[科普中國]-砂井地基平均固結(jié)度

簡介

固結(jié)度是指地基內(nèi)任一點某時刻所消散的超靜孔隙水壓力 與起始超靜孔隙水壓力之比，或有效應(yīng)力與總應(yīng)力 之比。通常，對實際工程更有用的是地基整個土層 的平均固結(jié)度，其定義為地基某時刻的固結(jié)沉降與 最終固結(jié)沉降之比，或地基中的有效應(yīng)力面積與總應(yīng)力面積之比。

砂井地基排水固結(jié)預壓加固軟土地基處理方法，自1934年使用以來，己有70年的歷史。砂井已從過去的砂井、袋裝砂井、紙板等發(fā)展到現(xiàn)較常用的塑料排水板。加載方式也由單一堆載，變化到抽真空以及真空堆載聯(lián)合預壓。砂井地基的固結(jié)較為復雜，嚴格地講，其滲流和固結(jié)均具是三維的。砂井地基的固結(jié)問題可簡化為徑向固結(jié)和豎向固結(jié)的簡單組合。砂井地基平均固結(jié)度是指地基在豎向排水和徑向排水所引起地基的平均沉降?？捎梢韵鹿接嬎悖?/p>

其中是指總的平均固結(jié)度，是指徑向平均固結(jié)度，是指豎向平均固結(jié)度。

砂井地基固結(jié)砂井地基的固結(jié)研究：已經(jīng)從理想井發(fā)展到非理想井；從均質(zhì)地基，發(fā)展到成層地基；從砂井打穿情況到砂井未打穿情況；從單井到群井；從解析解，發(fā)展到解析解，半解析解和數(shù)值解多種計算方法并存；從靜壓固結(jié)到動力固結(jié)；從瞬時加載到變荷載：從單純研究孔壓，發(fā)展到研究孔壓、變形禍合和強度增長：從線彈性本構(gòu)關(guān)系發(fā)展到可以考慮土體塑性，粘滯性以及結(jié)構(gòu)性的復雜本構(gòu)關(guān)系；從由實驗室獲取土體物理力學參數(shù)的正演方法到通過原位數(shù)據(jù)推求參數(shù)的反演方法。由于砂井在平面上一般按規(guī)則的等邊三角形或正方形布置，每個單井有各自作用域，因此,可以根據(jù)面積相等原則,取一單井按軸對稱問題進行分析,以代替整個砂井地基。對粘土層在平面上分布比較均勻的大面積砂井地基，這一假定引起的誤差較小1。一般解析解均是基于單井固結(jié)理論基礎(chǔ)上提出來的。

單層完全打穿砂井地基為了研究問題的方便，Barron將砂井地基變形分成自由應(yīng)變和等垂直應(yīng)變兩種理想情況，這一概念一直被沿用。所謂自由應(yīng)變,指地基內(nèi)各點變形完全自由，地面均布荷載不因地面出現(xiàn)差異沉降而重新分布；所謂等垂直應(yīng)變，是指地面不出現(xiàn)差異沉降，但地面荷載因土的拱作用可能不再均勻分布。僅考慮徑向滲流和垂直向變形，不考慮井阻，Barron導出了兩種應(yīng)變條件下，不考慮涂抹區(qū)時和假定涂抹區(qū)不可壓縮時的固結(jié)解答。另外，Barron還給出了考慮井阻時等應(yīng)變條件下的固結(jié)解答,但該解答是近似的，因為Barron在求解過程中對徑向平均孔壓沿深度方向的分布作了近似假定,但其假定并不完全滿足控制。

未完全打穿砂井地基利用砂井結(jié)合預壓加固軟土地基,如在高空有廠房房頂或高壓電線分布，砂井打設(shè)機械高度受到限制，致使砂井未能達到設(shè)計深度；另外，一些地區(qū)軟土層較為深厚，砂井也并未貫穿軟土層。實際工程中，砂井未能貫穿軟土層的情況時有發(fā)生。由于該問題的復雜性，一般僅用砂井完全貫穿單一軟土層的固結(jié)理論進行設(shè)計，也有一些學者提出了簡單的近似方法。

影響因素砂井的直徑和間距砂井的直徑和間距以保證順利排水和途徑最短為宜，主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。根據(jù)固結(jié)理論和工程實踐可知，縮短砂井間距比增大砂井直徑對加速固結(jié)的效果要好，即井徑與其間距的關(guān)系是“細而密”比“粗而稀”為佳。但也不是越細越密固結(jié)效果越好，太細不能保證灌砂的密實和連續(xù)，太密則對周圍土擾動較大而降低土的強度和滲透性，反而影響加固效果。所以，常用的普通砂井直徑可取300～500mm，袋裝砂井直徑可取70～120mm，塑料排水板已標準化，一般相當于直徑60～70mm。井距則按一定范圍的井徑比（砂井有效排水范圍等效直徑de與砂井直徑dw之比）選取，工程上普通砂井的間距可按n=6～8選用，袋裝砂井和塑料排水板的間距可按n=15～22選用。應(yīng)當指出，砂石樁中的砂樁與排水砂井均是以砂為填料的樁體，但兩者的作用是不同的。砂樁的主要作用是擠密土層，故樁徑宜較大；而砂井的主要作用是排水固結(jié)，故井徑相對較小。

砂井的長度砂井的長度應(yīng)根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定。當壓縮土層不厚、底部有透水層時，砂井應(yīng)盡可能貫穿壓縮土層；當壓縮土層較厚，但間有砂層或砂透鏡體時，砂井應(yīng)盡可能打至砂層或透鏡體；當壓縮土層很厚，其中又無透水層時，可按地基的穩(wěn)定性及建筑物變形要求處理的深度來決定。按穩(wěn)定性控制的工程，如路堤、土壩、岸坡、堆料場等，砂井深度應(yīng)通過穩(wěn)定分析確定，砂井長度應(yīng)超過最危險滑動面的深2.0m。從沉降考慮，砂井長度宜穿透主要的壓縮土層。

砂井的布置和范圍砂井常按梅花形和正方形布置。假設(shè)每個砂井的有效影響面積為圓面積，如砂井間距為l，則等效圓（有效排水范圍）的直徑de與l的關(guān)系為：梅花形時，de=1.05l；正方形時，de=1.13l。由于梅花形排列較正方形緊湊和有效，應(yīng)用較多。砂井的布置范圍可由基礎(chǔ)輪廓線向外擴大2～4m。

砂墊層在砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層，以連通各個砂井形成通暢的排水面，將水排到場地外。砂墊層厚度不應(yīng)小于0.5m；水下施工時，砂墊層厚度一般為1.0m左右。為節(jié)省砂料，也可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層，砂溝的高度一般為0.5～1.0m，砂溝寬度取砂井直徑的2倍。