预压法是在建筑物建造前,对建筑场地进行预压,使土体中的水通过砂井或塑料排水带排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的方法。预压法分为加载预压法和真空预压法两类。加载预压法就是在建筑物建造之前,在建筑场地进行加载预压,使地基的固结沉降基本完成,提高地基土强度的方法。对于在持续荷载下体积发生很大的压缩和强度会增长的土,而又有足够时间进行压缩时,这种方法特别适用。为了加速压缩过程,可采用比建筑物重量为大的所谓超载进行预压。真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水带,然后在地面铺设砂垫层,再在其上覆盖一层不透气的密封膜使之与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中的吸水管道,用真空泵抽气使膜内保持较高的真空度,在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力,孔隙水逐渐被吸出从而达到预压效果。施工时必须采用措施防止漏气,才能保证必要的真空度。对于在加固范围内有足够水源补给的透水层又没有采取隔断水源补给措施时,不宜采用真空预压法。预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基的沉降和稳定问题,可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成,使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时,可增加地基土的抗剪强度,从而提高地基的承载力和稳定性。
预压法由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。
排水系统,主要在于改变地基原有的排水边界条件,增加孔隙水排出的途径,缩短排水距离。该系统是由水平排水垫层和竖向排水体构成的。当软土层较薄,或土的渗透性较好而施工期允许较长时,可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层,然后加载,土层中的水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到透水性很差的深厚软土层时,可在地基中设置砂井等竖向排水体,地面连以排水砂垫层,构成排水系统。
加压系统,是起固结作用的荷载。它使地基土的固结压力增加而产生固结。
排水系统是一种手段,如没有加压系统,孔隙中的水没有压力差就不会自然排出,地基也就得不到加固。如果只增加固结压力,不缩短土层的排水距离,则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量,强度不能及时提高,加载也就不能顺利进行。所以上述两个系统,在设计时总是联系起来考虑的。
在地基中设置的竖向排水体,一般为砂井和塑料排水带。砂井是先在地基中成孔,然后灌以砂使之密实而形成,具有用砂料省、连续性好、不致因地基变形而折断、施工简便等优点,但砂井阻力对袋装砂井的效应较为显著;塑料排水带由塑料芯带和滤膜外套组成,工厂制作,运输方便,在没有砂料的地区尤为合适。不同型号塑料排水带的厚度,见表2-2-1。塑料排水带的性能,见表2-2-2。
表2-2-1 不同型号塑料排水带的厚度
表2-2-2 塑料排水带的性能
注:①A型排水带适用于插入深度小于 15m ;
②B型排水带适用于插入深度小于25m;
③C型排水带适用于插入深度小于 35m。
采用预压法处理地基时,应预先通过勘察查明土层在水平和竖直方向的分布和变化、透水层的位置及水源补给条件等。应通过土工试验确定土的固结系数、孔隙比和固结压力关系、三轴试验抗剪强度以及原位十字板抗剪强度等。
对重要工程,应预先在现场选择试验区进行预压试验,在预压过程中应进行竖向变形、侧向位移、孔隙水压力等项目的观测以及原位十字板剪切试验。根据试验区获得的资料分析地基的处理效果,与原设计预估值进行比较,对设计作必要的修正,并指导全场的设计和施工。
对主要以沉降控制的建筑,如冷藏库、机场跑道等,当地基经预压达到80 %以上时,方可卸载;对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑,在地基土经预压增长的强度满足设计要求后,方可卸载。
我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差,不少情况埋藏较深。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的沉降和沉降差异,而且沉降的延续时间很长,为此有可能影响建筑物的正常使用。另外,由于其强度低,地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。因此,这类软土地基通常需采取预压法等进行处理。