软弱地基的沙井堆载预压法处理及施工

【摘 要】软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低；压缩性高和透水性较差，其天然含水率大约在60%左右，几乎与其液限含水率相当；孔隙比大于1；塑性指数高达30%❅以上特性。因此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沉降，甚至由于强度不足而产生地基土破坏，因而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法，本文结合工程实践及理论知识，对用沙井堆载预压处理软弱地基的问题作一些探讨。

【关键词】软弱地基；沙井堆载；处理方法

前言

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ϟ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―ด―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

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

ภ 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。

（5）砂£井施工顺序应从外围或两侧向中间进行，如砂井间距较（下转第147页）