沉降真空预压加固软土地基不存在剪切变形引起的瞬时沉降,但在打设竖向排水体过程中,会产生一部分沉降,这是由机械施工引起的沉降,其大小与场地地质条件、竖向排水体的布置、施工机械与施工周期等因素有关,无法进行理论计算。
由于各工程的情况均不一致,因此真空预压打设竖向排水体期间的沉降量大小及其与总沉降量的关系在理论上也没有一定关系。
插板期间的沉降量确定为插板前和铺膜后的高程差。
(2) 固结沉降计算中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-91)中的算法是采用分层总和法计算地基固结沉降:(2-2)(2-3)式中,e0i为第i层中点的土自重应力所对应的初始孔隙比,由e-p曲线求得;e1i为第i层中点的土自重应力与有效应力增量之和所对应的孔隙比;hi为第i层土层的厚度(m);为第层土平均附加应力。
而对于真空预压,国内外许多学者认为,其土层所受的附加应力的计算方法与堆载排水预压法相同,只是地表的荷载用膜下的真空度值来代替,这种荷载的替代,在工程实际应用中作为一种近似的计算,在一定程度上是可行的,但是在真空预压法和堆载预压法二者的机理比较上,以及实际工程中对诸如加固深度、对周边环境的影响等方面,都是有很大区别,应该严格区分开来独立研究的。
(3) 次固结沉降计算次固结沉降的产生由土的流变性决定,主要产生于主固结基本完成之后,是影响工后沉降的重要因素。
真空预压加固地基在固结基本完成以后,抽真空即终止,施工期一般只维持几个月。
次固结沉降量的产生主要在抽真空停止,真空固结基本结束以后,此时地基所承受的荷载是构筑物荷载,因此,无论是以何种预压法加固地基,地基的次固结沉降都是在构筑物荷载作用下完成的,其计算可完全沿用以往研究成果。
以土的压缩试验为基础,通过半对数图(e-lgt)得到土的次固结系数,再以式(2-4)计算。
(2-4a)(2-4b)式中,e0i为第i层土的初始孔隙比;Δei为次固结引起的孔隙比的减少;Cai为第i层土的次固结系数;hi为第i层土厚度;t1次固结的起始时间,可由土的压缩固结试验来确定;t2建筑物的使用年限。
三. 真空预压法与堆载预压法比较真空预压法和堆载预压法都属排水固结法的一种,都是通过在土体和排水边界之间形成水力梯度,消散超静孔隙水压力,以增加有效应力来达到加固土体的目的。
但二者的机理不同[15]:(1)真空预压法,土体总应力不变;而堆载预压中,总应力增大;(2)真空预压法,土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值,即负的超静孔隙水压力。
而堆载预压法,土体空隙中形成的孔隙水压力增量是正值,即正的超静孔隙水压力;(3)真空预压时,土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水压力的形成来实现的,随着负的超静孔隙水压力的增大,有效应力也逐渐增大,一旦负的超静水压力发生“消散”,则有效应力也随之降低。
而堆载预压时,土体有效应力的增长是通过正的超静孔隙水压力的消散来实现的,而且随着超静孔隙水压力的逐步消散为零,有效应力增加达到最大值。
即负的超静孔压与水力坡降成反比,正的超静孔压与水力坡降成正比;(4)真空预压的土体受各向相等的固结压力增量,土体单位变形为收缩变形。