换填垫层法、预压法处理地基

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第五篇换填垫层法、预压法处理地基 第一章换填垫层法处理地基第一章换填垫层法处理地基第一节换填垫层设计换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等。不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但根据实验结构及实测资料，垫层地基的强度和变形特性基本相似，因此可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的设计方法进行计算。根据施工时使用的机具不同，施工方法可分为机械碾压法、重锤夯实法、振动压实法等。这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。换填法常用作地基的浅层处理，其主要作用包括：!提高持力层的强度，并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使软弱地基土中所受应力减小到该软弱地基土的容许承载力范围内，从而满足强度要求；"垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；#加速软土层的排水固结。砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度；$防止冻胀。由于粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可防止在寒冷地区土中结冰造成的冻胀；%对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性等。—#"!— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。一、砂石垫层设计砂垫层的设计原则是既要有足够的厚度以置换可能受剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出，见图!"#"#。作为排水垫层还要求形成一个排水层面，以利于软土的排水固结。图!"#"#垫层内应力分布（一）厚度确定垫层厚度应根据垫层底部软弱下卧层的承载力确定，并满足下式：!"$!#"!$"（!"#"#）式中!"———垫层底面处的附加应力设计值（%&’）；!#"———垫层底面处的自重应力标准值（%&’）；$"———垫层底面处经修正的地基承载力设计值（%&’）。$()$%$!*·"（%"+）$!,·"（-&"-.!）其中，$%为软弱下卧层地基承载力标准值（%&’）；!*、!,为基础宽度和埋深的承载力修正系数；"为垫层底面下土的重度，地下水位以下取浮重度（%/01+）；%为基础底面宽度（1），基宽小于+1，按+1考虑，大于21时按21考虑；"-为基础底面以上土的加权平均重度（%/01+）；&为基础埋置深度（1）。砂垫层厚度一般为-3!4+1。垫层太厚施工较困难，太薄作用不显著。砂垫层底面处的附加应力设计值!"，通常可按简化的压力扩散角法求得。即假定压力按某一扩散角（见表!"#"#）向下扩散，在作用范围内假定为均匀分布，则!"可按以下两式计算：—765— 第一章换填垫层法处理地基表!"#"#压力扩散角!（度）换填中砂、粗砂、砾砂、圆粘性土和粉土材灰土!$"料砾、角砾、卵石、碎石（%&#$&#’）()*!*(+-(,()!(-(*-注：!当!$"&()*!时，除灰土仍取-(.外，其余材料均取(.；"当()*!&!$"&()!(时，!值可内插求得。（"$"$&）条形基础：%!/"0*·!"12!"·（’$"$&）矩形基础：%!/（!"#"*）（"0*·!"12!）（’0*·!12!）式中：$———基础底面压力设计值（345）；$&———基础底面处土的自重压力标准值（345）；"———矩形（或条形）基础底面的宽度（6）；’———矩形基础底面的长度（6）；!———砂垫层的厚度（6）；!———砂垫层的压力扩散角，可按表!"#"#选用。在具体计算时，可先假设一个厚度，然后按式!"#"#验算，如果不能满足，应重新假定一个厚度进行验算，直到满足要求为止。（二）宽度确定垫层宽度"7应满足基础底面应力扩散的要求，其宽度要根据当地实际情况确定。对条形基础可按下式计算："7!"0*·!·12!（!"#"-）垫层顶面宽度一般宜超出基础底边不小于-((66，或从垫层底面两侧向上按当地基坑开挖经验的要求放坡，向上延伸至地表面。当垫层两侧土质较好时，垫层顶部与底部可以等宽，其宽度可沿基础两边各放出-((66，侧面土质较差时，应增加垫层底部的宽度，具体计算时可根据侧面土的承载力按表!"#"*中的规定计算。表!"#"*软土地基垫层加宽的规定垫层侧面土的承载力标准值（345）垫层底部宽度（6）备注(3!*(("7/"0（(8()-+）·!"———基础宽度#*("(3&*(("7/"0（()+8#)(）·!(3&#*("7/"0（#)+8*)(）·!!———垫层厚度—’99— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基垫层的承载力应通过现场试验确定，当无实验资料时，可按表!"#"$选用，并验算下卧层承载力。砂垫层断面确定后，对比较重要的建筑物还要验算基础的沉降，沉降值应小于建筑物的容许沉降。建筑物基础的沉降包括：一部分是砂垫层的沉降；另一部分是在砂垫层下压缩层范围内的软弱土层的沉降。砂垫层自身的沉降仅考虑其压缩变形，垫层的压缩模量，应由荷载试验确定，当无试验资料时，可选用%&’$()*+。下卧土层的变形值可由分层总和法求得。对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层的密度的垫层，宜早换填并应考虑附加的荷载对建筑物及邻近建筑沉降的影响。表!"#"$各种垫层的承载力施工方法换填材料类别压实系数!,承载力标准值（-*+）碎石、卵石%((’$((碾砂夹石（其中碎石、卵石占全重的$(.’!(.）%((’%!(压土夹石（其中碎石、卵石占全重的$(.’!(.）(23&’(234#!(’%((或中砂、粗砂、砾砂#!(’%((振粘性土和粉土（/0!10#&）#$(’#/(密灰土(23$’(23!%((’%!(重锤夯实土或灰土(23$’(23!#!(’%((注：!压实系数小的垫层，承载力标准值取低值，反之取高值；"重锤夯实土的承载力标准值取低值，灰土取高值；#压实系数!,为土的控制干密度"5与最大干密度"56+7的比值，土的最大干密度宜采用击实实验确定，碎石或卵石的可取%2(’%2%896$。"56+7二、土垫层、粉煤灰垫层设计（一）土垫层设计素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层，适用于处理#’&6厚的软弱土层。灰土垫层中石灰和土的体积比一般%:/或$:4为最佳。垫层强度随含灰量的增加而提高。但含灰量超过一定值后，灰土强度增加很慢。二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按%:/或$:4体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土的湿陷性。#2厚度确定软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。—!((— 第一章换填垫层法处理地基对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。根据试验结果，当矩形基础的垫层厚度!"#$%"!倍基底宽度，条形基础的垫层厚度为%"!$%"&倍基底宽度时，能消除部分至大部分非自重湿陷性黄土地基的湿陷性。当垫层厚度为%"!$%"&倍柱基基底宽度或%"&$’"!倍条基基底宽度时，可基本消除非自重湿陷性黄土地基的湿陷性。在自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大小’!()才能取得好的效果。’"宽度确定灰土垫层的宽度可取!*+!,’-&·"，素土垫层的宽度可按下列方法之一确定：’（%）当垫层厚度小于’)时，宽度可取!*+!,·"，且!*!!,!-/（)）；当垫层.厚度大于’)时，应考虑基础宽度的影响，可适当放宽，且!*!!,%-0（)）。（’）每边按!"’!$!".!加宽，但不得小于.!()和不得大于1!()。（.）按!*+!,’·"·23!计算，素土取!+’’4，灰土取!+.!4。（二）平面处理范围素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。整片素土垫层宽度可取!*!!,.（)），当"5’)时，!*还可适当放宽。在湿陷性黄土场地，若仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用局部或整片素土垫层；当还要求提高土的承载力或水稳定性时，宜采用局部或整片灰土垫层。局部垫层的平面处理范围，其宽度!