第2章 地基处理(排水固结).

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1、第5章 排水固结Drain Consolidation地基处理地基处理Soil Improvement 第一节第一节 概概 述述 排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证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，提高地基的承载力和稳定性。排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带 ）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的

2、。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。 排水系统加压系统排水固结竖向排水体水平排水体砂垫层普通砂井袋装砂井塑料排水带堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法排水系统加压系统 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类 堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。 第二节第二节 加固机理加固机理 加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟 如上图所示，在建筑物修建前，

3、通过排水固结方法，施加的固结压力，土样压缩曲线为abc，从a点到c点，孔隙比变化量为e。卸除固结压力，土样沿卸荷曲线cef回弹到f点。再修建建筑物，相当于沿fgc的再压缩曲线（图中虚线）到达c点，此时孔隙比变化量为e。 e e，则建筑物修建过程中地基沉降量会大大缩小。 同理，从下图中可以看出，f点的抗剪强度大于a点，说明通过排水固结作用，地基土的抗剪强度也相应得到一定程度的提高。1、排水固结法的原理、排水固结法的原理 堆载预压法就是用填上等（超）外加荷载来增加总应力并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力的方法。排水固结

4、法的原理排水固结法的原理2 2、排水固结法的应用范围、排水固结法的应用范围 用于处理淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲填土等饱和软粘土地基，是十分有效的方法。 按照使用目的可以解决两个问题沉降问题 稳定问题 沉降问题 (settlement problems)采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比不排水-等载预压排水-超载预压排水的沉降曲线稳定问题 (stabilization problems) 地基间歇式加荷的应力路径竖向排水提高边坡稳定性系统组成排水系统 系统组成排水系统 材料 Wick Drainssandgra

5、vel系统组成排水系统 Vertical Wick DrainsVertical Wick DrainsVertical Wick DrainsHorizontal Drains水平排水体Horizontal Drains水平排水体系统组成加压系统 堆载桥头高填土堆载预压场地高填土堆载预压临时填土堆载预压Vacuum Consolidation系统组成加压系统 真空预压第三节第三节 排水固结法设计计算排水固结法设计计算 一、一、 设计前应取得的资料设计前应取得的资料 1. 进行场地勘察，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、地下水深度等 2. 进行室内土工试验，确定

6、土的固结系数、孔隙比和固结压力关系、三轴试验抗剪强度等3.进行原位十字板剪切试验，确定各土层十字板抗剪强度。 堆载预压法（Preloading）是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。 堆载预压法是以事先完成的沉降和由于固结使地基强度增长的两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降，即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。二、二、 堆载预压法设计堆载预压法设计 堆载预压法的设计内容：（1）选择竖向排水体，确定其尺寸、间距、排列方式和深度；（2）确定预压荷载的大小、

7、范围、速率和预压时间；（3）计算地基的固结度、强度增长；（4）进行稳定性和变形计算。1.堆载预压的计算步骤堆载预压的计算步骤 （1） 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。斯开普顿极限荷载半经验公式DBD0.21AB0.21Cu51）（KpK安全系数，建议采用1.11.5；Cu天然地基土的不排水抗剪强度（kPa）；D基础埋置深度（m）；A、B分别为基础的长边和短边（m）；基底标高以上土的重度（kN/m3）。土力学地基基础土力学地基基础P177对长条形填土，可根据Fellenius公式估算，即： K5.52Cup 1（2）计算第一级荷载下地基强度增长值。)(c01fff对饱和软粘土

8、也可采用下式计算：DK5.14Cup1。，可取起强度衰减的折减系数土体由于剪切蠕动而引时强度增长值；强度，通常取固结度为该点由于固结而增长的地基土天然抗剪强度；度；，地基中某点的抗剪强作用下，经过一段时间0.900.7570%pc110fff土力学土力学（陈仲颐编）（陈仲颐编）P282（3） 计算p1作用下达到所定固结度所需要的时间。 达到某一固结度所需时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步计算的目的是确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。（4） 根据第2步所得到的地基强度f1计算第二级所能施加的荷载p2。即Kpf152. 52 同样求出在p2作用下地基固结度达70时的强度

9、以及所需时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次可计算出以后各级荷载和停歇时间，初步的加荷计划也就确定下来。 （5）对按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足，则调整加荷计划。（6） 计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。 这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所剩留的沉降为建筑物所允许的。2. 超载预压超载预压 实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：sctdtssssU 上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps，以保证在使用荷载p

10、f作用下预期的总沉降量在给定的时间内完成； (2)确定在给定超载下达到预定沉降量所需要的时间。式中 St时间t时地基的沉降量（mm）； Sd瞬时沉降量（mm）； t时刻地基的平均固结度； Sc最终沉降量（mm）； Ss次固结沉降量（mm）。tU 为了消除永久性荷载下的固结沉降，只要将超载保持到时间tSR时刻，以使超载作用下，地基的固结沉降量等于永久荷载下的最终固结沉降，即stRsf，为了消除超载卸除以后继续发生的主固结沉降，超载应维持到使上层中间部位的固结度Uz（f+s）达到下式要求：sffsfzpppU )(超载预压的标准 该方法要求将超载保持到pf作用下所有点都完全固结为止，这时土层的大部

11、分将处于超固结状态。因此，这是一个安全度较大的方法，它预估的ps值或超载时间都大于实际所需的值。 对于有机质粘土、泥炭上等，其次固结沉降是重要的，采用超载预压法对减小永久荷载下的次固结沉降有一定效果。二、砂井排水固结设计计算二、砂井排水固结设计计算 丹尼尔.莫兰（Daniel.E.Moran）最早（1925年）将垂直砂井用于土的深层加固，1926年获得专利。 Sand Drains （一）砂井设计（一）砂井设计 砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以及地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度(通常定为80)。