地基处理-排水固结法

1、12.5 12.5 排水固结法排水固结法.1加固原理与应用条件加固原理与应用条件.2排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算12.5.312.5.3真空预压法及其设计要点真空预压法及其设计要点 4:461 适用于适用于饱和软粘土饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、：淤泥及淤泥质土、冲填土、 填海（湖）造田。含水量、压缩性填海（湖）造田。含水量、压缩性 高，强度、渗透性低。高，强度、渗透性低。4:462排水加固法排水加固法堆载预压堆载预压降水预压降水预压真空预压真空预压排水系统排水系统加压系统加压系统竖向竖向横向横向联合预压联合预压排水固结法排水固结法

2、4:463真空预压真空预压-u4:464堆载预压堆载预压1 12 2 分级堆载分级堆载 竖向排水砂井、塑料排水板竖向排水砂井、塑料排水板 水平排水垫层水平排水垫层4:465堆载过快易失稳堆载过快易失稳真空预压不会失稳真空预压不会失稳 tgcf堆载预压的加载速率堆载预压的加载速率pt4:466排水固结法的主要目的：排水固结法的主要目的： 减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间 大部分或基本完成；大部分或基本完成； 通过排水固结，加速地基土抗剪强度的增长，提高地基强度及稳定性；通过排水固结，加速地基土抗剪强度的增长，提高地基强度及稳定性； 消除欠固结软土地

3、基中桩的负摩阻力，并可消除竣工后地基的不均匀沉降等。消除欠固结软土地基中桩的负摩阻力，并可消除竣工后地基的不均匀沉降等。4:467 4:468 土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程，土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程，这一过程遵循有效应力原理：这一过程遵循有效应力原理：u堆载预压堆载预压降水预压降水预压真空预压真空预压加压系统加压系统联合预压联合预压u1tsuuUs 4:469 原位自重应力原位自重应力 s 建筑物附加应力建筑物附加应力 z 预加压力预加压力 t=(1.21.5) z （超载预压法）（超载预压法） t e2 z e1ep s加压加压4:4610砂井砂井

4、排水排水普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水板塑料排水板砂垫层砂垫层tHcTvv2)4/exp(8122vZTUaekcv)1 (14:4611一、选择砂井或塑料排水带，确定一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺其断面尺寸、间距、排列方式和深度寸、间距、排列方式和深度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；三、确定预压区范围、三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载预压荷载大小、荷载分级、加载速率分级、加载速率和预压时间；和预压时间；四、计算四、计算地基土的固结度、强度增长、地基土的固结度、强度增长、抗滑抗滑稳定性和变形稳定性和变形4:46125.3排水固结法的设计与计

5、算堆载预压排水固结法的设计与计算堆载预压4:4613砂井砂井dwdedw正方形等边三角形ldld13. 105. 1ee一、选择砂井或塑料排水带，确定一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、其断面尺寸、间距、排列方式和深度间距、排列方式和深度；1、dw：（原则上越密越好）（原则上越密越好） 普通砂井普通砂井 300500mm； 袋装砂井袋装砂井 70120mm。 塑料排水带塑料排水带w2()bd 4:46142、间距、间距l 可按井径比可按井径比n选用。选用。 nde/dw塑料排水带或袋装砂井塑料排水带或袋装砂井n1522；普通砂井普通砂井n684:4615一、选择砂井或塑料排水带，确定一、

6、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺其断面尺寸、间距、排列方式和深度寸、间距、排列方式和深度； 3、深度、深度 应根据建筑物对地基的稳定性、变形要应根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定。（反复试算）求和工期确定。（反复试算） 至少应超过最危险滑动面至少应超过最危险滑动面2m。4:4616一、选择砂井或塑料排水带，确定一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺其断面尺寸、间距、排列方式和深度寸、间距、排列方式和深度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；三、确定预压区范围、三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载预压荷载大小、荷载分级、加载速率分级、加载速率和预压时间；和预

7、压时间；四、计算四、计算地基土的固结度、强度增长、地基土的固结度、强度增长、抗滑抗滑稳定性和变形稳定性和变形4:4617 1、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于3，砂料中可混有少量粒径小于砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石，渗的砾石，渗透系数大于透系数大于102 cm/s。 2、厚度：小于、厚度：小于500mm。二、确定排水砂垫层材料和厚度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；4:4618三、确定预压区范围、三、确定预压区范围、预压荷载大小、预压荷载大小、荷载分级、加载速率荷载分级、加载速率和预压时间；和预压时间；4:4619堆堆载载预预压压加加荷荷设设计计与与计计算

8、算流流程程4:4620top加荷速率和加荷大小：取决于地基土的强度和稳加荷速率和加荷大小：取决于地基土的强度和稳定性定性1 1、利用地基土的天然抗剪强度、利用地基土的天然抗剪强度第一级容许施第一级容许施加的荷载加的荷载P P1 1。 P P1 15.52c5.52cu u/k/k2 2、计算第一级荷载、计算第一级荷载P P1 1下地基强度增长值。下地基强度增长值。)(11uuuCCC4:4621p13 3、计算、计算P P1 1作用下达到固结度作用下达到固结度7070所需的时间所需的时间（可由固结度与时间的关系求得可由固结度与时间的关系求得）确定第二级荷载开始施加的时间。确定第二级荷载开始施加