*可按下式计算：%!*+!,’·"·23!,#（!*!·"）（&6%60）’式中#———考虑施工机具影响而增加的附加宽度，宜为’!!))。整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础的外缘的宽度不应小于垫层的厚度，并不应小于’)。（三）粉煤灰垫层粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，其主要化学成分为硅、铝、铁等的氧化物，其中硅、铝氧化物总量超过1!7以上。经有关研究证实，粉煤灰具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，且在碱性物质激发作用下，与89:’、;<’:.等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块体结构，提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗性和水稳定性。粉煤灰具有良好的物理、化学性能，是一种良好的换填材料。其压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，即其干密度对含水量的敏感性比粘性土小。因此，粉煤灰在换填施工中达到最大干密度时，所对应的最优含水量易于控制。—&!%— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基粉煤灰压实垫层遇水后强度会降低，降低幅度为!"#$%"#，压缩变形量增大约&"#。粉煤灰的内摩擦角、粘聚力、压缩模量、渗透系数等随粉煤灰的材质和压实密度而变化，应通过室内土工实验确定。粉煤灰垫层的设计可参照砂垫层设计方法和有关的技术要求进行。在缺少资料和没有工程经验的情况下采用粉煤灰垫层，应对使用的材料进行物理、化学和力学性质试验，为设计提供资料及技术参数。在确定粉煤灰垫层厚度时，可取其压力扩散角为!!’，计算方法同砂垫层。粉煤灰垫层的承载力一般应通过现场试验确定，当无试验资料时，可参考以下数据：!经过人工压实（夯实）的粉煤灰垫层，当压实系数控制在"()"及其干密度为（./+%）时，其承载力可达&!"$&0"12,。"当压实系数控制在"()0及其干密"()!*+,-度为"()0（./+%）时，其承载力可达%""12,，但应进行下卧层强度验算。!*+,-第二节地基土的压实作用一、地基土的压实机理实践证明，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。对过湿的土进行碾压（或夯击、振实）会出现“橡皮土”，不能增大土的密实度。对很干的土进行碾压（或夯击、振实），也不能把土充分压实。在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，要求能获得填土的最大干密度!*+,-，其值可由室内击实试验得出。根据室内标准击实实图03&3!干密度与含水量的关系曲线验，可绘制土的干密度!*与制备含水量"的关系曲线，见图03&3!。在!*4"曲线上!*的峰值即为!*+,-，与之相应的含水量即为最优含水量"56。—0"!— 第一章换填垫层法处理地基由!!""曲线可看出，当"#"$%时，土的干密度!!随含水量"增大而增大；当含水量"&"$%时，土的干密度!!随含水量"增大而减小。其原理与土中水的状态有关；当粘性土的含水量较小时，水化膜很薄，以结合水为主，颗粒间引力大，在一定的外部压实功能作用下，还不能有效地克服这种引力而使土粒相对移动，所以压实效果差，土的干密度较小；当增加土的含水量时，结合水膜逐渐增厚，颗粒间引力减弱，土粒在相同的压实功能下易于移动而挤密，压实效果提高，土的干密度也随之提高。但当土中含水量增大到一定程度后，孔隙中开始出现自由水，这时结合水膜的扩大作用并不显著，粒间引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒间的移动，并随着含水量的继续增大，移动阻力逐渐增大，所以压实效果反而下降，土的干密度也随之减少。图’()(*工地试验与室内击实试验的比较!—碾压+遍；"—碾压),遍；#—碾压,-遍；$—室内击实试验对于不同的压实功能（压实单位体积上所消耗的能量），曲线的基本形态不变，但曲线位置却发生移动，如图’()(*，压实功能增大，最大干密度相应增大，最优含水量却减小。亦即压实功能愈大，愈容易克服粒间引力，因此在较低含水量下可达到最大的密实度。从图’()(*还可看出，理论曲线高于实验曲线，其原因是理论曲线假定土中空气全部排出，而孔隙完全被水占据，但事实上空气不可能完全排除，因此实际的干密度比理论值要小。另外，相同的压实功能对不同土的压实效果并不相同，粘粒含量较多的土，土粒间的引力愈大，只有在比较大的含水量时，才能达到最大干密度的压实状态。比较图’()(*中室内击实试验结果与工地现场试验结果，用室内击实试验模拟现场工地上的压密是可行的，但在相同的压实功能下，施工现场所能达到的干密度一般都低于击实试验所获得的最大干密度。这是由于室内击实试验与现场试验的条件不同。室内击实试验时土样是在有侧限的击实筒内，没有侧向位移，力作用在有限—’.*— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基体积的整个土体上，击实均匀。而现场施工面积大，填料土块大小不一，含水量和铺土厚度等难以控制均匀，故压实土的均匀性较差。二、土的压实参数计算（一）压实系数!!土料碾压（夯击、振实）密实度的要求和质量控制指标通常以压实系数!!表示，其计算公式为："#（’()(’）!!""#$%&式中———现场土的实际控制干密度（*+!$,）；"#———土的最大干密度（*+!$,）。"#$%&垫层的最大干密度"#$%&应通过室内击实试验测得。当无试验资料时，也可按下式估算："-·"."#$%&"#·)/010)·$·#（’()(4）23.式中"———水的密度（*+!$,）；-———经验系数，粘土取015’，粉质粘土取0154，粉土取0156；##.———土粒相对密度；$23———最优含水量（7）。压实系数的大小，一般由设计人员根据工程结构、使用要求及土的性质等确定，也可参考表’()(8选用。（二）含水量现场施工时，应使填料的含水量尽量接近最优含水量。当无试验资料时，也可按表’()(’选用。表’()(8压实填土地基质量控制值结构类型填土部位压实系数控制最优含水量砌体承重结构在地基主要受力层范围内90154和框架结构在地基主要受力层以下015,:0154$23;<简支结构和在地基主要受力层范围内0158:0156排架结构在地基主要受力层以下015):015,—’08— 第一章换填垫层法处理地基表!"#"!土的最优含水量及最大干密度参考表变动范围土的种类)最优含水量（$）（质量比）最大干密度（%&’(）砂土*+#,#-*.+#-**粘土#/+,)#-!*+#-0.粉质粘土#,+#!#-*!+#-/!粉土#1+,,#-1#+#-*.（三）铺填厚度及压实遍数铺填厚度及压实遍数，应通过现场试验确定。当无试验资料时，也可参考表!"#"1及表!"#"0。表!"#"1各种压实机械铺土厚度及压实遍数粘土粘质粘土压实机械铺土厚度（’(）压实遍数铺土厚度（’(）压实遍数重型平碾（#,2）,!+).3+1).+3.3+1中型平碾（*+#,2）,.+,!*+#.,.+).3+1轻型平碾（*2）#!*+#,,.1+#.轻型羊足碾（!2）,!+).#,+,,双联羊足碾（#,2）).+)!*+#,羊足碾（#)+#12）).+3.#*+,3蛙式夯（,..4%）,!)+3).+3.*+#.人工夯（!.+1.4%，落距!.’(）#*+,,3+!重锤夯（#2，落距)+3(）#,.+#!.0+#,表!"#"0垫层的每层铺填厚度及压实遍数碾压设备每层虚铺厚度（((）每层压实遍数土质环境平碾（*+#,2）,..+)..1+*软弱土、素填土羊足碾（!+#12）,..+)!.*+#1软弱土蛙式夯（碾）（.-,2）,..+,!.)+3狭窄场地振动碾（*+#!2）1..+#!..1+*砂土、碎石土、湿陷性振动压实机#,..+#!..#.黄土等插入式振动机,..+!..平振振动机#!.+,!.—!.!— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基第三节换填垫层法施工一、施工方法垫层的施工方法一般可分为机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法三种。（一）机械碾压法机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其它压实机械来压实软弱地基土或分层填土垫层。施工时先将拟建建筑物范围一定深度内的软弱土挖出，开挖的深度及宽度应视设计的具体要求而定，把基坑底部土碾压加固后，分层填筑，逐层压密。分层的厚度应视压实功能的大小而定。当碾压以粘性土为主的软弱土时，宜采用平碾或羊足碾。对杂填土可用平碾。对砂土、湿陷性黄土、碎石类土和杂填土宜采用振动碾或振动压实机。对于狭窄场地、边角及接触带可用蛙式夯实机。