预压法教学市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考!,水工建筑物地基处理,软弱地基处理,预压法,讲课对象：水工专业级,任课教师：王润英,时间：4月5月,1/66,1,讲课内容及安排,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,2/66,2,1、,预压法加固,原理,2、,预压法适用条件,3、,预压法分类,4、,预压系统组成及各部分功用,预压法概述,3/66,3,1、,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，,使土体中孔隙水排出，逐步固结，地基发生沉降，同时强度逐步提升方法。,预压法概述,4/66,4,加固作用：,（1）沉降问题：使地基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沉降和沉降差。,（2）稳定问题：加速地基土抗剪强度增加，从而提升地基承载力和稳定性。,预压法概述,5/66,5,2、适用条件：,总来讲，预压法适合用于：,在连续荷载下土体积会发生很大压缩变形且抗剪强度会连续增加土类地基处理，如：淤泥、淤泥质土、新吹填饱和软土。,预压法概述,6/66,6,3、预压法分类：,（1）按预压荷载大小来分：,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,预压法概述,7/66,7,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砂层中间,低位真空预压法：水平滤网设在软土之下,预压法概述,8/66,8,4、组成及各部分作用及适用范围：,（1）组成,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,加压系统：,堆载、真空预压、降低地下水位等,预压法概述,9/66,9,（2）各部分作用：,排水系统：,改变地基原有排水边界条件，缩短排水路径，加速软土固结;,加压系统：,对地基施加预压或真空负压，使地基土中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。,预压法概述,10/66,10,1、,适用条件,2、堆载预压法设计,（1）,竖向排水体设计,（2）,确定加载数量、范围、速率和预压时间,（3）,计算地基固结度、强度增加、抗滑稳定和变形,（4）,工法质量控制,预压法堆载预压法,11/66,11,除了预压法总适用条件外，还有：,（1）要有价格廉价堆载；,（2）要有足够长预压时间。,预压法堆载预压法,适用条件,12/66,12,选择竖向排水体,确定竖向排水体设计参数：,（a）,直径,（b）,间距,s,（,c）,深度,L,堆载预压法竖向排水体设计,13/66,13,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;,对于深厚软粘土地基，为了加速软土地基固结过程，提升预压效果，普通常在地基内设置竖向排水体。,堆载预压法竖向排水体设计,14/66,14,普通砂井直径取300500,mm,；,袋装砂井直径取70100,mm；,塑料排水板当量换算直径,堆载预压法竖向排水体设计,15/66,15,间距,s：,间距依据地基土固结特征和预定时间内所要求到达固结度确定。通常按井径比,n=,de,/dw,确定：,普通砂井间距,s,按,n=68,采取，惯用24,m；,袋装砂井间距,s,按,n=1520,采取，普通为12,m；,塑料排水带间距,s,按,n=1520,采取，实际工程中，常取在1.01.5,m,之间。,堆载预压法竖向排水体设计,16/66,16,de,为一根砂井有效排水圆柱体直径;,砂井平面布置可采取等边三角形或正方形排列;,等边三角形布置：,de=1.05s,正方形布置：,de=1.13s,堆载预压法竖向排水体设计,17/66,17,深度,L：,依据建筑物对地基稳定性和变形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通软土；,软土层较厚：,L,应依据结构对变形和稳定要求决定；,软土层很厚（20,m）：,因为此时径向平均固结效应已很小，故穿越软土意义不大，可采取超载预压处理。,堆载预压法竖向排水体设计,18/66,18,堆载大小：,按照结构对变形要求，工程上普通采取：,对变形要求不高工程，采取等载预压，与建筑物基底压力大小相同，堆载高度,堆载预压法确定堆载,对变形要求较高工程、地基为欠固结土，采取超载预压，堆载高度,19/66,19,堆载范围,不应小于建筑物基础边缘所包围范围；,加载速率,应与地基土增加强度相适应，对加载各阶段应进行抗滑稳定分析；,制订分级预压计划,。