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預壓法類型的基本概念原理
預壓法指的是為提高軟弱地基的承載力和減少構造物建成后的沉降量，預先在擬建構造物的地基上施加一定靜荷載，使地基土壓密后再將荷載卸除的壓實方法。
1 基本概念
預壓法包括堆載預壓法和真空預壓法。還可進行真空~堆載聯合預壓。
1. 堆載預壓法
是指在建筑物或構筑物建造前，先在擬建場地上用堆土或其他荷重，施加或分級施加與 其相當的荷載，對地基土進行預壓，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長土體的抗剪強度，提高地基承載力和穩定性;同時可減小土體的壓縮性，消除沉降量以便在使用期間不致產生有害的沉降和沉降差。其中堆載預壓法處理深度一般達10米左右。
由于軟土的滲透性很小，土中水排出速率很慢，為了加速土的固結，縮短預壓時間，常在土中打設砂井，作為土中水從土中排出的通道，使土中水排出的路徑大大縮短，然后進行堆載預壓，使軟土中空隙水壓力得以較快地消散，這種方法稱為砂井堆載預壓法。有時，也在土中插入排水塑料帶，代替砂井。由于塑料排水帶可采用專用向土中插入塑料排水帶的插板機施工，施工速度很快，得到較多應用。
2.真空預壓法
真空預壓法是先在需加固的軟土地基表面鋪設一層透水砂墊層或砂礫層，再在其上覆蓋一層不透氣的塑料薄膜或橡膠布，四周密封好與大氣隔絕，在砂墊層內埋設滲水管道，然后與真空泵連通進行抽氣，使透水材料保持較高真空度，在土的孔隙水中產生負的孔隙水壓力，將土中孔隙水和空氣逐漸吸出，從而使土體固結。
因此，預壓法(排水固結法)可用于解決地基的沉降和穩定問題。預壓法須滿足兩個基本要素：即加荷系統和排水通道。加荷系統是地基固結所需的荷載;排水通道是加速地基固結的排水措施。加荷系統可有多種方式，如堆載、真空預壓、降水以及聯合預壓等;排水通道可以利用地基中天然排水層，否則，可人為增設排水通道，如砂井(普通砂井或袋裝砂井)、塑料排水板、水平砂墊層等。
2 適用范圍
適用于淤泥、淤泥質土和沖填土等飽和粘性土地基。
2 加固機理
飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發生固結變形，同時，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。所以，土體在受壓固結時，一方面孔隙比減小產生壓縮，一方面抗剪強度也得到提高。這說明，如果在建筑場地先加一個和上部建筑物相同的壓力進行預壓，使土層固結然后卸除荷載，再建造建筑物。這樣，建筑物所引起的沉降即可大大減小。如果預壓荷載大于建筑物荷載，即所謂超載預壓，則效果更好，因為，經過超載預壓，當土層的固結壓力大于使用荷載下的固結壓力時，原來的正常固結黏土層將處于超固結狀態，而使土層在使用荷載下的變形大為減小。
在荷載作用下，土層的固結過程就是孔隙水壓力消散和有效應力增加的過程。如地基內某點的總應力為σ，有效應力為σ'，孔隙水壓力為u，則三者有以下關系。
σ'=σ-u (3.2-1)
用填土等外加荷載對地基進行預壓，是通過增加總應力σ并使孔隙水壓力u消散來增加有效應力σ'的方法。降低地下水位和電滲排水則是在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應力的方法。真空預壓是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內外形成氣壓差，使黏土層產生固結壓力。降低地下水位、真空預壓和電滲法由于不增加剪應力，地基不會產生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的黏土地基。
3 設計