为了保证有效压实深度，机械碾压速度应控制在下述范围内：平碾为!"#$%；羊足碾&"#$%；振动碾!"#$%；振动压实机’()"#$%。机械碾压地基的质量检验，必须随工程施工进行。分层回填碾压时，每碾压完一层，应检验该层土的平均干密度和含水量，当符合设计要求后，才能铺填上面土层。检验方法可用环刀法或贯入测定法。采用环刀法，每个基坑或每*’’+)’’#!内应设一个检验点。（二）重锤夯实法重锤夯实法是利用起重机械将重锤提到一定高度，然后自由落下，重复夯打以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表’(,#以上稍湿的一般粘性土、砂土、杂填土、湿陷性黄土和分层填土。*(主要机具设备及夯击参数重锤夯实法的主要机具设备为起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。直接用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起重能力一般应大于锤重的&倍；采用脱钩夯锤时，起重能力应大于夯锤质量的*()倍。—)’-— 第一章换填垫层法处理地基夯锤宜采用圆台形，如图!"#"$，锤重应大于%&，锤底面单位静压力宜为#!’%()*+。夯锤落距应大于$,。图!"#"$夯锤一般情况下，增大夯击功或夯击遍数可提高夯击效果，但当土被夯实到某一密度时，再增加夯击功或夯击遍数，土的密度不再增大，有时反而降低。因此，应进行现场试验，确定符合夯击密实度要求的最少夯击遍数，最后下沉量（最后两击的平均下沉量）、总下沉量及有效夯实深度等。粘性土、粉土及湿陷性黄土最后下沉量不超过#(’%(,,，砂土不超过!’#(,,时停止夯击。施工时夯击遍数应比试夯时确定的最少夯击遍数增加#’%遍，由实践经验，夯实的有效影响深度约为锤底直径的#倍左右。%-施工要点（#）重锤夯实施工前应在现场试夯，试夯面积不小于#(,.#(,，试夯层数不少于%层。（%）夯击前应检查坑（槽）中土的含水量，如含水量偏高，可采用翻松、晾晒、均匀掺入吸水材料（干土、生石灰）等措施；如含水量偏低，则可预先洒水湿润并待渗透均匀后再夯击。（/）施工时夯打方法。在条基或大面积基坑内夯击时，第一遍宜一夯挨一夯进行，第二遍应在第一遍的间隙点夯击；如此反复，最后两遍应一夯套半夯；在独立柱基基坑内，宜采用先外后里或先周围后中间的顺序进行夯打；当基坑底面标高不同时，应先深后浅逐层夯实。（$）注意边坡稳定及夯击对邻近建筑物的影响，必要时应采取有效措施。/-质量检验重锤夯实后地基加固质量的检验，除应检查施工记录及试夯最后下沉量的规定，还要检验加固质量。每一单独基础至少应有一个检验点，基槽每/(,应有一点，整片地基每#((,%不少于%点。如果质量不合格，应进行补夯。—!(0— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基（三）振动压实法振动压实法是利用各种振动压实机，将松散土振压密实。此法适用于处理无粘性土或粘粒含量少，透水性较好的松散杂填土地基。图!"#"!振动压实机示意图#—操纵机构；$—弹簧减振器；%—电动机；&—振动器；!—振动机槽轮；’—减振架；(—振动夯板振动压实机（见图!"#"!）的工作原理是由电动机带动两个偏心块以相同速度反向转动，由此产生较大的垂直振动力。这种振动机的频率为##’)*##+),-./0，振幅为%1!..，激振力可达!)*#))23。振动压实的效果与填土的成分、振动时间等因素有关，一般施工前先进行试振，以确定振动所需的时间和产生的下沉量。对炉灰和细粒填土振实时间约%*!./0，有效的振实深度约#1$*#1!.。一般杂填土经振实后，地基承载力基本值可达#))*#$)245。施工时应考虑地下水的影响，如果地下水位太高，将影响振实效果。二、砂石垫层施工（一）垫层材料用砂石等作垫层填料时，应选用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砾、卵石或碎石等，料中不得含有草根、垃圾等杂物，且含泥量不应超过!6。当使用粉细砂时，应掺入$!6*%)6的碎石或卵石，最大粒径不宜大于!)..。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等渗水材料。（二）施工要点#1砂石垫层施工宜采用振动碾和振动压实机等机具，其压实效果、分层铺填厚—!)+— 第一章换填垫层法处理地基度、压实遍数、最优含水量等，应根据具体施工方法及施工机具等通过现场试验确定。当无试验资料时，砂石垫层的每层铺填厚度及压实遍数可参考表!"#"$。%&砂及砂石料可根据不同的施工方法控制其最优含水量。用平振式振动器时，最优含水量为#!’(%)’，用平碾及蛙式夯时，其最优含水量为*’(#%’，当用插入式振动器时，宜为饱和的碎石、卵石。+&垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应先予清理，再用砂石或好土逐层回填夯实，经检查合格后，再铺填垫层。,&严禁扰动垫层下卧的淤泥和淤泥质土层，防止践踏、受冻、浸泡或暴晒过久。在卵石或碎石垫层的底部宜设置#!)(+))--厚的砂层，以防止下卧淤泥和淤泥质土层表面的局部破坏。如淤泥和淤泥质土层厚度过小，在碾压荷载下抛石能挤入该土层底面时，可先在软弱土层面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换或挤出软弱土。!&砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上。如果深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先浅后深的顺序施工，搭接处应夯压密实。垫层竣工后，应及时施工基础、回填基坑。.&地下水高于基坑底面时，宜采取排降水措施，注意边坡稳定，以防止坍土混入砂石垫层中。（三）质量检验垫层的质量检验应分层进行。对砂石垫层可用环刀法或贯入测定法检验垫层质量。+的环刀压入每层%0+的深度处取样，测定其干#&环刀法：用容积不于小%))/-密度，干密度应不小于该砂石料在中密状态的干密度值（中砂为#&!!(#&.)10-+，粗砂为#&$10-+，碎石、卵石为%&)(%&%10-+）。%&贯入测定法：先将砂垫层表面+/-左右厚的砂刮去，然后用贯入仪、钢钗或钢筋以贯入度的大小来定性地检查砂垫层质量。在检验前应先根据砂石垫层的控制干密度进行相关性试验，以确定贯入度值。钢筋贯入法：用直径为%)--，长度#%!)--的平头钢筋，自$))--高处自由落下，插入深度以不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格。钢钗贯入法：用水撼法使用的钢钗，自!))--高处自由落下，其插入深度以不大于根据该砂控制干密度测定的深度为合格。当使用贯入仪或钢筋检验垫层的质量时，检验点的间距应小于,-。当取土样检验时，大基坑每!)(#))-%不应小于一个检验点；对基槽每#)(%)-不应少于一个点；每个单独柱基不应少于一个点。—!)2— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基三、土垫层、粉煤灰垫层施工（一）土垫层施工!"土料素土垫层的土料中有机质含量不得超过#$，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于#%&&。用于湿陷性黄土地基的素土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。灰土垫层的灰土体积比宜为’()或*(+。土料宜用粘性土及塑性指数大于,的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于!#&&。灰料宜用新鲜的硝石灰，其颗粒不得大于#&&。’"施工要点（!）素土及灰土料垫层的施工，其施工含水量应控制在!-./’$的范围内。!-.可通过室内击实试验确定，或根据当地经验取用。（’）土垫层施工时，不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝，上下两层的缝距不得小于%"#&，接缝处应夯压密实，灰土、二灰土应拌和均匀并应当日铺填压实，灰土压实后*天内不得受水浸泡，冬季应防冻。（*）其它要求参见砂垫层的施工要点。*"质量检验土垫层可用环刀法或贯入测定法检验质量。土垫层质量检验的其它要求及检验点的布置参见砂垫层。（二）粉煤灰垫层!"粉煤灰材料燃煤电厂排出的湿排粉煤灰、调渣灰及干排粉煤灰均适用于做粉煤灰垫层的填筑材料，但不应混入植物、生活垃圾和有机质等杂物。装运时粉煤灰含水量不宜过多或过少，以!#$0’#$为好。’"施工要点（!）粉煤灰的最大干密度和最优含水量与粉煤灰颗粒粗细，形态结构和压实能量有关，应由室内击实试验确定。施工时分层摊铺，逐层振密或压实。（’）粉煤灰垫层在地下水位以下施工时，应采取排（降）水措施，严禁在饱和和浸水状态下施工，更不宜采用水沉法施工。（*）在软土地基上填筑粉煤灰垫层时，应先铺填’%1&左右厚的粗砂或高炉干渣，—#!