,堆载预压法确定堆载,20/66,20,分级预压计划制订步骤：,首先依据场地野外十字板剪切试验资料，经统计，得出,Sv,沿深度改变规律：,Sv=A+BZ,Sv=A+BZ,得到后，依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位置（如：此位置在基底以下深度为,h,处）；,计算第一级堆载大小、速率及时间,；,计算第一级加载结束时地基平均固结度,；,估算第二级荷载及其它各级荷载,；,绘制出,pt,加荷计划图,。,堆载预压法确定堆载,21/66,21,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,取,h/2,深度处土抗剪强度作为估算施加第一级荷载,p,1,初始抗剪强度,Cu,0，,若为长条形荷载（如坝、堤、路基荷载）,堆载预压法确定堆载,第一级筑堤高度：,第一级荷载施工时间：,22/66,22,计算第一级加载结束时地基平均固结度：,堆载预压法确定堆载,对总平均固结度要求：,（,a）,普通情况要求(70%75%);,（,b）,对变形要求高工程，应到达80%90%。,23/66,23,估算第二级荷载：,第一级加载结束，间歇一段时间后到施加第二级荷载前，此时地基土抗剪强度将增加到,Cu,1,：,堆载预压法确定堆载,经第二级加载后总预压荷载,第二级加载为,以这类推,24/66,24,依据 和每级加载时间,Ti,及加载后间歇时间，即可绘制出,pt,加荷计划图。,堆载预压法确定堆载,25/66,25,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程度，任一深度,z,处经过时间,t,后固结度为：,堆载预压法固结度计算,对单向固结，土层平均固结度：,26/66,26,荷载一次到位时固结度计算：,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，不然要分级加载；,竖向平均固结度：,堆载预压法固结度计算,径向平均固结度：,总平均固结度：,27/66,27,分级加载时固结度计算：,在实际工程中，荷载往往是分级施加，任意,t,时刻固结度按,JGJ79-91,P12,公式计算：,堆载预压法固结度计算,28/66,28,对于预压荷载下最终沉降量，先按单向压缩分层总和法计算：,堆载预压法沉降计算,然后考虑其它影响原因，得,t,时刻地基沉降量,29/66,29,设有塑料排水板地基，因为有良好排水条件，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发土强度增加影响：,堆载预压法地基稳定分析,30/66,30,堆载预压法地基稳定分析,31/66,31,实际工程中，应经过现场原位测试来确保工法质量。现场观察主要包含：,沉降观察；,边桩位移测定；,孔隙水压力控制；,有条件工程，还需做现场静力触探和十字板剪切试验；,卸载时间确定。,堆载预压法工法质量控制,32/66,32,1、,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,预压法真空预压法,33/66,33,在软土上铺设一层0.40.5,m,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23层真空膜；,最终借助真空泵（射流泵）抽气，因而在膜内形成大气压差；,因为砂垫层和竖向排水系统与地基土界面存在这一压差，土中孔隙水发生向竖井渗流，使孔隙水压力不停降低，有效应力不停提升而使土体逐步固结。,真空预压法基本原理,34/66,34,（1）本工法真空负压施加，不会造成土体中剪应力增加，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，抽取真空度越高，土层收缩变形越大；,（3）本工法是内挤收缩变形，故不会发生因侧向挤出而引发竖向附加沉降；,（4）本工法加固土体孔隙压密程度较高，在相同情况下，真空预压压密效果比堆载预压法好；,（5）本工法工期短。,真空预压法主要优点,35/66,35,真空预压法主要优点,堆 载 预 压,真 空 预 压,(1)依据有效应力原理，因为堆载，地基总应力增加，堆载所引发超静孔隙水压力逐步消散而使有效应力增加；,(1)依据有效应力原理，在地基总应力不变条件下，因为抽真空而引发负孔隙水压力逐步消散而使有效应力增加；,(2)堆载预压过程中，首先土体强度在提升，另首先随堆载增加剪应力也在增大，当剪应力抵达土抗剪强度时，土体即发生剪切破坏,(2)预压过程中，有效应力增量是各向相同，剪应力不增加，不会引发土体剪切破坏；,(3)因为第(2)点原因，堆载过程中需严格控制加载速率；,(3)无须控制加载速率，可一次连续抽真空至最大真空度，因而可缩短预压时间；,(4)预压过程中，预压区周围土产生向外侧向变形；,(4)预压过程中，预压区周围土产生指向预压区侧向变形；,(5)非等向应力增量下土体固结而取得强度增加；,(5)等向应力增量下土体固结而取得强度增加；,（6）可施加较大预压荷载。