用預壓法處理地基應預先通過勘察查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的 位置及水源補給條件等。應通過土工試驗確定土的先期固結壓力、孔隙比與固結壓力關系、滲透系數、固結系數、三軸試驗抗剪強度以及原位十字板抗剪強度等。
對重要工程，應預先在現場選擇試驗區進行預壓試驗。在預壓過程中應進行豎向變形、側向位移、孔隙水壓力等項目的觀測以及原位十字板剪切試驗。根據試驗區獲得的資料分析 地基的處理效果，與原設計預估值進行比較，對設計做必要的修正，并指導全場的設計和施 工。
3.1 堆載預壓法
對深厚軟粘土地基，應設置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當軟土厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結速率能滿足工期要求時，可不設置排水豎井。
堆載預壓法處理地基的設計應包括以下內容：
選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷在面尺寸、間距、排列方式和深度;確定預壓區范圍、預壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預壓時間;計算地基土的固結度、強度增長、抗滑穩定和變形。
1. 豎向排水體的設計
豎向排水體包括塑料排水板、砂井等，設計內容包括深度、間距、直徑、平面布置和表面砂墊層材料及厚度等。
(1)深度 排水豎井的深度應根據建筑物對地基的穩定性、變形要求和工期要求確定，對以地基抗滑穩定性控制的工程，豎井深度至少應超過最危險滑動面2.0m。對以變形控制的建筑，豎井深度應根據在限定的預壓時間內需要完成的變形量控制，豎井應穿透受壓土層。僅從地基的固結要求考慮，砂井深度應根據土層條件、附加應力分布、施工因素等確定 。一般盡可能打至下面的透水層或砂類透鏡體;但黏土層很厚而透水層很深時則應以沉降所要求的處理深度來決定;可先初定一個深度待固結計算后再作調整。
(2)直徑 排水豎井分為普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶，普通砂井直徑可取300~500mm，袋裝砂井直徑可取70~120mm，塑料排水帶的當量換算直徑可按下式計算：
(3)間距與井徑比
由固結度可見，井徑比n愈小，固結愈快。因而砂井直徑一定時，可以采用小的砂井間距，但是若間距太少則砂井數目就要增加，涂抹作用和擾動影響也就會增加。設計時，豎井的間距可按井徑比n選用(n=de/dw，dw為豎井直徑，對排水板可取dw=dp)。排水板和袋裝砂井可按n=15~22選用，普通砂可按n=6~8選用。
(4)平面排列
砂井的平面布置常用有三角形和正方形兩種形式，平面上圓的等效直徑de與砂井間距 的關系為：
等邊三角形排列 de=1.05 (3.2-2)
正方形排列 de=1.13 (3.2-3)
(5)砂墊層、砂料選用
應在砂井或排水板頂部鋪設砂墊層并且要很好的交叉“搭接”。砂墊層的厚度在陸地上 約0.5~0.8m，水下1~2m，鋪設范圍要超出建筑物的底面。砂源如果不足，可用排水砂溝代替砂墊層。
砂井和砂墊層屬人工增設的排水通道，因而須有良好的排水性能，一般選擇洗凈中砂、中粗砂;礫砂或礦渣材料也可應用。砂井和砂墊層材料的含泥量應小于3%。
2.預壓荷載設計、荷載分級、加載速率和預壓時間;
(1) 確定預壓區范圍
預壓荷載頂面的范圍應等于或大于建筑物基礎外緣所包圍的范圍。
(2)預壓荷載、加載速率
預壓荷載大小應根據設計要求確定。對于沉降有嚴格限制的建筑，應采用超載預壓法處理，超載量大小應根據預壓時間內要求完成的變形量通過計算確定，并宜使預壓荷載下受壓土層各點的有效豎向應力大于建筑物荷載引起的相應點的附加應力。