%— 第一章换填垫层法处理地基以免表层土体扰动，同时有利于下卧土层的排水固结，并切断毛细水上升。（!）每一层粉煤灰垫层验收合格后，应及时铺筑上层或采用封层，以防干燥松散起尘污染环境，并禁止车辆在其上行驶通行。"#质量检验粉煤层垫层质量检验可用环刀法或贯入测定法。对大中型工程检测点布置要求：环刀法按$%%&!%%’(布置"个测点；贯入测定法按(%&)%’(布置一个测点。—)$$— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基第二章预压法处理地基第一节概述一、预压法施工原理预压法是在建筑物建造前，对建筑场地进行预压，使土体中的水通过砂井或塑料排水带排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。预压法分为加载预压法和真空预压法两类。加载预压法就是在建筑物建造之前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成，提高地基土强度的方法。对于在持续荷载下体积发生很大的压缩和强度会增长的土，而又有足够时间进行压缩时，这种方法特别适用。为了加速压缩过程，可采用比建筑物重量为大的所谓超载进行预压。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带，然后在地面铺设砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的密封膜使之与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水管道，用真空泵抽气使膜内保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，孔隙水逐渐被吸出从而达到预压效果。施工时必须采用措施防止漏气，才能保证必要的真空度。对于在加固范围内有足够水源补给的透水层又没有采取隔断水源补给措施时，不宜采用真空预压法。预法法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。—#"!— 第二章预压法处理地基二、预压法组成系统预压法由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。普通砂井竖向排水体{袋装砂井排水系统{塑料排水带水平排水体———砂垫层预压法{加载预压法加压系统{真空预压法排水系统，主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。该系统是由水平排水垫层和竖向排水体构成的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中的水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。加压系统，是起固结作用的荷载。它使地基土的固结压力增加而产生固结。排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也就不能顺利进行。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。在地基中设置的竖向排水体，一般为砂井和塑料排水带。砂井是先在地基中成孔，然后灌以砂使之密实而形成，具有用砂料省、连续性好、不致因地基变形而折断、施工简便等优点，但砂井阻力对袋装砂井的效应较为显著；塑料排水带由塑料芯带和滤膜外套组成，工厂制作，运输方便，在没有砂料的地区尤为合适。不同型号塑料排水带的厚度，见表!"#"$。塑料排水带的性能，见表!"#"#。表!"#"$不同型号塑料排水带的厚度型号%&’(厚度（))）*+,!*-,.*-,!*/表!"#"#塑料排水带的性能项目单位%型&型’型条件纵向通水量0)+12!$!!#!!-.侧压力滤膜渗透系数0)12!!3$."-试件在水中浸泡#-4滤膜等效孔径!)56!以789计—!$+— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基续表项目单位!型"型#型条件复合体抗拉强度（干态）$%&’()*!’+(!’+,!’+-延伸率’(.时干态!’-!/-!,(延伸率’(.时滤膜抗%&)*延伸率’.时，试件拉强度湿态!’(!/(!/-在水中浸泡/01滤膜重度%&*/(+2注：!!型排水带适用于插入深度小于’-*；""型排水带适用于插入深度小于/-*；##型排水带适用于插入深度小于,-*。采用预压法处理地基时，应预先通过勘察查明土层在水平和竖直方向的分布和变化、透水层的位置及水源补给条件等。应通过土工试验确定土的固结系数、孔隙比和固结压力关系、三轴试验抗剪强度以及原位十字板抗剪强度等。对重要工程，应预先在现场选择试验区进行预压试验，在预压过程中应进行竖向变形、侧向位移、孔隙水压力等项目的观测以及原位十字板剪切试验。根据试验区获得的资料分析地基的处理效果，与原设计预估值进行比较，对设计作必要的修正，并指导全场的设计和施工。对主要以沉降控制的建筑，如冷藏库、机场跑道等，当地基经预压达到2(.以上时，方可卸载；对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑，在地基土经预压增长的强度满足设计要求后，方可卸载。我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差，不少情况埋藏较深。在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间很长，为此有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。因此，这类软土地基通常需采取预压法等进行处理。第二节预压法处理地基设计一、加载预压法设计加载预压法处理地基的设计应包括下列内容：—-’0— 第二章预压法处理地基（一）竖向排水体尺寸!"砂井或塑料排水带直径砂井直径主要取决于土的固结性和施工期限的要求。砂井分普通砂井和袋装砂井，普通砂井直径可取#$$%&$$’’，袋装砂井直径可取($%!$$’’。塑料排水带的作用及设计计算方法与砂井相同。塑料排水带的当量换算直径可按下式计算：（+","）!)*!（&-+-!）#式中!)———塑料排水带当量换算直径；!———换算系数，无试验资料时可取!*$"(&%!"$$；"———塑料排水带宽度；"———塑料排水带厚度。+"砂井或塑料排水带间距砂井或塑料排水带的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。通常砂井的间距可按井径比#（#*$%.$&，$%为砂井的有效排水圆柱体直径，$&为砂井直径）确定。普通砂井的间距可按#*/%0选用；袋装砂井或塑料排水带的间距可按#*!&%+$选用。#"砂井排列方式砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。一根砂井的有效排水圆柱体的直径$%和砂井间距’的关系按下列规定取用：等边三角形布置$%*!"$&1正方形布置$%*!"!#12"砂井深度砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险滑动面+’。对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，砂井宜贯穿压缩土层；对深厚的压缩土层，砂井深度应根据在限定的预压时间内消除的变形量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采用超载预压等方法来满足工程要求。若软土层厚度不大或软土层含较多的薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求时，可不设置竖向排水体。（二）确定加载的数量、范围和速率!"加载数量预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常可与建筑物的基底压力大小相同。—&!&— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基，超载数量应根据预定时间内要求消除的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力等于或大于建筑荷载所引起的相应点的附加压力。!"加载范围加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。#"加载速率加载速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施下一级荷载，特别是在加荷后期，更需严格控制加荷速率。加荷速率应通过对地基抗滑稳定计算来确定，以确保工程安全。但更为直接而可靠的方法是通过各种现场观测来控制，边桩位移速率应控制在#$%&&’(；地基竖向变形速率不宜超过)*&&’(。