地基处理方法专题讲义PPT四排水固结法

1、地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法主题主题合肥工业大学土木工程系列讲座合肥工业大学土木工程系列讲座2一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要3一一 概述概述 排水固结法排水固结法是对天然地基，或先在地基设置砂井（袋装砂井是对天然地基，或先在地基设置砂井（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或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建

2、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，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。法。海相沉积海相沉积河相沉积河相沉积我国广泛分布着海相、湖相、河相沉积的软弱黏性土层：我国广泛分布着海相、湖相、河相沉积的软弱黏性土层：含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、不少情况埋藏深厚含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、不少情况埋藏深厚湖相沉积湖相沉积45一一 概述概述排水固结法由排水固结法由排水系统排水系统和和加压系统加压系统两个主要部分组成

3、。两个主要部分组成。加压系统：加压系统：为地基提供必要的固结压力而设置的，地基土层为地基提供必要的固结压力而设置的，地基土层因产生附加压力而发生排水固结。因产生附加压力而发生排水固结。排水系统：排水系统：为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。水固结进程。适用条件：适用条件：淤泥质土、淤泥淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和和冲填土等饱和粘性土地基。粘性土地基。6施加固结压力的荷载，依据施加工艺的不同一般可分为三大类：施加固结压力的荷载，依据施

4、加工艺的不同一般可分为三大类：堆载预压：实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载堆载预压：实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载真空预压：对被加固软基抽真空形成大气压差作为预压荷载真空预压：对被加固软基抽真空形成大气压差作为预压荷载降水预压：降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载降水预压：降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载一一 概述概述堆载预压堆载预压真空预压真空预压7一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地

5、基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要8二二 排水固结法的原理排水固结法的原理 饱和软黏土地基在荷载作饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。提高，地基土的强度逐渐增长。压缩曲线压缩曲线颗粒体积孔隙体积孔隙比 e卸荷膨胀曲线卸荷膨胀曲线小得多比再加载，卸载加载eeabcceffgc9二二 排水固结法的原理排水固结法的原理加载，卸载，再加载过程说明：加载，

6、卸载，再加载过程说明： 超固结土超固结土正常固结正常固结10二二 排水固结法的原理排水固结法的原理土层的排水固结效果与排水边界条件有关土层的排水固结效果与排水边界条件有关竖向排水固结：竖向排水固结： 土层中的孔隙水向上、下面透水层排出而使土层发生固结。土层中的孔隙水向上、下面透水层排出而使土层发生固结。根据固结理论，黏根据固结理论，黏性土固结所需的时性土固结所需的时间和排水距离的平间和排水距离的平方成正比。方成正比。土层越厚，固结时间越长土层越厚，固结时间越长11二二 排水固结法的原理排水固结法的原理1212二二 排水固结法的原理排水固结法的原理堆载预压堆载预压真空预压真空预压降水预压降水预压

7、13一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要14三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算设计目的：设计目的：设计前的准备：设计前的准备：15三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算16三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法典型的砂井地基工程剖面图典型的砂井地基工程剖面图待加固地层待加固地层17三三 排水固结

8、法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法1818三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的类型竖井的类型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19三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的直径和间距竖井的直径和间距砂井直径和间距主要取决于：黏性土层的固结特性、工期要求砂井直径和间距主要取决于：黏性土层的固结特性、工期要求原则上以采用原则上以采用“细而密细而密”的方案为好的方案为好工程上常用的普通砂井直径为工程上常用的普通砂井直径为3050cm普通大直径砂井，工程上常用间距一般为砂

9、井直径的普通大直径砂井，工程上常用间距一般为砂井直径的6-8倍倍袋装砂井我国常用袋装砂井我国常用7cm，井距，井距11.5m，等边三角形布置，等边三角形布置塑料排水带设计计算方法与砂井相同，一般换算成圆柱体塑料排水带设计计算方法与砂井相同，一般换算成圆柱体20三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的深度竖井的深度深浅管交错布深浅管交错布置，浅管贯穿置，浅管贯穿淤泥层淤泥层皖江城市带某市政道路皖江城市带某市政道路21不透水层不透水层d0三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的排列竖井的排列22三三 排水固结法的设

