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地基与基础:使用堆载预压法来改善土壤质量

时间:2023-10-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:堆载预压法是在软弱地基中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,砂井作为竖向排水通道的同时,可起缩短软弱地基水平向排水距离的作用,在砂垫层上部施加预压荷载以产生超静水压力,使土体中孔隙水较快地通过砂井砂垫层排出,以达到加速土体固结,提高地基土承载力、减小基础沉降量的目的。

地基与基础:使用堆载预压法来改善土壤质量

堆载预压法是在软弱地基中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,砂井作为竖向排水通道的同时,可起缩短软弱地基水平向排水距离的作用,在砂垫层上部施加预压荷载以产生超静水压力,使土体中孔隙水较快地通过砂井砂垫层排出,以达到加速土体固结,提高地基土承载力、减小基础沉降量的目的。

1.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,主要取决于粘性土层的固结特性和工期要求。因缩小井距要比增大砂井直径更有利于加速土层的固结,原则上以“细而密”布置方案为好。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、缩颈甚至砂井不连续等质量问题。工程上常用的普通砂井直径为30 ~50cm;袋装砂井直径为7~10cm;塑料排水带可按式(9-5)进行当量换算直径

式中 dP——塑料排水带当量换算直径;

α——换算系数,无试验资料时可取α=0.75~1.00;

b——塑料排水带宽度;

δ——塑料排水带厚度。

砂井的间距通常可按井径比n(n=de/dw,dw为砂井直径,de为每个砂井的有效影响范围的直径)确定,普通砂井的间距可按n=6~8 选用,一般取2~4m;袋装砂井或塑料排水带的间距可按n=15~20 选用,一般取1~1.5m。

(2)砂井的长度。砂井长度的选择和土层分布、地基变形和稳定性要求以及工期等因素有关。当软粘土层不厚时,排水井应贯穿软粘土层;软粘土层较厚但间有砂层或砂透镜体时,排水井应尽可能打至砂层或砂透镜体。当粘土层很厚又无砂透水层时可按建筑物对地基变形及稳定性要求来决定。对以地基抗滑稳定性控制的工程,如路堤、土坝、岸坡、堆料场等,砂井深度至少应超过最危险滑动面2m。从沉降考虑,砂井长度应穿过主要的压缩层。工程应用中,砂井长度一般为10~20m。

(3)砂井的平面布置。砂井在平面上可布置成梅花形(正三角形)或正方形,以梅花形排列较为紧凑和有效,如图9-2所示。

一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距s 的关系如下:

梅花形布置de=1.05s

正方形布置de=1.13s

砂井的布置范围,一般比建筑物基础范围稍大为好,因为基础以外一定范围内地基中仍然存在由于建筑物荷载所引起的应力,如果能使基础范围外的地基土固结,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。(www.xing528.com)

图9-2 砂井平面布置及影响范围土柱体示意

(a)梅花形布置;(b)正方形布置

(4)砂井顶面砂垫层。在砂井顶面应铺设排水砂垫层,以连通各个砂井,形成通畅的排水通道,将水排到场地以外。砂垫层厚度宜大于400mm;水下施工时,由于砂垫层厚度不易控制一般做成1000mm 左右。为节省砂料,也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层,砂沟的高度一般为500~1000mm,砂沟的宽度取砂井直径的2 倍。

2.施工要点

(1)砂井施工工艺如图9-3所示。

(2)砂料的选择。井的砂料应尽可能选用渗透性好的砂料,以减小砂井对水流的阻力。一般宜选用含泥量小于3%的中粗砂或矿渣,但渗透系数不得小于1×10—2 cm/s。

砂垫层的砂料宜采用透水性好的中砂,其含泥量不得大于4%,砂垫层的干密度宜大于1.5t/m3,其渗透系数不宜小于1×10—2 cm/s。

(3)质量控制。应保证达到设计要求的灌砂密实度,自上而下保持连续,避免出现缩径现象,且尽可能减小对砂井周围土结构的扰动;砂井的长度、直径和间距应满足设计要求;砂井位置的允许偏差为该井的直径,垂直度的允许偏差为1.5%;其实际灌砂量不得小于计算的95%。对灌砂量未达到设计要求的砂井,应在原位将砂井复打、复灌一次。

图9-3 砂井施工工艺图

(a)桩机就位`;(b)打设到设计深度,灌砂;(c)提起桩管,活瓣桩尖张开,砂留在桩孔中;(d)将桩管再次打到设计深度,灌砂;(e)拔起桩管完成扩大砂井

施工期间应进行现场测试。①边桩水平位观测:主要用于判断地基的稳定性,决定安全的加荷速率,要求边桩位移速率应控制在3~5mm/d;②地面沉降观测:主要控制地面沉降速度,要求最大沉降速率不宜超过10mm/d;③孔隙水压力观测:用于计算土体固结度、强度及强度增长,分析地基的稳定性,从而控制堆载速度,防止堆载过多、过快而导致地基破坏。

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