（三）计算地基的固结度、强度增长、抗滑稳定和变形)"地基固结度在一级或多级等速加载条件下，+时间对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：#%$!",![（’$-’$-)）-#(-$（’($’$-（($’$-)）]（%-!-!）$,)!"&$式中!"———"时间地基的平均固结度；%$———第$级荷载的加载速率；!"&———各级荷载的累加值；’$-)、’$———分别为第$级荷载的起始和终止时间（从零点起算），当计算第$级荷载过程中某时间"的固结度时，’$改为"；#、$———参数，按表%-!-#采用。表%-!-#!、值"排水固结条件竖向排水竖向和向内径向向内径向砂井未贯穿受固结排水固结（砂井排水固结压土层之固结参数!).#*/贯穿受压土层）000#!)!!1%%%!!%*20*40*4%*20*4$!,-!,-!73+!,-!3+565656注：*2———土的竖向排水固结系数；—%)8— 第二章预压法处理地基!!———土的水平排水固结系数；"———土层竖向排水距离，双面排水时，"为土层厚度的一半，单面排水时，"为土层厚度；""#!；""#"$""———砂井深度；"$———砂井以下压缩土层厚度；$$%)%’"$%&$(%（%）’$；%’"*%%———井径比。对长径比（长度与直径之比）大、井料渗透系数又较小的袋装砂井或塑料排水带，应考虑井阻作用。当采用挤土方式施工时，尚应考虑土的涂抹和扰动影响。考虑井阻、涂抹和扰动影响后，按式+’$’$计算的砂井地基平均固结度应乘以折减系数，其值通常可取,-.,/,-0+。$-抗滑稳定预压荷载下，正常固结饱和粘性土地基中某点任意时间的抗剪强度可按下式计算：!12&"（!13##!14）（+’$’)）#!14&#$5&226%47（+’$’*）式中!12———2时刻，该点土的抗剪强度；!13———地基土的天然抗剪强度，由十字板剪切试验测定；#!14———该点土由于固结而增长的强度；#$5———预压荷载引起的该点的附加竖向压力；&2———该点土的固结度；&47———三轴固结不排水试验求得的土的内摩擦角；———土体由于剪切蠕动而引起强度衰减的折减系数，可取,-8+/,-0,，"剪应力大取低值，反之则取高值。)-竖向变形预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算：%)*(’)+(’1&’(,(（+’$’+）(&""#)*(式中’1———最终竖向变形量；)*(———第(层中点土自重压力所对应的孔隙比，由室内固结试验所得的孔隙比)和固结压力（即-9/:）关系曲线查得；)+(———第(层中点土自重压力和附加压力之和所对应的孔隙比，由室内固结试验所得的)/-关系曲线查得；,(———第(层土层厚度；—+"8— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基———经验系数，对正常固结和轻度超固结粘性土地基可取!!!"#"$"#%，荷载较大，地基土较软弱时取较大值，否则取较小值。变形计算时，可取附加压力与自重压力的比值为&#"的深度作为受压层深度的界限。（四）水平排水垫层预压法处理地基时，为了使砂井排水有良好的通道，必须在地表铺设排水砂垫层，其厚度宜大于%&&’’，以连通各砂井将水引到预压区以外。砂垫层砂料宜用中粗砂，含泥量应小于()，砂料中可混有少量粒径小于(&’’的石粒。砂垫层的干密度应大于"#(*+’,。在预压区中宜设置与砂垫层相连的排水盲沟，并把地基中排出的水引出预压区。二、真空预压法设计真空预压法设计包括下列内容：（一）竖向排水体尺寸采用真空预压法处理地基必须设置砂井或塑料排水带。竖向排水体可采用直径为-&&’’的袋装砂井，也可采用普通砂井或塑料排水带。砂井或塑料排水带的间距可按照加载预压法设计的砂井或塑料排水带间距选用。砂井深度应根据设计要求在预压期间完成的沉降量和拟建建筑物地基稳定性的要求，通过计算确定。砂井的砂粒应采用中粗砂，其渗透系数!宜大于"."&/01’+2。（二）预压区面积和分块大小采用真空预压处理地基时，真空预压的总面积不得小于建筑物基础外缘所包围的面积，每块预压面积宜尽可能大且相互连接，因为这样可加快工程进度和消除更多的沉降量。两个预压区的间隔也不宜过大，需根据工程要求和土质决定，一般以0$3’较好。（三）膜内真空度真空预压效果与密封膜下所能达到的真空度大小关系极大。当采用合理的施工工艺和设备时，真空预压的膜下真空度应保持在3&&’’45以上，相当于6&789的真空压力，此值可作为最小膜下设计真空度。—("6— 第二章预压法处理地基（四）平均固结度加固区压缩土层的平均固结度应大于!"#。（五）变形计算先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降量，再计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载下可能发生的沉降。预压期间的沉降可根据设计所要求达到的固结度推算加固区所增加的平均有效应力，从固结度—有效应力曲线上查出相应的孔隙比进行计算。第三节预压法处理地基施工一、加载预压法施工（一）水平排水垫层施工水平排水砂垫层施工目前有四种方法：$%当地基表层有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能上一般运输机械时，一般采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。&%当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。’%当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能上施工人员和轻型运输工具。(%尽管对超软地基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，一般轻型机械上不去，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设。（二）竖向排水体施工$%砂井施工砂井施工一般先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。砂井的灌砂量，应按井孔的体积和砂在中密时的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算值的)*#。灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实，砂袋放入孔内至少应高出孔口&""++，以便埋入砂垫层中。—*$)— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基砂井成孔施工方法有振动沉管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法四种。（!）振动沉管法，是以振动锤为动力，将套管沉到预定深度，灌砂后振动、提管形成砂井。采用该法施工不仅避免了管内砂随着带上，保证砂井的连续性，同时砂受到振密，砂井质量较好。（"）射水法，是指利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削，使土体破坏，并形成一定直径和深度的砂井孔，然后灌砂而成砂井。射水成孔工艺，对土质较好且均匀的粘性土地基是较适用的；但对土质很软的淤泥，因成孔和灌砂过程中容易缩孔，很难保证砂井的直径和连续性；对夹有粉砂灌层的软土地基，若压力控制不严，易在冲水成孔时出现串孔，对地基扰动较大。射水法成井的设备比较简单，对土的扰动较小，但在泥浆排放、塌孔、缩颈、串孔、灌砂等方面都还存在一定的问题。（#）螺旋钻成孔法，是用动力螺旋钻钻孔，属于干钻法施工，提钻后孔内灌砂成形。此法适用于陆上工程、砂井长度在!$%以内，土质较好，不会出现缩颈和塌孔现象的软弱地基。此法在美国应用较广泛，该工艺所用设备简单而机动，成孔比较规整，但灌砂质量较难掌握，对很软弱的地基也不太适用。（&）爆破法，是先用直径’#%%的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔，在孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包，爆破后将孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。这种方法施工简易，不需要复杂的机具，适用于深度为()’%的浅砂井。以上各种成孔方法，必须保证砂井的施工质量，以防缩颈、断颈或错位现象，如图*+"+!所示。图*+"+!砂井可能产生的质量事故（!）理想的砂井形状；（"）缩颈；（#）断颈；（$）错位",袋装砂井施工袋装砂井是在普通砂井的基础上于"$世纪($年代末期发展起来的一项新技术。根据太沙基的一维固结理论，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。因此，要缩短粘性土的固结时间，设法缩短排水距离是最有效的办法。