9、的时间。4 4、根据、根据C Cu1u1计算第二级所施加的荷载计算第二级所施加的荷载P P2 2。5 5、计算、计算P P2 2作用下地基固结后强度值作用下地基固结后强度值C Cu2u2。依次按上述步骤，算出各级加荷荷载依次按上述步骤，算出各级加荷荷载P Pi i和加荷和加荷时间，直到超出设计荷载。时间，直到超出设计荷载。6 6、需进行每一级荷载下地基稳定性验算。、需进行每一级荷载下地基稳定性验算。P P2 25.52c5.52cu1u1/k/k)(212uuuCCC4:4622四、计算四、计算地基土的固结度、强度增长、地基土的固结度、强度增长、抗滑稳抗滑稳定性和变形。定性和变形。 根据各级荷

10、载下不同时间的固结度，推算根据各级荷载下不同时间的固结度，推算地基强度的增长值，分析地基的稳定性，确定地基强度的增长值，分析地基的稳定性，确定相应的加荷计划。相应的加荷计划。 堆载预压堆载预压设计的设计的关键问题关键问题4:46231 1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算2 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算3 3、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）4 4、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）、多级逐渐加荷条件下砂井地基

11、固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）4:4624可以分解成两个方向的固结问题叠加（可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）4:46252222v1zururructu22vr22vz1rurructuzuctuaekcaekcwrwz)1 ()1 (0vr0vz三维渗流固结问题三维渗流固结问题其中其中1 1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算)4/exp(8122vZTU2vz2uuctz 2vr21uuuctr rr 4:4626)1)(1 (1rtzttUUU求解，得到求解，得到2verrdtcT )(vTfUzt其中其中),(nTfUrrt2v

12、zvHtcT weweddrrn 固结度固结度 井径比井径比查表取值查表取值 增加井径增加井径dw与减小间距与减小间距de哪个有效？哪个有效？4:46272 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算4:4628 2 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算4:46292 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算4:4630 排水固结条件 参数 竖向排水固结uz? 30% 向内经向排水固结 竖 向 和 向 内径 向 排 水 固结（竖井穿透受压土层） 说明 82 1 82 F?n?=n

13、2n2 1ln?n? 3n2 14n2 Cv土向固结系数，cm2/s Ch土径向排水固结系数， cm2/s H土层竖向排水距离，cm uz?双面排水土层或固结应力均匀分布的单面排水土层平均固结度 2Cv4H2 8CnF?n?de2 8ChF?n?de2+2Cv4H2 井阻和涂抹作用井阻和涂抹作用 在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的的扰动和重塑作用扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个，在砂井周围形成了一个“涂涂抹区抹区”，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。 在土中水向砂井渗流过程中，在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产

14、砂料对渗流产生的阻力生的阻力也会影响土层的固结速率。也会影响土层的固结速率。 井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载205205天天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.810.81倍。倍。4:46313 3、瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）、瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）4:46324 4、多级逐级加荷条件下砂井地基固

15、结度计算（考虑涂抹和井阻影响）、多级逐级加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）4:4633skqdkqwwwww/cm102432为砂井的渗透系数，时间的排水量；每单位水力梯度下单位为砂井竖向通水量，为5 5、地基土的强度增长计算、地基土的强度增长计算0tanftfztcuU6 6、地基土的抗滑稳定性验算、地基土的抗滑稳定性验算 采用条分法计算抗滑力矩与滑动力矩之比定义采用条分法计算抗滑力矩与滑动力矩之比定义为抗滑稳定系数。为抗滑稳定系数。4:4634工程实例工程实例1 1： 某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系数为数为1.81.

16、81010-3-3cmcm2 2/s /s，受压土层厚，受压土层厚20m20m，袋装砂井直径，袋装砂井直径700mm700mm，呈等边三角形排列，间距，呈等边三角形排列，间距1.4m1.4m，深度，深度20m20m，底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为100kPa100kPa，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压120d120d后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂抹影响）。抹影响）。4:4635 解：解：4:4636 解：解：)/(410/40)/(

17、610/60)/1 (0251. 0/110908. 220004108 . 11473 . 2108 . 18483 . 2413)ln(12107. 0/47. 1/,47. 105. 14881. 087232232222222n2222dkPadkPadsHCdFCnnnnnFddnmldHCdFCvenhweevenh第二级加荷速率为第一级加荷速率为）（则4:4637 解：解：93.0)(0251.0081.0)3040(1004)(0251.0081.0)010(1006)()()()()()(d120300251.0400251.01200251.00100251.0120025

18、1.02320111123011eeeeeeeeettpqeeettpqeeeTTpqUttttttTTtiiniitii后总固结度为则地基预压4:46387 7、地基土的沉降计算、地基土的沉降计算 scdssss4:4639A、瞬时沉降计算瞬时沉降计算Skempton（1955）弹性理论公式）弹性理论公式4:4640021-dpBSE注：平均值指柔性基础面积范围内各点的平均值注：平均值指柔性基础面积范围内各点的平均值沉降系数沉降系数值值受荷面形状受荷面形状 L/B 中中 点点 矩形角点，矩形角点，圆形周边圆形周边 平均值平均值 刚性基础刚性基础 圆圆 形形 1.00 0.64 0.85 0.79 正正 方方 形形 1.00 1.12 0.56 0.95 0.88 矩矩 形形 1.53.06.010.030.0100.0 1.361.782.232.533.234.00 0.680.8