3.2 預(yù)壓法
3.2.1 基本概念
預(yù)壓法包括堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法。還可進(jìn)行真空~堆載聯(lián)合預(yù)壓。
1． 堆載預(yù)壓法
是指在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建場(chǎng)地上用堆土或其他荷重，施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長(zhǎng)土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性；同時(shí)可減小土體的壓縮性，消除沉降量以便在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。其中堆載預(yù)壓法處理深度一般達(dá)10米左右。
由于軟土的滲透性很小，土中水排出速率很慢，為了加速土的固結(jié)，縮短預(yù)壓時(shí)間，常在土中打設(shè)砂井，作為土中水從土中排出的通道，使土中水排出的路徑大大縮短，然后進(jìn)行堆載預(yù)壓，使軟土中空隙水壓力得以較快地消散，這種方法稱為砂井堆載預(yù)壓法。有時(shí)，也在土中插入排水塑料帶，代替砂井。由于塑料排水帶可采用專用向土中插入塑料排水帶的插板機(jī)施工，施工速度很快，得到較多應(yīng)用。
2．真空預(yù)壓法
真空預(yù)壓法是先在需加固的軟土地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層或砂礫層，再在其上覆蓋一層不透氣的塑料薄膜或橡膠布，四周密封好與大氣隔絕，在砂墊層內(nèi)埋設(shè)滲水管道，然后與真空泵連通進(jìn)行抽氣，使透水材料保持較高真空度，在土的孔隙水中產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，將土中孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結(jié)。
因此，預(yù)壓法(排水固結(jié)法)可用于解決地基的沉降和穩(wěn)定問(wèn)題。預(yù)壓法須滿足兩個(gè)基本要素：即加荷系統(tǒng)和排水通道。加荷系統(tǒng)是地基固結(jié)所需的荷載；排水通道是加速地基固結(jié)的排水措施。加荷系統(tǒng)可有多種方式，如堆載、真空預(yù)壓、降水以及聯(lián)合預(yù)壓等；排水通道可以利用地基中天然排水層，否則，可人為增設(shè)排水通道，如砂井(普通砂井或袋裝砂井)、塑料排水板、水平砂墊層等。
3.2.2 適用范圍
適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和粘性土地基。
3.2.2 加固機(jī)理
飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時(shí)，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。所以，土體在受壓固結(jié)時(shí)，一方面孔隙比減小產(chǎn)生壓縮，一方面抗剪強(qiáng)度也得到提高。這說(shuō)明，如果在建筑場(chǎng)地先加一個(gè)和上部建筑物相同的壓力進(jìn)行預(yù)壓，使土層固結(jié)然后卸除荷載，再建造建筑物。這樣，建筑物所引起的沉降即可大大減小。如果預(yù)壓荷載大于建筑物荷載，即所謂超載預(yù)壓，則效果更好，因?yàn)?，?jīng)過(guò)超載預(yù)壓，當(dāng)土層的固結(jié)壓力大于使用荷載下的固結(jié)壓力時(shí)，原來(lái)的正常固結(jié)黏土層將處于超固結(jié)狀態(tài)，而使土層在使用荷載下的變形大為減小。
在荷載作用下，土層的固結(jié)過(guò)程就是孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加的過(guò)程。如地基內(nèi)某點(diǎn)的總應(yīng)力為σ，有效應(yīng)力為σ’，孔隙水壓力為u，則三者有以下關(guān)系。
σ’=σ-u (3.2-1)
用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過(guò)增加總應(yīng)力σ并使孔隙水壓力u消散來(lái)增加有效應(yīng)力σ’的方法。降低地下水位和電滲排水則是在總應(yīng)力不變的情況下，通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓是通過(guò)覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，使黏土層產(chǎn)生固結(jié)壓力。降低地下水位、真空預(yù)壓和電滲法由于不增加剪應(yīng)力，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的黏土地基。
【例題8】采用預(yù)壓法使飽和軟粘土產(chǎn)生壓縮固結(jié)，其實(shí)質(zhì)是( )。
A、粘土顆粒被壓縮；
B、孔隙中的水被壓縮；
C、孔隙中的氣體被壓縮；
D、孔隙中的水、氣體被排出；
答案：D
【例題9】采用下列( )方法，使飽和軟粘土產(chǎn)生壓縮固結(jié)而土體又不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。
A、降低地下水位；
B、真空預(yù)壓；
C、堆載預(yù)壓；
D、電滲法．
答案：A、B、D
3.2.3 設(shè)計(jì)