因而把袋装砂井埋设在软土地基中，人为地造成土固结的排水通道，使孔隙水压力得以较快地消—*"$— 第二章预压法处理地基散，从而达到缩短软土地基的固结时间，加速沉降，提高地基土强度的目的。袋装砂井是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编织袋装满砂子，它基本上解决了大直径砂井中所存在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，保证了砂井的连续性；打设设备实现了轻型化，比较适应在软弱地基上施工；用砂量大为减少；施工速度加快，工程造价降低，是一种比较理想的竖向排水体。砂袋中的砂用洁净的中砂，砂袋的直径、长度和间距，应根据工程对固结时间的要求、工程地质情况等通过固结理论计算确定。袋装砂井常用的直径为!"##。其长度主要取决于软土层的排水固结效果，而排水固结效果与固结压力的大小成正比。由于在地基中固结应力随着深度而逐渐减小，所以，袋装砂井有一个最佳有效长度，砂井不一定打穿整个压缩层。然而当软土层不太厚或软土层下面又有砂层，且施工机具又具备深层打入能力时，则砂井尽可能地打穿软土层，这对排水固结有利。至于袋装砂井的间距，固结理论计算表明，缩短间距比增大井径对加速固结更为有效，即细而密的方案比粗而疏的方案效果好。当然砂井亦不能过细、过密，否则难以施工，也会扰动周围的土体。当袋装砂井的直径为!"##时，井径比为$%&’%，效果都是比较理想的。袋装砂井的施工过程如图%(’(’所示。首先用振动贯入法、锤击打入法或静力压入法将成孔用的无缝钢管作为套管埋入土层，到达规定标高后放入砂袋，然后拔出套管，再于地表面铺设排水砂层即可。用振动打桩机成孔时，一个长’"#的孔约需’"&)"*，完成一个袋装砂井的全套工序，亦只需+&,#-.，施工十分简便。图%(’(’袋装砂井的施工过程（!）打入成孔套管；（"）套管到达规定标高；（#）放下砂袋；（$）拔套管；（%）袋装砂井施工完毕—%’$— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基由于袋装砂井断面小，重量轻，减轻了施工设备重量，简化了施工，提高了打设效率。因此可根据现场地质情况和施工条件，选用适当的成孔工具或机械设备，也可选用灌注桩的成孔机具。我国交通部第二航务局研制的!"·#$%型袋装砂井打设机，一次能打设二根砂井，其主要机械性能如表&$’$(所示。表&$’$(!"·#$%型袋装砂井打设机的主要技术性能项目性能起重机型号)&*+直接接地压力（,-.）/(间接接地压力（,-.）0*振动锤激振力（,1）%2激振频率（34567）/2*外形尽寸（85）2(*（长）9’%&（宽）9+%&*（高）每次打设根数（根）’最大打设深度（5）+’:*打设砂井间距（5）+’*，+(*，+2*，+%*，’**成孔直径（85）+’:&置入砂袋直径（85）;:*施工效率（根4台班）22<%*适用土质淤泥、粉质粘土、粘土、砂土、回填土注：需铺设&*85厚砂垫层。袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法五种。0:塑料排水带施工塑料排水带的滤膜应有良好的透水性，塑料排水带应具有足够的湿润抗拉强度和抗弯曲能力。图&$’$0混凝土圆形桩尖图&$’$(倒梯形桩尖+—塑料带固定架；’—混凝土圆柱尖+—塑料带；’—塑料带固定架（+）插带机械：用于插设塑料排水带的机械，种类很多。有专门机械，也有用挖掘—&’’— 第二章预压法处理地基机、起重机、打桩机及袋装砂井打设机械改装的。有轨道式、轮胎式、链条式、履带式和步履式等多种形式。（!）塑料排水带管靴与桩尖：一般打设塑料带的导管靴有圆形和矩形两种。由于导管靴断面不同，所用桩尖各异，并且一般都与导管分离。桩尖主要作用是在打设塑料带过程中防止淤泥进入导管内，并且对塑料带起锚定作用，防止提管时将塑料带拔出。!圆形桩尖应配圆形管靴，一般为混凝土制品，如图"#!#$所示。"倒梯形绑扎连接桩尖，此桩尖配矩形管靴，一般为塑料制品，薄金属板也可，如图"#!#%所示。#倒梯形楔挤压连接桩尖。该桩尖固定塑料带比较简单，一般为塑料制品，也可用薄金属板，如图"#!#"所示。（$）塑料排水带打设顺序。塑料排水带打设顺序包括：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。图"#!#"楔形固定桩尖&—塑料带；!—塑料楔二、真空预压法施工（一）排水通道施工首先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排水带，其施工工艺参见加载预压法施工。（二）膜下管道施工真空滤水管一般设在排水砂垫中，其上宜有厚&’’(!’’))砂覆盖层。滤水管可采用钢管或塑料管，滤水管在预压过程中应能适应地基的变形。滤水管外宜围绕—"!$— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基铅丝、外包尼龙纱或土工织物等滤水材料。水平向分布滤水管可采用条状、梳齿状或羽毛状等形状，如图!"#"$和图!"#"%所示。图!"#"$真空滤管条形排列图!"#"%真空滤管鱼刺形排列&—真空压力分布管；#—集水管；’—出膜口&—真空压力分布管；#—集水管；’—出膜口（三）密封膜施工密封膜的施工是真空预压法加固地基成败的关键之一。&(密封膜材料密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料，如线性聚乙烯等专用薄膜。#(密封膜热合密封膜热合时宜采用两条热合缝的平搭接，搭接长度应大于&!))。在热合时，应根据密封膜材料、厚度，选择合适的热温度、刀的压力和热合时间，使热合缝粘结牢而不熔。’(密封膜铺设由于密封膜系大面积施工，有可能出现局部热合不好、搭接不够等问题，影响膜的密封性。为确保在真空预压全过程的密封性，密封膜宜铺设’层，覆盖膜周边可采用挖沟折铺、平铺并用粘土压边，围埝沟内覆水以及膜上全面覆水等方法进行密封。当处理区内有充足水流补给的透水层时，尽管在膜周边采取了上述措施，但在加固区内仍存在不密封因素，应采用封闭式板桩墙、封闭式板桩墙加沟内覆水或其他密封措施隔断透水层。（四）抽气设备及管路连接&(射流真空泵真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵。在应用射流真空泵时，要随时注意泵的运转情况及其真空效率。一般情况下主要检查离心泵射水量是否充足。真空泵的设置应根据预压面积大小、真空泵效率以及工程经验确定，但每块预压区内至少应设—!#*— 第二章预压法处理地基置两台真空泵。!"管路连接真空管路的连接点应严格进行密封，以保证密封膜的气密性。由于射流真空泵的结构特点，射流真空泵经管路进入密封膜内，形成连接密封，但系敞开系统，真空泵工作时，膜内真空度很高，一旦由于某种原因，射流泵全部停止工作，膜内真空度随之全部卸除，这将直接影响地基加固效果，并延长预压时间。为避免膜内真空度在停泵后很快降低，在真空管路中应设置止回阀和截门。三、工程典例（一）某办公楼工程软工地基加固本工程为一幢五层混合结构加构造柱的办公楼，占地面积#$$%!。拟建地原为一旧池塘，地表以下&"’%为密实度很差的粘土；其下为厚度&’%呈流塑(软塑状态的高压缩性淤泥土层（含水量达)*+(,*+），再往下是可塑(硬塑状态的粘土。淤泥土层的物理力学指标沿深度的变化见图*-!-,。图*-!-,淤泥土物理力学指标沿深度的变化建筑物的荷载大约为.$/01，根据场地土层分布和其力学性质来看，若不对上部土层进行浅层加固，则不宜采用浅基础方案，只能采用桩基方案（因为邻近该办公楼东侧的一幢五层住宅因未处理浅层土层就产生整体倾斜，达!$2%之多）。方案比较之后，决定采用真空排水预压法对浅层土进行加固，加固范围为&,%34)%，垂直排水通道采用袋装砂井，长&$%，直径&$2%，间距&"!%，呈梅花型布置。整个施工程序可概括成如图*-!-.框图。该工程在加固过程中设立了膜下真空度、地表沉降、深层沉降和加固边缘土体水—*!*— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基平位移等观测项目，取得了宝贵的资料。图!"#"$施工程序框图%&膜下真空度的观测结果指出，加固区的密封效果与抽真空装置的工作性状都是很好的。抽气’(，加固区中心点的真空度就上升到!)*++,-柱，%’(达到’**++,-柱，到./(以后就稳定在’’*++,-柱，相当预压荷载为//012，这说明“荷载”短时间内就施加完成，可以看成瞬时加载。图!"#"%*加固区中心点沉降沿深度的变化—!#’— 第二章预压法处理地基!"经过##天的预压，地面最大沉降发生在中心点，达$%&’，地面平均沉降为($&’，卸荷后平均回弹为)"!&’，中心点为("!&’，地面变形呈中间大、四周小的锅底状，推算土层的固结度为*!+（由对数曲线法算得,-.#$"#&’）。)"图#/!/0%和表#/!/#表示的是加固区中心点测得的深层沉降与压缩情况，从图中看出，压缩量基本发生在地表以下*’的范围内，*’以下的压缩量仅占总沉降量的0$+，这与连云港碱厂白煤堆场得到的结果类似。在对原表数据进一步整理后可以看出，单位压缩率较大的深度发生在地下!’