10、计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法排水砂垫层排水砂垫层在竖井顶面应铺设一定厚度的排水砂垫层以连通竖井，引出从在竖井顶面应铺设一定厚度的排水砂垫层以连通竖井，引出从土层排入井中的渗流水土层排入井中的渗流水砂垫层应有足够的厚度和良好的透水性，以减小对水流的阻力砂垫层应有足够的厚度和良好的透水性，以减小对水流的阻力砂垫层的厚度一般为砂垫层的厚度一般为0.4m左右（水下砂垫层厚左右（水下砂垫层厚1m左右）左右）当砂垫层面积较大时，应在砂垫层底部设置纵横向排水盲沟，当砂垫层面积较大时，应在砂垫层底部设置纵横向排水盲沟，使渗流水尽快排出预压区外使渗流水尽快排出预压区外23三三 排水固

11、结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算固结度的计算是竖井地基设计中的一个很重要内容，知道各级固结度的计算是竖井地基设计中的一个很重要内容，知道各级荷载下不同时间的固结度，就可推算地基土强度的增长，从而荷载下不同时间的固结度，就可推算地基土强度的增长，从而可进行各级荷载下地基的稳定性分析，并确定相应的加载计划。可进行各级荷载下地基的稳定性分析，并确定相应的加载计划。由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限竖井地基的固结理论假设荷载是瞬时施加的竖井地基的固结理论假设

12、荷载是瞬时施加的aekcaekcwrwz)1 ()1 (0vr0vz三维渗流固结问题三维渗流固结问题1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算24)1)(1 (1rtzttUUU求解，得到求解，得到2verrdtcT )(vTfUzt其中其中),(nTfUrrt2vzvHtcT weweddrrn 固结度固结度 井径比井径比查表查表5-7 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？三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算25三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算

13、1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算26固结度计算（砂井）固结度计算（砂井）dwdedw)(2wbd排水板排水板三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算2728三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算29三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算30三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计

14、算竖井地基固结度的计算31三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压32三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压33 饱和软黏土地基在荷载作饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。提高，地基土的强度逐渐增长。压缩曲线压缩曲线颗粒体积孔隙体积孔隙比 e卸荷膨胀曲线卸荷膨胀曲线小得多比再

15、加载，卸载加载eeabcceffgc三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长341 12 2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分级堆载分级堆载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三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长35三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长 超固结土超固结土正常固结正常固结36三三 排水固结法的设计与计算排水固结

16、法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算37三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算固结试验固结试验38三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算39三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压40三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压41三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之、预压法之真空预压真空预压堆堆载载预预压压和和真真

17、空空预预压压的的比比较较42三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压真空预压设计真空预压设计膜内真空度应维持在膜内真空度应维持在650mm汞柱，以上，相当于汞柱，以上，相当于86.7kPa的的真空压力真空压力加固区要求达到的平均固结度：一般可采用加固区要求达到的平均固结度：一般可采用90%的固结度，的固结度，如工期许可，可适当提高固结度设计要求如工期许可，可适当提高固结度设计要求竖向排水井的尺寸：对塑料排水带或竖向排水井的尺寸：对塑料排水带或7cm直径的袋装砂井，直径的袋装砂井，间距一般可在间距一般可在1-1.5m范围内选用范围内选用预压时间不少

18、于预压时间不少于90天天43三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压真空预压设计真空预压设计44三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压45三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压46三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压降低地下水位预压法可和真空法或堆载预压法联合使用降低地下水位预压法可和真空法或堆载预压法联合使用对于随着填土荷载增高，地基有可能破坏时，

19、限制堆载高度，对于随着填土荷载增高，地基有可能破坏时，限制堆载高度，采用降低地下水位联合堆载预压法优越性更为显著采用降低地下水位联合堆载预压法优越性更为显著47一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要48四四 施工工艺施工工艺按设计做好排水系统的施工，即铺设水平排水砂垫层、打设竖向按设计做好排水系统的施工，即铺设水平排水砂垫层、打设竖向排水井排水井严格做好施加预压

