软弱地基的沙井堆载预压法处理及施工

　　沙井堆载预压法，是以沙井为竖向排水体、砂垫层作为水平排水体构成排水系统，在砂垫层上部堆载作为加压系统的预压法。

 

　　软粘土结构一般呈蜂窝状或絮状，在固体颗粒周围充满水，当受到压力作用时，土体中孔隙水慢慢排出，空隙体积变小而发生体积压缩这一过程称为固结。由于粘性土的孔隙很小透水性很差，固结过程非常缓慢。当地基粘土层厚度很大时，仅采用堆载预压而不改变粘土层的排水边界条件，粘土层固结将十分缓慢，地基土的强度曾长过慢而不能快速堆压，使预压时间很长。而砂的透水性好，在地基内设置沙井等竖向排水系统，则可缩短排水距离，有效地加速土的固结。

 

　　1软弱地基的种类及常见处理方法

 

　　软弱地基的种类很多。《建筑地基基础设计规范》中规定，软弱地基就是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。成固的不同造成它们在物理学性能上的复杂性，其共同的特点是承载力低，压缩性高，透水性差等。地基处理的目的主要有：①改善剪切特性；②改善压缩特性；③改善透水特性；④改善动力特性；⑤改善特殊土的不良地基的特性。目前对厚度较大的软弱地基，一般采用换土垫层法、深层密实法、排水固结法、化学加固法、加密法、热学法等方法处理。各种处理方法都有较强的针对性，选择方案是否合理，直接影响到建筑物的设计是否安全和工程造价。在实际工作中，尤其在温州地区，沙井堆载预压法较少提及，本人认为在条件许可的情况下采用沙井堆载预压法处理某些软弱地基不仅施工方便，而且费用较为经济合理。

 

　　2用沙井堆载预压法处理软弱地基

 

　　堆载预压法是指人工设置排水通道，使加荷后的孔隙水能较迅速地排出。适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，但需要具有预压的荷载和时间的条件，对于厚的泥炭层则要慎重对待。温州地区主要淤泥、淤泥质土和结构性海洋土地基，对于某些海滨油库、修建海塘、水库水坝、道路工程（尤其高速公路基础工程）可采用竖向沙井堆载预压法，其特点是施工方法较简单、工期长、经济节约。现就其对地基处理作一简要介绍。

 

　　2.1排水砂井的作用

 

　　对以主固结为主的粘性土层，砂井对加建基固结沉降及提高强度是很有效的。但砂井只能加速固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜采用此法。但克服次固结可利用超载的方法。

 

　　2.2砂井地基设计

 

　　（1）竖向排水固结度计算

 

　　竖向排水固结度的表达形式为

 

　　Uv=1-·e-Tv=

 

　　式中Tv——竖向固结时间因素

 

　　H——单面排水土层的厚度或双面排水时土层厚度之半（cm）

 

　　Cv——竖向固结系数（cm2/s）Cv=

 

　　Kv——竖向渗透系数（cm/s）

 

　　e——土的初始孔隙比

 

　　a——土的压缩系数（0.1cm2/N）

 

　　γw——水的重度（0.01N/cm3）

 

　　t——固结时间：如荷载逐渐施加，则从加荷历时的一半计算（s）

 

　　（2）径向排水固结计算

 

　　Ur=1-e-

 

　　Ur——径向排水固结度。

 

　　Th——径向排水固结的时度因素；Th=

 

　　Ch——水平向固结系数

 

　　F=-

 

　　n——井径比，n=

 

　　de——每一个砂井有效影响范围的直径；

 

　　dw——砂井直径

 

　　（3）平均固结度Urv

 

　　Urv=1-（1-Uv）（1-Uv）

 

　　（4）地基抗剪强度S

 

　　S=η（S0+△Sc）

 

　　η取0.8～0.85

 

　　S0——地基在加荷前的天然抗剪张度

 

　　△Sc——第一期荷载作用下，由于固结面引起的强度增量

 

　　△Sc=K·△61·Ut

 

　　k——室内三轴固结不排水剪切试验测定的有效内摩擦角值计算k值

 

　　K=

 

　　△6——荷载时地基中某些产生的大主应力

 

　　Ut——无观测值时可按理论计算固结度

 

　　3砂井堆载预压法施工要点

 

　　（1）砂井施工工艺为：先用打桩机将管沉入地基中预定深度，然后在桩管内灌入砂料，再边振动边将桩管徐徐拔出；或用桩锤，边锤击边拔管，每拔升30～50cm，再复打桩管，以捣实挤密形成砂柱，如此往复，使拔管与冲击交替重复进行，直至砂充填井孔内，桩管拔出。也可二次打入桩管灌砂，形成扩大砂井。砂井还可以采用水冲法成孔。

 

　　（2）为了避免管内砂随管而上，保证砂井的连续性，拔管速度宜控制在1～1.5m/min。

 

　　（3）振动沉管效率高，同时可起捣实砂子作用，但振动力以30～70kN为宜，不宜过大，以免过分扰动土体。

 

　　（4）当桩管内进泥水时，可先在桩内装如2～3斗砂将活门压住，堵塞缝隙。