用預(yù)壓法處理地基應(yīng)預(yù)先通過(guò)勘察查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的位置及水源補(bǔ)給條件等。應(yīng)通過(guò)土工試驗(yàn)確定土的先期固結(jié)壓力、孔隙比與固結(jié)壓力關(guān)系、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度以及原位十字板抗剪強(qiáng)度等。
對(duì)重要工程，應(yīng)預(yù)先在現(xiàn)場(chǎng)選擇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。在預(yù)壓過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行豎向變形、側(cè)向位移、孔隙水壓力等項(xiàng)目的觀測(cè)以及原位十字板剪切試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)獲得的資料分析地基的處理效果，與原設(shè)計(jì)預(yù)估值進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)做必要的修正，并指導(dǎo)全場(chǎng)的設(shè)計(jì)和施工。
【例題10】用預(yù)壓法處理地基時(shí)，應(yīng)通過(guò)土工試驗(yàn)確定土指標(biāo)有( )。
A、先期固結(jié)壓力；
B、滲透系數(shù)；
C、固結(jié)系數(shù)、
D、含水量；
E、壓縮系數(shù)；
F、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度
答案：A、B、C、F
3.2.3.1 堆載預(yù)壓法
對(duì)深厚軟粘土地基，應(yīng)設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當(dāng)軟土厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結(jié)速率能滿足工期要求時(shí)，可不設(shè)置排水豎井。
堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容：
選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷在面尺寸、間距、排列方式和深度；確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級(jí)、加載速率和預(yù)壓時(shí)間；計(jì)算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)、抗滑穩(wěn)定和變形。
3.2.1 基本概念
預(yù)壓法包括堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法。還可進(jìn)行真空~堆載聯(lián)合預(yù)壓。
1． 堆載預(yù)壓法
是指在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建場(chǎng)地上用堆土或其他荷重，施加或分級(jí)施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對(duì)地基土進(jìn)行預(yù)壓，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長(zhǎng)土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性；同時(shí)可減小土體的壓縮性，消除沉降量以便在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差。其中堆載預(yù)壓法處理深度一般達(dá)10米左右。
由于軟土的滲透性很小，土中水排出速率很慢，為了加速土的固結(jié)，縮短預(yù)壓時(shí)間，常在土中打設(shè)砂井，作為土中水從土中排出的通道，使土中水排出的路徑大大縮短，然后進(jìn)行堆載預(yù)壓，使軟土中空隙水壓力得以較快地消散，這種方法稱為砂井堆載預(yù)壓法。有時(shí)，也在土中插入排水塑料帶，代替砂井。由于塑料排水帶可采用專用向土中插入塑料排水帶的插板機(jī)施工，施工速度很快，得到較多應(yīng)用。
2．真空預(yù)壓法
真空預(yù)壓法是先在需加固的軟土地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層或砂礫層，再在其上覆蓋一層不透氣的塑料薄膜或橡膠布，四周密封好與大氣隔絕，在砂墊層內(nèi)埋設(shè)滲水管道，然后與真空泵連通進(jìn)行抽氣，使透水材料保持較高真空度，在土的孔隙水中產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，將土中孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結(jié)。
因此，預(yù)壓法(排水固結(jié)法)可用于解決地基的沉降和穩(wěn)定問(wèn)題。預(yù)壓法須滿足兩個(gè)基本要素：即加荷系統(tǒng)和排水通道。加荷系統(tǒng)是地基固結(jié)所需的荷載；排水通道是加速地基固結(jié)的排水措施。加荷系統(tǒng)可有多種方式，如堆載、真空預(yù)壓、降水以及聯(lián)合預(yù)壓等；排水通道可以利用地基中天然排水層，否則，可人為增設(shè)排水通道，如砂井(普通砂井或袋裝砂井)、塑料排水板、水平砂墊層等。
3.2.2 適用范圍
適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和粘性土地基。