20、荷载的施工，确保在预压加全过程均匀稳定严格做好施加预压荷载的施工，确保在预压加全过程均匀稳定做好对工程起控制作用的监测和加固效果检验做好对工程起控制作用的监测和加固效果检验 从工程施工角度分析，保证排水固结法的加固效果三个主要从工程施工角度分析，保证排水固结法的加固效果三个主要环节：环节：49四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺50四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层材料的选择排水垫层材料的选择51四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的厚度排水垫层的厚度5

21、2四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的施工排水垫层的施工53四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工我国、日本及欧美等国家常用砂井施工方法：我国、日本及欧美等国家常用砂井施工方法：套管法：根据工艺可分静压、锤击联合沉管法和振动沉管法套管法：根据工艺可分静压、锤击联合沉管法和振动沉管法水冲成孔法水冲成孔法 螺旋钻成孔法螺旋钻成孔法-砂井的施工工艺砂井的施工工艺54四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-袋装砂井施工袋装砂井施工下砂袋下砂袋55 施工前应清理场地，排除积水，并将路基范围内施工前应清理场地，

22、排除积水，并将路基范围内原地面上淤泥、树根、草皮、腐殖土等全部挖除。在原地面上淤泥、树根、草皮、腐殖土等全部挖除。在路基范围内按设计要求填筑土拱，碾压密实，其上按路基范围内按设计要求填筑土拱，碾压密实，其上按设计要求铺设砂垫层。机具按设计桩位就位后，塑料设计要求铺设砂垫层。机具按设计桩位就位后，塑料排水板经导管内穿出底部，与桩尖连接、拉紧，与管排水板经导管内穿出底部，与桩尖连接、拉紧，与管靴口贴紧，并对准桩位，沉入导管至设计深度，然后靴口贴紧，并对准桩位，沉入导管至设计深度，然后拔出导管，切断塑料排水板。将顶部露出地面的塑料拔出导管，切断塑料排水板。将顶部露出地面的塑料排水板埋入砂垫层中，埋入

23、长度应大于排水板埋入砂垫层中，埋入长度应大于03m或符合或符合设计要求。设计要求。 四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-袋装砂井施工袋装砂井施工56四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-塑料排水带施工塑料排水带施工57四四 施工工艺施工工艺 3、预压荷载、预压荷载施加固结压力的荷载，依据施加工艺的不同一般可分为三大类：施加固结压力的荷载，依据施加工艺的不同一般可分为三大类：堆载预压：实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载堆载预压：实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载真空预压：对被加固软基抽真空形成大气压差作为预压荷载真空预压：对被加固软基抽真

24、空形成大气压差作为预压荷载降水预压：降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载降水预压：降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载 预压荷载预压荷载-真空预压荷载工艺真空预压荷载工艺58四四 施工工艺施工工艺3、预压荷载、预压荷载-真空密封系统施工真空密封系统施工围堰内全面覆水密封围堰内全面覆水密封59一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要60五五 效果检验

25、及加荷速率的控制效果检验及加荷速率的控制61五五 效果检验及加荷速率的控制效果检验及加荷速率的控制1、孔隙水压力观测、孔隙水压力观测62五五 效果检验及加荷速率的控制效果检验及加荷速率的控制2、沉降观测、沉降观测放大放大63五五 效果检验及加荷速率的控制效果检验及加荷速率的控制3、侧向位移观测、侧向位移观测64一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要65现场监测内

26、容：沉降、真空度、孔隙水压力、加速度现场监测内容：沉降、真空度、孔隙水压力、加速度探头保护探头保护装置加工装置加工六六1、芜湖江北产业集中区市政道路、芜湖江北产业集中区市政道路工程实例工程实例600400550006220003000土层土层土层土层山皮石山皮石砂垫层砂垫层夯锤加速度传感器测点布置图真空膜4传感器2号埋设点六六1、芜湖江北产业集中区市政道路、芜湖江北产业集中区市政道路工程实例工程实例67第一、二遍梅花形点夯，第三遍满夯第一、二遍梅花形点夯，第三遍满夯68低位高真空分层预压标准测试低位高真空分层预压标准测试单一塑料排水板单一塑料排水板真空度真空度80kPa固结天数固结天数90天天孔隙水压分