多到$’的范围内。这与前面图#/!/*中显示的该范围内土的含水量高、孔隙比大、压缩性高的特征是吻合的，同时亦说明，经过加固对土层中那些很弱部位的改善要大一些。这就有可能使加固后的土层变得更均匀一些；土层*’以下，垂直排水通道已近结束，土体改善就小得多。表#/!/#中心点各测点间压缩量与单位压缩率测点间加固前厚度测点间压缩量测点间单位压缩率加固前厚度测点（’’）（’’）（’’1’）（’）%$$)"#$3"%(0"$!03$%($(2"3!3#2"#22"#*%"3)3$2**30"%)"*#(3$3"#*0"#*("0#3#3"#0%%0%("!$30)#("##3"2230!(%"#(("(!"20***$"#000!"(3("加固区外南边和东边中心点的水平位移观测结果表明，土体的变形都是向着预压区的，即往加固区中心收缩。图#/!/00充分显示了这种变化随时间和沿深度的发展过程，到加固结束时（##天）测点向加固区移动!!&’左右，影响也在*’以上比较显著。加固后对加固场地进行了检测。对土的力学性检测的结果表明，土体强度和压缩性都有了较大的改善，见表#/!/$，允许承载力提高0%%+4))+不等，而压缩模量提高0(%+40%%+，一般随深度加大，增长率变小，在%4$’范围内变化比较显著。—#!2— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基图!"#"$$加固中土体的水平位移变化情况本工程还有机会与邻近的类似建筑物情况作了平行比较，这是一个很好的资料，从对比中能看出办公楼地基的加固效果。具体表述如下：近一年的时间办公楼建成，施工期间的平均沉降量为$%&!’(，到一年半后累计沉降量为)*’(，之后趋于稳定。沉降观测结果表明，建筑物的沉降十分均匀，沉降差小于#’(。而距办公楼的西侧+(远的一幢六层住宅楼，未经真空排水预压处理，仅用块石加砂垫层作碾压处理，再作片筏基础，与办公楼同时开工，在一层完工后才开始观测，到建成一年半后，累计沉降量已大于!,’(，不均匀沉降大于$,’(，外墙及楼层地面的磁砖已开始大量剥落和隆起，严重影响建筑物的正常使用。这两幢建筑物的高度基本一样，办公楼的基底附加压力为+,-./，而六层住宅楼的附加压力仅为0!-./左右。这里充分显示出经真空预压加固后地基具有良好的承载能力和抵抗不均匀变形的能力。施工结束后的经济分析表明，按当时（$+1)年）的物价，用真空排水预压法加固的费用是0,元2(#，每平方米建筑面积摊消的加固费用仅1元；而同样情况若用桩基础的话，则桩基费用将占建筑物总造价的)!3；因此与桩基比还是很经济的。该工程除总结了不少成功的地方之外，也指出以下一些不足及以后要注意的问题：$&预压时间偏短，仅!!天，地基的固结度只达到1#3，残留的沉降较大，从沉降曲线来看，（图!"#"$#）尚未进入稳定阶段；—!#1— 第二章预压法处理地基表!"#"$加固前后地基承载力与压缩性的变化允许承载力［!］压缩模量"&’"#深度（%）预压前（()*）预压后（()*）增长率（+）预压前（,)*）预压后（,)*）增长率（+）-./0!1-/$-/--#0!$0-/2-/0!.30-!!/--1#/0-#0!/!-30-.20-!!4-$2/0-#03/3-20-.!0-!!1!!20!/0-#0#/#-!0-./-0-$-1-33/0/#0#/--说明深度一栏为预压后的土层深度#0软土层深达/5%，袋装砂井长仅/-%，应再打深一些，可能对减小后期沉降是有好处的；图!"#"/#沉降"时间过程线30加固效果降低的另一原因是加固完成后，未能及时封底施工，因场地低洼，降水使加固场地积水达半年之久，致使地基浸水轮化；20实际建筑物的基础为半刚性的，与真空预压加固时地基呈柔性基础的特性不一致，导致建筑物在使用时土中应力产生调整与重分布，也会引起新的沉降发生，这在设计时亦应加以考虑的；!0此外，还有邻近建筑物应力扩散造成叠加效应等，都是办公楼后期沉降偏大的原因。文中的这些分析都是很有实际意义的，会给设计者以有益的启示。（二）真空排水预压法加固水下软土地基运用真空排水预压法加固水下软基是真空排水预压法加固软土技术在陆上应用的一个扩展。由于加固是在水下进行的，工艺上有其特殊性，与陆上相比有它的难度。这里介绍天津一航科研所杨国强等人的实践。—!#4— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基加固地点在天津新港高桩码头区，试验地点属潮间带，大部分时间处于水下，水深达!"#$，加固面积为%&’!&（$!），位于高桩码头接岸结构的漫滩上。加固地点的土层分为：第一层，标高()"#*+%"&$，为淤泥夹较多粉砂薄层，+!"&$为自),-.年以来沉积形成，土质极软，强度很低，但渗透性尚好；第二层，+%"&*+/"&$，为淤泥质粘土层，夹粉砂薄层，土质强度低；第三层，+/"&*+)&"&$，为淤泥，土质结构非常均匀，粘粒含量高达0&1以上，土质软、强度低、渗透性差；第四层，+)&"&*+)."&$，为淤泥质粘土层，夹极少量粉砂斑，下部夹少量碎贝壳。各层土物理力学性指标见表#+!+0。表#+!+0土层的物理力学性质物理性指标力学性指标土层$（4$!3?）<%）"#（1）#（1）"（8）$（9:;）%（9:;）$（9:;）&（>:;+)）!（1）!（234$56474777<=+!+.’)&第一层#-"/)"/.)"0&!!"-)"#/)#"&)!"/)#"--"0%&"0))#第二层.,"&)"0.)".!!!"&)".))0"&)%"&),"/).",&&"0,)#第三层#0".)"//)"/&!0"0)"!0)#"&))"&%!"0!&")-)".&#"%第四层./"!)"0/)"!0!!"!)")#)."&)#")%0"-!/",%)")&)&加固地点打设直径-"#4$的袋装砂井，间距)"%$，深度为)#"#$。现场抽真空工艺布置，见图#+!+)%。从图中可以看出，在水下真空排水预压的实施过程中，一般认为关键要解决好以下几个问题：)"水下垂直排水通道的打设方法、与剪板技术（目前浙江围海公司在玉环海堤地基加固中解决得较好，水深达!&$）；!"水平排水层材料与铺设方法，难在定位准确、厚度均匀；%"水下密封膜的铺设与密封技术，铺设中要克服潮流的影响，面积若再大、膜的粘接与铺设将会更困难；."抽真空装置的水下应用，与陆上相比，一要将离心泵装在船上，工作起来不受水位变化的影响；二是将离心泵与射流装置分开设立、射流装置的位置应尽可能低，以减少真空度的损失，这当中止回阀的设立可能是必不可少的。加固过程中，泵上真空压力保持在,#"!9:;（0&&$$@2柱），膜下真空度保持在—#%&— 第二章预压法处理地基!"#$%&’#!()*（++,--./%0’,--./柱），预压荷载长期稳定在&,()*。经过1$天的预压加固，最大沉降量达到1,2-，0$天时加固区内3"点的平均沉降量也达到!’�--。1$天的预压加固使地基土的强度也得到较大的增长，十字板检测的结果见表+4’4&所示。可以看到尤其是表层+-范围内强度有了大幅度提高，这对提高码头岸坡及其后方的稳定性是大有益处的。稳定分析验算的结果也证明了这一点，方案实施后使岸坡的边坡由原先的35"增大到35’#+，承台宽度达到$’-，其最小整体稳定安全系数也超过3#’，满足整体稳定要求。与板桩法和676法相比，分别节省+1’万元和3+3$万元的资金，经济效益是相当显著的。原文将强度的实测值与理论计算值作了对比分析，见表+4’41所示。文中指出实测值均大于理论分析值，除83#+%4"#,淤泥土层较大外，其它差值都在3,9以内。认为采用真空排水预压法加固水下软土地基时，其加固后的强度增长可采用理论计算（文中用的是有效固结压力法）进行估算。图+4’43"水下真空排水预压法工艺3:袋装砂井；’:砂垫层；":滤管；$:密封膜；+:超低出膜口；0:止回阀；!:真空抽气管；&:水下射流泵；1:水下射流供水管；3,:离心泵；33:船（方驳）表+4’4&加固前后地基土强度的增长加固前加固后增长率土层名称（()*）（()*）（9）淤泥&#!""&#,,""+83#+%4"#,淤泥质粘土3$#1,$,#3,3014"#,%40#,淤泥’,#3&",#",+,40#,%43,#,淤泥质粘土’0#1"$3#!,++43,#,%43$#,—+"3— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基表!"#"$强度实测值与计算值的比较强度参数十字板强度（%&’）自重应力附加应力固结度土层名称理论计算（%&’）（%&’）!()（*）!()（%&’）"（+,）天然!)实测值"!)!)淤泥.2/234/1.!/5.#/6$./24/31.$/.#3/414/5-./!0"1淤泥质粘土1$/$31/..3/5.1/5$./2.2/$5#5/2!13/525/."10"6淤泥62/#61/1.!/5../524/1#5/.44/5#4/#15/1"60".5淤泥质粘土$./4!./5.2/5.!/53$/4#6/$1.5/$13/12./3".50".2注：!原文为##/.%&’估计笔误，这里作了改正。