3.2.2 加固機(jī)理
飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時(shí)，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。所以，土體在受壓固結(jié)時(shí)，一方面孔隙比減小產(chǎn)生壓縮，一方面抗剪強(qiáng)度也得到提高。這說(shuō)明，如果在建筑場(chǎng)地先加一個(gè)和上部建筑物相同的壓力進(jìn)行預(yù)壓，使土層固結(jié)然后卸除荷載，再建造建筑物。這樣，建筑物所引起的沉降即可大大減小。如果預(yù)壓荷載大于建筑物荷載，即所謂超載預(yù)壓，則效果更好，因?yàn)?，?jīng)過(guò)超載預(yù)壓，當(dāng)土層的固結(jié)壓力大于使用荷載下的固結(jié)壓力時(shí)，原來(lái)的正常固結(jié)黏土層將處于超固結(jié)狀態(tài)，而使土層在使用荷載下的變形大為減小。
在荷載作用下，土層的固結(jié)過(guò)程就是孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加的過(guò)程。如地基內(nèi)某點(diǎn)的總應(yīng)力為σ，有效應(yīng)力為σ’，孔隙水壓力為u，則三者有以下關(guān)系。
σ’=σ-u (3.2-1)
用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過(guò)增加總應(yīng)力σ并使孔隙水壓力u消散來(lái)增加有效應(yīng)力σ’的方法。降低地下水位和電滲排水則是在總應(yīng)力不變的情況下，通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓是通過(guò)覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，使黏土層產(chǎn)生固結(jié)壓力。降低地下水位、真空預(yù)壓和電滲法由于不增加剪應(yīng)力，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的黏土地基。
【例題8】采用預(yù)壓法使飽和軟粘土產(chǎn)生壓縮固結(jié)，其實(shí)質(zhì)是( )。
A、粘土顆粒被壓縮；
B、孔隙中的水被壓縮；
C、孔隙中的氣體被壓縮；
D、孔隙中的水、氣體被排出；
答案：D
【例題9】采用下列( )方法，使飽和軟粘土產(chǎn)生壓縮固結(jié)而土體又不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。
A、降低地下水位；
B、真空預(yù)壓；
C、堆載預(yù)壓；
D、電滲法．
答案：A、B、D
3.2.3 設(shè)計(jì)
用預(yù)壓法處理地基應(yīng)預(yù)先通過(guò)勘察查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的位置及水源補(bǔ)給條件等。應(yīng)通過(guò)土工試驗(yàn)確定土的先期固結(jié)壓力、孔隙比與固結(jié)壓力關(guān)系、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度以及原位十字板抗剪強(qiáng)度等。
對(duì)重要工程，應(yīng)預(yù)先在現(xiàn)場(chǎng)選擇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。在預(yù)壓過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行豎向變形、側(cè)向位移、孔隙水壓力等項(xiàng)目的觀測(cè)以及原位十字板剪切試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)獲得的資料分析地基的處理效果，與原設(shè)計(jì)預(yù)估值進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)計(jì)做必要的修正，并指導(dǎo)全場(chǎng)的設(shè)計(jì)和施工。
【例題10】用預(yù)壓法處理地基時(shí)，應(yīng)通過(guò)土工試驗(yàn)確定土指標(biāo)有( )。
A、先期固結(jié)壓力；
B、滲透系數(shù)；
C、固結(jié)系數(shù)、
D、含水量；
E、壓縮系數(shù)；
F、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度
答案：A、B、C、F
3.2.3.1 堆載預(yù)壓法
對(duì)深厚軟粘土地基，應(yīng)設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當(dāng)軟土厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結(jié)速率能滿足工期要求時(shí)，可不設(shè)置排水豎井。
堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容：
選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷在面尺寸、間距、排列方式和深度；確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級(jí)、加載速率和預(yù)壓時(shí)間；計(jì)算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)、抗滑穩(wěn)定和變形。