加載速率應根據地基土的強度確定。當天然地基土的強度滿足預壓荷載下地基的穩定性要求時，可一次性加載，否則應分級逐漸加載，待前期預壓荷載下地基土的強度增長滿足下一級荷載下地基的穩定性要求時方可加載。
分級加壓荷載確定
1) 利用地基的天然抗剪強度計算第一級容許施工的荷載p1。對長條梯形填土，可根據Fellenius公式估算：
p1=5.52cu/K (3.2-4)
式中：cu—天然地基不排水抗剪強度。由無側限、三軸不排水剪試驗或原位十字板剪切試驗測定。
K—安全系數，建議采用1.1~1.5。
2)計算第一級荷載下地基強度增長值。
在P1荷載下，經過一段時間預壓地基強度會提高，提高以后的地基強度為cu1
cu1= (cu+ c'u) (3.2-5)
式中 c'u—P1作用下地基因固結而增長的強度，它和土層的固結度有關，一般可先假定一固結度例如可假設為70%，然后求出強度增量 c'u
—考慮剪切蠕動的強度折減系數�？扇�0.75～0.90，剪應力大取低值，反之取高值。
3)計算p1作用下達到所定固結度所需要的時間。
達到某一固結度所需要的時間可根據固結度與時間的關系求得。這一步計算的目的在于確定第一級荷載停歇時間，亦即第二級荷載開始施加的時間。
4)根據第二步所得到的地基強度cul計算第二級所能施加的荷載p2,p2近似地按下式估算， p2=5.52cul/K (3.2-6)
同樣求出在p2作用下地基固結度達70%時的強度，以及所需的時間，然后計算第三級所能施加的荷載，依次計算出以后各級荷載和停歇時間。初步的加荷計劃也就確定下來。
5)對按以上步驟確定的加荷計劃進行每一級荷載下地基的穩定性驗算。如穩定性不 滿足，則調整加荷計劃。
6)計算預壓荷載下地基的最終沉降量，和預壓期間的沉降量。這一項計算的目的在于確定預壓荷載卸除的時間，這時地基在預壓荷載下所完成的沉降量已達設計要求，所剩余的沉降是建筑物所允許的。
3.地基固結度、強度計算、抗滑穩定和變形
(1) 平均固結度計算
一級或多級等速加載條件下，t時間對應總荷載的地基平均固結度可按下式計算：
(3)變形計算
預壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計算：
500mm。砂墊層砂料宜用中粗砂，黏粒含量不宜大于3%，砂料中可混有少量粒徑小于50mm的礫石。砂墊層的干密度應大于1.5g/cm3，其滲透系數宜1×10-2cm/s。
在預壓區邊緣應設置排水溝，在預壓區內宜設置與砂墊層相連的排水盲溝。砂井的砂料應選用中粗砂，其粘粒含量不應大于3%。
3.2 真空預壓法
真空預壓法處理地基必須設置排水豎井。設計內容包括：豎井斷面尺寸、間距、排列方式和深度的選擇;預壓區面積和分塊大小;真空預壓工藝;要求達到的真空度和土層的固結度;真空預壓和建筑物荷載下地基的變形計算;真空預壓后地基土的強度增長計算等。
排水豎井的間距可按堆載預壓法確定。砂井材料應選用中粗砂，其滲透系數應大于1×10-2cm/s。處理范圍真空預壓區邊緣應大于建筑物基礎輪廓線，每邊增加量不得小于3.0m。每塊預壓面積宜盡可能大且呈方形。
真空預壓的膜下真空度應穩定地保持在650 mmHg以上，且應均勻分布，豎井深度范圍內土層的平均固結度應大于90%。當建筑物的荷載超過真空預壓的壓力，且建筑物對地基變形有嚴格要求時，可采用真空~堆載聯合預壓法，其總壓力宜超過建筑物的荷載。
對于表層存在良好的透氣層或在處理范圍內有充足水源補給的透水層時，應采取有效措施隔斷透氣層或透水層。
真空預壓地基最終豎向變形可按堆載預壓豎向變形量方法計算，其中ξ可取0.8~0.9，真空~堆載聯合預壓法以真空預壓為主時，ξ可取0.9。
真空預壓所需抽真空設備的數量，可按加固面積的大小和形狀、土層結構特點，以一套設備可抽真空的面積為1000～1500m2確定。