（三）某杂件库地基加固这里介绍的工程实例，我们认为是运用真空排水预压法没有取得明显效果的一个例子。当然看法也许与原文有差距，这里且作为个人的见解，供讨论。该试验工程地点位于长江南岸，与长江平行，面积为#1/!78237（..52/!7#），加固区北边距离江堤只有!57左右（见图!"#".2）。该试验区为件杂库的地基，该地基的地质柱状图和各层土的主要物理力学指标如图!"#".!所示。图!"#".2试验区平面位置图原地面为耕地，后在该地上先填土#7左右，填土是分层进行并经机械碾压，一年多后开始打设袋装砂井，砂井直径3(7，井距./17，呈正方形布置，井深.!7。砂垫层厚25(7。砂井施工结束2个月至半年后，开始抽真空。—!1#— 第二章预压法处理地基图!"#"$!柱状图及各层土物理力学指标抽气的第一天先用一台泵抽，在抽吸的%个小时过程中，砂垫层中真空度逐渐上升，一直到达%%!&&’(柱，之后真空度不见上升，反而有所下降，相对稳定在)*+&&’(柱。第二天又加了一台泵联抽，随之真空度稳步上升，但也是在%+天以后，膜下真空度才稳定在,++&&’(柱以上，之前一直在!#+-!.+&&’(柱之间徘徊。尽管如此，还是超过%+/01的设计荷载要求，加固中地表受到填土荷载、真空荷载与砂垫层荷载的共同作用，真空荷载大约在!,/01-*,/01之间。两泵联合抽气后，埋在土中不同高程的真空度测头测得的数据如表!"#"$+所示，表!"#"$$也列出真空度随时间沿深度的变化情况。从这两张表的数据来看，能否得出如下一些看法：表!"#"$+真空度随时间变化过程测头真空度测值（&&’(柱）编号标高及位置+2$天$+天#+天)+天%+天!+天!!天!.3,2+&，砂垫层底部%++!##!.+!%4,+$,$*,4+!)3#2,&，亚粘土层底!+.!$$+$)%$.4未测未测!#"+2!&，粉细砂层底)!4!$)+$%!$4!#+!##)!$"*2+&，下亚粘土层底++!.,+4+未测未测—!))— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基表!"#"$$真空度随时间沿深度的变化真空度测值（%%&’柱）日期!（标高()*+,%）!（-)-+,%）!（.)#+*%）!（#",+!%）!（$"/+,%）/0+!+#,（$$天）!$*/!/!0!,/0+*+0（.$天）!,./!$#($-$!!/0+*+#*（-/天）*$//!$/$#$.0$#的面积上用两台泵来抽气，直到-,天后真空$+膜下真空度上升缓慢，在$$,,%度才达到*,,%%&’柱以上。分析产生这个情况的原因，如果射流泵没有什么异样的话，那就得在密封上找答案了；#+埋在),+-%高程的真空度测头其测值始终在/!%%&’柱，这高程正好是原来的地面，#%多的填土刚好从这里开始，是否这儿存在漏气的通道，或者说真空度通过袋装砂井向土中传播时这儿的阻力相对较大（文中介绍填土是分层碾压的，而填土之下的原地表亚粘土层又是本地基各土层中密实度最大、孔隙比最小的土），所以真空度较难在这土层中传播；.+埋在)#+*%和",+!%高程的两个真空度测头在不同时间的测值是地下所有深度中量测到的最大值。)#+*%高程是细砂层的顶面，而",+!%正好是细砂层的底面，两个测头的测值相差无几，差值大部分都在#,%%&’柱以内。产生这种情形的原因，笔者认为是由于细砂层的渗透性好、有利于真空度的传递，从袋装砂井中来的真空度受到的传递阻力比较小的缘故，形成了“应力集中”现象，其下淤泥质亚粘土层受到真空的作用就会减弱。从沉降观测结果可知，第一天中心点下沉$,%%，以后沉降速率逐渐减小，到第!,天时，共发生.0%%的沉降；卸荷后回弹为(+!%%，实际最终因加固发生的沉降量为.$+!%%，加固中地基未发生水平位移。这里分析一下加固效果，加固前的#+,(%的填土荷重（约为-!123）在打设袋装砂井-4*个月之后，地基固结已基本完成（报告中计算的固结度已达到0/5）；而真空加砂垫层的荷载则应是本次加固中的荷载。粗略计算一下该荷载引起的地基沉降量：先计算由填土加真空再加砂垫层的荷载，一共约为$#,123，大约产生#!,%%左右的最终沉降量（按报告中提供的地质参数计算），其中由填土引起的为0,%%左右；由真空荷载与砂垫层引起的最终固结沉降量大约为$*,%%，若考虑加固达到的固结度仅为(,5，则由真空荷载加砂垫层应发生大约$$,%%左右的沉降量。可见现场加固实际发生的沉降量偏小。究其原因，可能问题是出在距地面.+!%深，标高为)#+*%4",+!%，厚度为.+$%的粉细砂层上，是这层的隔断密封未处理好造成的。这里地下水位高达)—!.-— 第二章预压法处理地基!"#!$，且与长江相通，该层也与长江水相连，打设的袋装砂井把该层与砂垫层连通；抽真空时，砂垫层中形成的真空度很大一部分消耗在该粉细砂层中，砂层中的水被源源不断地抽至地表，造成出水量很大，据测定大约为%$&’(，但沉降量却很小。砂井传递的真空度在不同深度的值很小，现场量测的)##"*$、)+",$、),"*$和-!",$高程的负超静孔隙水压力值最终分别为./01、+"*/01、#,"%/01和##"%/01，可见形成的有效应力亦很小，这就不可能产生较大的沉降量。有趣的是，以上面的有效应力值去估算地基发生的沉降量，大约亦在%2&3$之间。从这里也可看出本次加固因强透水层（距地表近、厚度大且与江水相连）未进行密封处理，是造成加固效果不很理想的根本原因。第四节施工质量控制与检验一、施工质量控制（一）加载预压法水平排水垫层施工时，应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。另外，在铺设砂垫层前，应清除干净砂井顶面的淤泥或其他杂质，以利砂井排水。袋中砂宜用干砂，不宜采用潮湿砂，以免袋内砂干燥后，体积减少，造成袋装砂井缩短与排水垫层不搭接。砂料含泥量要小，这对于小断面的砂井尤为重要，因为直径小，长细比大的砂井，井阻效应较为显著，含泥量要求小于&4。袋装砂井施工时，所用钢管直径宜略大于砂井直径，以减小施工过程中对地基土的扰动。袋装砂井或塑料排水带施工时，平面井偏差应不大于井径，垂直度偏差宜小于#"*4。拔管后带上砂袋或塑料排水带的长度不宜超过*,,$$。塑料带滤水膜在转盘和打设过程中应避免损坏，防止淤泥进入带芯堵塞输水孔而影响塑料带的排水效果。塑料带与桩尖的连接要牢固，避免提管时脱开将塑料带拔出。桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出。塑料带需接长时，为减少带与导管阻力，应采用滤水膜内平搭接的连接方式。为保证输水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度宜大于%,,$$。对加载预压工程，不能急于求成，应根据设计要求分级逐渐加载。在加载过程中—*&*— 第五篇换填垫层法、预压法处理地基应每天进行竖向变形、边桩位移及孔隙水压力等项目的观测，根据观测资料严格控制加载速率，竖向变形不应超过!"##$%，边桩水平位移不应超过&##$%。从沉降角度来分析，地基的沉降不仅仅是固结沉降，由于侧向变形也产生一部分沉降，特别是当荷载大时，若不注意加载速率的控制，地基内产生局部塑性区而因侧向变形引起沉降，从而增大总沉降量。（二）真空预压法真空预压法施工过程中，真空滤管的距离要适当使真空度分布均匀，滤管渗透系数大于!’!"()*#$+；泵及膜内真空度保持在,"-./。地面总沉降规律应符合一般加载预压时的沉降规律，如发现异常，应及时采取措施，以免影响最终加固效果。因此，必须做好真空度、地面沉降量、深层沉降、水平位移、孔隙水压力和地下水位的现场测试工作。二、施工质量检验!0施工前应检查施工监测措施，沉降、孔隙水压力等原始数据，排水设施，砂井（包括袋装砂井）、塑料排水带等位置。塑料排水带必须符合质量要求。)0堆载施工应检查堆载高度、沉降速率。真空预压施工应检查密封膜的密封性能、真空表读数等。10施工结束后应检查地基土的十字板剪切强度，标贯或静力触探值及要求达到的其它物理力学性能，重要建筑物地基应作载荷试验。&0在预压期间应及时整理变形与时间、孔隙水压力与时间等关系曲线，推算地基的最终固结变形量、不同时间的固结度和相应的变形量，以分析处理效果，并为确定卸载时间提供依据。20真空预压处理地基除应进行地基变形和孔隙水压力观测外，尚应量测膜下真空度和砂井不同深度的真空度。真空度应满足设计要求。30预压地基和塑料排水带质量检验标准，见表2()(!)。表2()(!)预压地基和塑料排水带质量检验标准允许偏差或允许值项序检查项目检查方法单位数值!预压载荷4!)水准仪主控)固结度（与设计要求比）4!)根据设计要求采用不同的方法项目1承载力或其他性能指标设计要求按规定方法—213— 第二章预压法处理地基续表允许偏差或允许值项序检查项目检查方法单位数值!沉降速率（与控制值比）"#!$水准仪%砂井或塑料排水带位置&&#!$$尺量一般’砂井或塑料排水带插入深度&&#%$$插入时用经纬仪检查项(插入塑料排水带时的回带长度&&!)$$尺量目)塑料排水带或砂井高出砂垫层距离&&"%$$尺量*插入塑料排水带的回带根数"+)目测注：如真空预压，主控项目中预压载荷的检查为真空度降低值+%"。—)’,—