第四章 排水固结法

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1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 排水固结的原理排水固结的原理4.3 4.3 堆载预压设计计算堆载预压设计计算4.4 4.4 砂井排水固结设计计算砂井排水固结设计计算4.5 4.5 真空预压设计计算真空预压设计计算4.6 4.6 施工方法施工方法4.7 4.7 真空真空- -堆载联合预压法堆载联合预压法4.8 4.8 质量检验质量检验第第4章章 排水固结法排水固结法 Consolidation采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。排水固结法

2、排水固结法( (Consolidation ) )定义定义: :对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，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。地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。作用作用适用适用适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲 填土等饱和粘填土等饱和粘性土地基。性土地基。4.1 4.1 概述（

3、概述（Introduction） 排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方面问题：面问题： 1 1沉降问题：沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大的沉降。的沉降。原理：原理：在建筑场地上先在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压( (预压荷预

4、压荷载大于建筑物荷载载大于建筑物荷载) )效果将更好，但预压荷载不应大于效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。地基土的容许承载力。 2 2稳定问题：稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从而加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。提高地基的承载力和稳定性。 原理：原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。有效应力逐渐提高，地基土

5、的强度逐渐增长。 排水固结法通常由排水固结法通常由排水系统和加压系统排水系统和加压系统两部分组成。两部分组成。排水固结排水固结排水系统排水系统加压系统加压系统竖向排水体竖向排水体水平向排水体水平向排水体堆载法堆载法真空法真空法降水法降水法电渗法电渗法联合法联合法普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带砂垫层砂垫层排水固结组成系统排水固结组成系统加压系统加压系统排水系统排水系统堆载堆载排水排水砂垫层砂垫层排水砂井排水砂井软土层软土层系统组成系统组成排水系统排水系统 堆堆 水水 预预 压压 塑料排水板插板机塑料排水板插板机塑料排水板地基处理塑料排水板地基处理真空预压地基处理真空预压地基

6、处理真空预压管网铺设真空预压管网铺设排水板真空预压处理剖面示意图排水板真空预压处理剖面示意图 Vertical Wick DrainsVertical Wick Drains截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。滤膜滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良 芯板：聚丙烯芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯和聚乙烯(PE)混合掺配制混合掺配制 袋装砂井袋装砂井 排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地基能满足建筑物对

7、变形和稳定性的要求。一、排水系统加固机理一、排水系统加固机理4.2 4.2 排水固结法的原理排水固结法的原理（Principle of drainage consolidation method ）根据太沙基固结理论根据太沙基固结理论 固结时间与排水距离的平方成正比，固结时间与排水距离的平方成正比，缩短排缩短排水距离可大大缩短固结时间。水距离可大大缩短固结时间。 在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱土层的排水固结。土层的排水固结。v2vCHTt e固结压力固结压力c c孔

8、隙比孔隙比e e01eabcdf 加固机理加固机理1 1减小地基工后沉降：减小地基工后沉降： 初次加载曲线，初次加载曲线，在外加荷载在外加荷载1 10 0作用下，作用下，土样孔隙比减小了土样孔隙比减小了e e；卸荷再压缩之后，孔卸荷再压缩之后，孔隙比减小量为隙比减小量为ee，远小于，远小于e e，表明大部分压缩变形（，表明大部分压缩变形（ e e ee）都在预先施压过程中消除了。都在预先施压过程中消除了。二、加压系统二、加压系统abcdf固结压力固结压力c co抗剪强度抗剪强度f f 预压后，土体预压后，土体处于超固结状态，处于超固结状态，其抗剪强度要比处其抗剪强度要比处于正常固结状态时于正常

9、固结状态时的强度高。的强度高。加固机理加固机理2 2提高土体强度：提高土体强度：4.3 4.3 堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算(Design Procedure of Preloading)一、堆载预压的计算步骤一、堆载预压的计算步骤加荷计划的确定加荷计划的确定 主要内容：主要内容：分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、预压时间、预压加载范围等。预压时间、预压加载范围等。1 12 2堆载过快易失稳堆载过快易失稳具体步骤如下：具体步骤如下： （1 1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p p1 1 一般的

10、浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步估算：估算：d)bd2 . 01)(lb2 . 01(cNK1p0uc1 式中式中 cu 天然地基不排水抗剪强度；天然地基不排水抗剪强度； Nc 承载力因数；矩形基础取承载力因数；矩形基础取5.525.52，圆形基础取，圆形基础取6;6; K 安全系数，安全系数，K=1.3=1.31.51.5； l l、b 基础的长边和短边；基础的长边和短边； d 基础的埋置深度；基础的埋置深度； 0 0 地基土的重度。地基土的重度。dKcpu1451.Kc52. 5pu1 （FelleniusFellenius公式

11、）公式）饱和软粘土饱和软粘土长条形填土长条形填土 （2 2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值）计算第一级荷载作用下地基强度增长值 在在p1荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，提高以后的地基强度为提高以后的地基强度为cu1，)cc(cuu1u 一般可先假定一固结度，工程上常要求一般可先假定一固结度，工程上常要求U Ut t70708080（即让地基在荷载（即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一级作用下达到相应固结度后再施加下一级荷载），计算出强度增量后再求出荷载），计算出强度增量后再求出c cu1u1。cutzutgUc 式中