,(6)当前能抵达最大真空压力在90kPa左右。,36/66,36,本工法适合用于均质粘性土和含不连通薄粉砂夹层软粘土地基，尤其适合用于新吹填超软土地基；,本工法有效加固深度10,m（,砂井）或更大些（塑料板）；,若场地无堆载可用或堆料价格太高、工程对工期有要求时，可用本工法。,真空预压法适用条件,37/66,37,真空预压法施工工序,38/66,38,真空预压法施工次序：,（1）,铺砂垫层20,cm，,插塑料排水板；,（2）铺设滤水管网（主管、支管）；,（3）在滤管上再铺20,cm,砂垫层；,（4）铺23层真空膜，注意：真空膜四面要做好锚固闭气，膜搭接宽度15,mm；,（5）,将主管和膜外真空设备连接，一切正常即可开始抽真空。,真空预压法施工工序,39/66,39,真空预压法沉降计算,当真空预压等代预压荷载和堆载预压相同时，真空预压变形小，但加固土体密实度大；当二者竖向变形相同时，前者作用于土体等效压力大于后者，土体抗剪强度显著大于后者。,40/66,40,1、,工法定义,2、,本工法和传统真空预压法区分,3、,工法应用范围,4、,低位真空预压法系统组成,5、,加固原理,预压法低位真空预压法,41/66,41,低位真空预压是因水平向排水系统（滤管网）设在软土层以下而得名。,低位真空预压法定义,低位真空,预压法,真空预,压法,42/66,42,（1）泥代膜：工法用清淤泥浆（废物）本身闭气功效代替昂贵土工膜；,（2）管代砂：为预防因砂垫层井阻大，真空负压损耗大，使膜下真空负压不均匀缺点，本工法省去砂垫层而用密间距水平支管代之（即一管一带法）作为水平向排水系统；,（3）新型真空系统；,（4）泥浆上插板机。,低位真空预压法主要创新点,43/66,43,（1）本工法真空预压层设在软土地基和新吹填泥浆层之间，在加固软土同时完成了上部吹填泥浆层固结；,（2）本工法利用吹填泥浆本身封闭功效，省去了密封真空膜造价降低，漏气损失减小；,（3）因为采取吹填泥浆做闭气，使等代预压荷载达90105,kPa，,同时本工法等代预压荷载连续时间远比真空预压长，这对下部软土固结是有利。加固效果可达：,管下泥浆或软土,fs=,80,kpa（,经90120天加固）,泥封层,fs=,5060,kpa,低位真空预压法与传统真空预压法区分,44/66,44,缺土区造土；,用清淤泥浆对高速公路、滨海大道快速加固及填高；,用河（湖）泥浆筑堤（或路堤结合体）；,（软土地基上）新开河道立邦处理；,大面积用海泥浆造陆工程；,海（湖）中人工岛；,泥浆二次利用：如陶粒、地砖、绿化土等。,低位真空预压法应用范围,45/66,45,低位真空预压法系统组成,46/66,46,（1）排水系统：,作用：改变地基原有排水边界，缩短排水路径，加速土体固结。,组成：,（,a）,水平向排水系统：,干管：,200,PVC,双壁波纹管,支管：,60,PVC,双波纹盲管,（,b）,竖直向排水系统：理论上能够用砂井、塑料排水板，但惯用塑料排水板而不用砂井？,低位真空预压法系统组成,47/66,47,（2）密封系统：,作用：和真空预压法中真空膜相同；,组成：在水平排水系统上普通依据地域不一样，在其上吹一层0.81.2,m,泥浆层。,低位真空预压法系统组成,48/66,48,（3）真空加压系统：,作用：产生真空负压，使土体中孔隙水在强大负压吸力下经过竖向排水系统、水平向排水系统排入集水井中；,组成：真空系统+集水井（井中有潜水泵）,注意：*真空预压施工时，当5天以上实测沉降速率2,mm/day,时，可停顿抽气。,低位真空预压法系统组成,49/66,49,（1）水平向排水系统以下部分，包含吹填泥浆和被处理地基软土：,在真空负压引发吸力和泥封层引发附加荷载共同作用下，土中大部分孔隙水经过竖向排水系统、水平向排水系统、集水井排出，土体压实且固结。,低位真空预压法加固原理,50/66,50,（,2）,上部吹填泥封层加固原理,（,a）,底部约1/3范围（2540,cm）：,真空预压过程中，真空吸力逐步自泥封层底部向中部传递，使底部泥封层中大部分孔隙水在真空吸力下经水平滤管网排出，土中孔隙水压力逐步消散，使泥封层土有效应力增大，土体发生收缩固结；,低位真空预压法加固原理,51/66,51,（,b）,表面约1/3厚度部分（约0.30.4,m）：,首先从表面开始，自上而下因为蒸发、失水、体积收缩（下层土体阻止其收缩、产生拉应力）、龟裂，开裂后蒸发面增大使土体深层失水、收缩到达固结目标。,（,c）,中间约1/3厚度部分：其加固原理二者兼而有之。