4 施工
1. 堆載預壓法
堆載預壓法施工時，應注意以下技術要點：
(1)塑料排水帶的性能指標必須符合設計要求。塑料排水帶在現場應妥加保護，防止陽光照射、破損或污染，破損或污染的塑料排水帶不得在工程中使用。
(2)砂井的灌砂量，應按井孔的體積和砂在中密狀態時的干密度計算，其實際灌砂量不 得小于計算值的95%;灌入砂袋中的砂宜用干砂，并應灌制密實。
(3)塑料排水帶和袋裝砂井施工時，平均井距偏差不應大于井徑，垂直度偏差不應大于1.5%，深度不得小于設計要求。
(4)塑料排水帶和袋裝砂井砂袋埋入砂墊層中的長度不應小于500mm。
(5)塑料排水帶施工所用套管應保證插入地基中的帶子不扭曲。塑料排水帶需接長時， 應采用濾膜內芯帶平搭接的連接方法，搭接長度宜大于200mm。
(6)袋裝砂井施工所用套管內徑直略大于砂井直徑。
2.真空預壓法
1)施工順序
(1)鋪設墊層;
(2)打設豎向排水通道;
(3)在砂墊層表面鋪設安裝傳遞真空壓力及抽氣集水用的濾水管;挖壓膜溝;
(4)鋪設塑料膜，封壓膜溝;
(5)安裝射流泵、連接管路;
(6)布設沉降桿、抽氣、觀測。
2)其他技術要點
(1)真空預壓的抽氣設備宜采用射流真空泵，空抽時必須達到95kPa以上的真空吸力， 真空泵的設置應根據預壓面積大小和形狀、真空泵效率和工程經驗確定，但每塊預壓區至少 應設置兩臺真空泵。
(2)真空管路的連接應嚴格密封，在真空管路中應設置止回閥和截門。水平向分布濾水管可采用條狀、梳齒狀及羽毛狀等形式，濾水管布置宜形成回路。濾水管應設在砂墊層中，其上覆蓋厚度100～200mm的砂層。濾水管可采用鋼管或塑料管，外包尼龍紗或土工織物等濾水材料。水管在預壓過程中應能適應地基變形。
(3)密封膜應采用抗老化性能好、韌性好、抗穿刺性能強的不透氣材料。密封膜熱合時宜采用雙熱合縫的平搭接，搭接寬度應大于15mm。密封膜宜鋪設三層，膜周邊可采用挖溝埋膜、平鋪并用黏土覆蓋壓邊、圍埝溝內及膜上覆水等方法進行密封。
3.真空—堆載聯合預壓法
采用真空—堆載聯合預壓法時，應先抽真空，當真空達到設計要求并穩定后，再進行堆 載，并繼續抽氣，堆載時需在膜上鋪設土工編織布等保護材料。
5 質量檢驗
1.施工質量檢驗
(1)塑料排水帶必須在現場隨機抽樣送往實驗室進行性能指標的測試，其性能指標包括縱向通水量、復合體抗拉強度、濾膜抗拉強度、濾膜滲透系數和等效孔徑等。
(2)對不同來源的砂井和砂墊層砂料，必須取樣進行顆粒分析和滲透性試驗。
(3)對于以抗滑穩定控制的重要工程，應在預壓區內選擇代表性地點預留孔位，在加載不同階段進行原位十字板剪切試驗和取土進行室內土工試驗。
(4)對預壓工程，應進行地基豎向變形、側向位移和孔隙水壓力等項目的監測。
(5)真空預壓工程除應進行地基變形、孔隙水壓力的監測外，尚應進行膜下真空度和地下水位的量測。
2. 竣工驗收
(1)排水豎井處理深度范圍內和豎井底面以下受壓土層，經預壓所完成的豎向變形和平均固結度應滿足設計要求。
(2)應對預壓的地基土進行原位十字板剪切試驗和室內土工試驗。必要時，尚應進行現場載荷試驗，試驗數量不應少于3點。
拓展
又稱預壓加固法。在建筑物的軟土地基上，預先堆放足夠的堆石或堆土等重物，對地基預壓使土壤固結、密實以加固地基的工程措施。是軟基處理的一種。達到預壓標準后，撤去重物，開挖地基，再修筑建筑物或閘壩，以減小建筑物沉陷，提高地基承載力及建筑物的穩定性。預壓堆土高度應使其荷重大于建筑物的荷重方為可靠，但不能超過地基的承載力。堆土要分層、間歇地進行，待地基固結、沉陷、穩定后再堆下一層，一般施工約需半年時間。在高含水量的黏土中，為縮短預壓施工時間，可在地基中設置砂井排水，以加速黏土固結過程。
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