,低位真空预压法加固原理,52/66,52,能否将已被破坏土地资源得到高效、低价、无二次污染生态再生？,生态再生原始原理：,河（湖、海）清淤泥浆,经过提供排水通道、加载,到达排水固结目标，变成能够利用土地资源。,土地资源生态再生技术,问题提出,53/66,53,（1）堆载预压法,优点：,工法简单；起源简单；成本不高。,缺点：,要有大量价格廉价堆载，这势必要大量开山、挖地占用农田；,因为本工法中软土固结很慢，要使含水量很高淤泥（浆）到达合理土方需要时间很长；,无造土功效，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术,预压法和土地资源再生,54/66,54,（2）降水预压法,优点：不需要堆载；,缺点：,即使不需要大量堆载，但大量降水对周围结构和环境会造成不利影响；,无造土功效，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术,预压法和土地资源再生,55/66,55,（3）传统真空预压法：,优点：,不需要堆载，它利用真空负压产生吸力加载；对周围环境（因为侧向变形小）影响小；工期短。,缺点：,采取23层真空膜作为闭气；,在工程中需要4060,cm,左右中粗砂垫层作为水平向排水系统；,效率低：采取射流泵作为真空系统，它效率低、耗电量大。,本工法只适合用于陆上对软基进行处理，无造土功效，也不能利用清淤泥浆进行土地资源再生。,土地资源生态再生技术,预压法和土地资源再生,56/66,56,（1）低位真空预压法施工依据不一样设计要求，施工方法略有不一样：,造土、建筑原料土、绿化土、陆域工程用作绿化场地区域等,；,场地标高低，筑堤高度远大于1,m，,但无须进行地基处理,；,场地较低，填高较大，同时填高后场地所建构筑物基底压力80,kpa,但结构对变形要求高。,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,57/66,57,（2）本工法几个特殊工艺：,为使泥封层,fs,到达7080,kpa，,泥封层需采取特殊工艺,；,软基上高堤（土坝）一次到位工艺,；,深水海堤一次到位工艺,。,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,58/66,58,施工方法：,筑围堰（普通高1,m）,在平整后地面上铺设水平滤管网,吹0.81.2,m,泥封层,抽真空（6090天）结束,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,59/66,59,施工方法：,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,60/66,60,施工方法：,筑围堰,吹泥,水上插板，铺管,吹泥,抽真空,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,61/66,61,为使泥封层,fs,到达7080,kpa，,泥封层需采取特殊工艺。比如高速公路路基面层（泥封层：,方法：,高速公路泥面出现亮点时开始抽真空,抽真空3540天泥面龟裂,在泥封层上铺30,cm,厚石渣,进行碾压,再铺30,cm,厚石渣,进行碾压，则面层,fs,可达8090,kpa。,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,62/66,62,软基上高堤或土坝一次到位工艺：,例：当地土源不足，堤高,h=5m，,拟采取河中清淤泥浆筑堤。,验算一次到位围堰高度,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,63/66,63,施工步骤：,吹泥浆3.2,m,铺设水平滤管,吹泥浆（泥封层）,抽真空,抽真空3540天用翻晒后表层土分层碾压,最终做碎石基层,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,64/66,64,海堤为斜坡式：,需使围堰材料,s,减小，使围堰底压力减小。,思绪：,围堰必须能在短期（六个月）挡水；,围堰材料施工方便；,围堰材料重度比传统材料小；,能有效减小基底压力；,围堰施工时能确保地基软土强度增加。,方法：砂袋坝，底部做砂袋坝软体排。,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,65/66,65,施工步骤：,铺设软体排,插塑料排水板,分层筑砂袋坝至所需高度,吹泥浆,铺管,土地资源生态再生技术,低位预压法和土地资源再生,插塑料排水板（插得深一点）,吹泥封层,抽真空,抽真空3540天时，用当地材料筑堤至顶,临水面护坡,66/66,66,