堆载预压排水固结

1、 排水固结法广泛应用于我国的沿海平原和内陆湖泊沉积排水固结法广泛应用于我国的沿海平原和内陆湖泊沉积地区的软土地基加固工程中，并积累了丰富的施工经验。地区的软土地基加固工程中，并积累了丰富的施工经验。 排水固结法施工工艺可分为三个部分：排水固结法施工工艺可分为三个部分：三项施工工艺是三项施工工艺是排水固结法施工的排水固结法施工的要点要点 1) 竖向排水体的施工竖向排水体的施工; 2) 水平排水体的施工水平排水体的施工; 3) 加压系统的施工加压系统的施工(预压预压) ( ).堆载堆载 塑料板排水法起源于瑞典的纸板排水法，我国于塑料板排水法起源于瑞典的纸板排水法，我国于19831983年由河海年由

2、河海大学大学( (原华东水利学院原华东水利学院) ) 、交通部第一航务工程局科研所、天津港、交通部第一航务工程局科研所、天津港务局等单位引进并推广应用。务局等单位引进并推广应用。塑料排水板具有排水畅通、质量轻、强度高、耐久性塑料排水板具有排水畅通、质量轻、强度高、耐久性好等特点，因而是一种较理想的新型竖向排水体。好等特点，因而是一种较理想的新型竖向排水体。塑料塑料水板由滤膜和板芯组成，滤膜用以隔土和渗水板由滤膜和板芯组成，滤膜用以隔土和渗水水, ,板芯的齿槽为排水通道，排水板被打入地基土内，其两侧承受板芯的齿槽为排水通道，排水板被打入地基土内，其两侧承受土的齐压力且被地下水浸泡，起到隔土、渗水

3、和排水通道的功能土的齐压力且被地下水浸泡，起到隔土、渗水和排水通道的功能( (图图4-4-6)4-4-6)。其中，芯板由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成两面有间。其中，芯板由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成两面有间隔沟槽的板体，虑膜一般采用耐腐蚀的涤纶衬布。隔沟槽的板体，虑膜一般采用耐腐蚀的涤纶衬布。(图图4-4-6) (1) (1) 的纵向通水量不小于的纵向通水量不小于(15(1540)40)10103 3mmmm3 3s s；滤膜滤膜的渗透系数不小于的渗透系数不小于5 51010-3-3mmmms s；选择塑料排水板选择塑料排水板(带带)时，应使时，应使其具有良好的透水性和强度。其中：其具有良好的透水

4、性和强度。其中： (2) (2) 芯带芯带的抗拉强度的抗拉强度不小于不小于(10(1015)N15)Nmmmm； 滤膜滤膜的抗拉强度的抗拉强度，干态时不小于，干态时不小于(1.5(1.53.0)N3.0)Nmmmm，湿，湿态时不小于态时不小于(1.0(1.02.5)N2.5)Nmm(mm(插人土中较短时用小值，较长时插人土中较短时用小值，较长时用大值用大值) )。 (3) (3) 整个排水带应反复对折整个排水带应反复对折5 5次不断裂才认为合格。次不断裂才认为合格。排水板打设机械与袋装砂井打设机械可通用，排水板打设机械与袋装砂井打设机械可通用，只是将圆形导管改为矩形导管。当然还有一些专门打设机

5、具只是将圆形导管改为矩形导管。当然还有一些专门打设机具 。 图图 选择合适的打设机械和管靴；选择合适的打设机械和管靴； 管靴管靴(或桩尖或桩尖)要与排水板要与排水板(带带)连接好，与套管扣紧，避免连接好，与套管扣紧，避免提管时脱开，将排水板提管时脱开，将排水板(带带)带出，防止套管进泥；带出，防止套管进泥； 打设机上设有进尺标志，控制塑料带打设深度；打设机上设有进尺标志，控制塑料带打设深度； 排水板排水板(带带)的性能指标必须符合设计要求。排水板的性能指标必须符合设计要求。排水板(带带)在在现场应妥加护，防止阳光照射、破损或污染，破损或污染现场应妥加护，防止阳光照射、破损或污染，破损或污染者禁

6、用；者禁用；排水板排水板(带带)施工用套管应保证插入地基中的板带不扭曲；施工用套管应保证插入地基中的板带不扭曲；套管尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打套管尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管、乃至增大对排水板设过程中进入导管、乃至增大对排水板( (带带) )的阻力，甚至将的阻力，甚至将塑料板带出；塑料板带出；排水板排水板( (带带) )施工时，宜配置能检测其深度的设备，保证施工施工时，宜配置能检测其深度的设备，保证施工深度不小于设计值；深度不小于设计值；排水带外露长度不小于排水带外露长度不小于30cm排水板排水板( (带带) )需要接长时，应采用滤膜内

7、芯带平搭接的连接方需要接长时，应采用滤膜内芯带平搭接的连接方法，搭接长度宜大于法，搭接长度宜大于200mm200mm。排水板排水板( (带带) ) 施工完毕验收后，要埋人砂垫层，且埋入长度施工完毕验收后，要埋人砂垫层，且埋入长度不应小于不应小于500mm500mm。排水带外露长排水带外露长度不小于度不小于30cm 平面位置允许偏差小于平面位置允许偏差小于10cm； 垂直度允许偏差垂直度允许偏差1.5cmm； 排水带顶端必须高出地面，外露长度排水带顶端必须高出地面，外露长度30(2045)cm； 排水带底标高偏差小于排水带底标高偏差小于10cm； 严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜现象；严禁出现扭结、

8、断裂和撕破滤膜现象；水平排水体的作用是在预压过程中，作为水平排水体的作用是在预压过程中，作为土体渗流水的快速排除通道，加快土层的排水固结，它与竖向排土体渗流水的快速排除通道，加快土层的排水固结，它与竖向排水体相连，又称为排水砂垫层。水体相连，又称为排水砂垫层。垫层砂料应保证具有较好的透水性，一般选用中粗垫层砂料应保证具有较好的透水性，一般选用中粗砂，黏粒含量不宜大于砂，黏粒含量不宜大于3 3，无杂质和有机质混入，其渗透系数宜，无杂质和有机质混入，其渗透系数宜大于大于1 11010-2-2cmcms s。排水砂垫层的厚度首先要满足及时排水的要求，。排水砂垫层的厚度首先要满足及时排水的要求，有时还

9、起到持力层的作用，规范要求其厚度不应小于有时还起到持力层的作用，规范要求其厚度不应小于500mm500mm。砂垫层施工方法根据场地的地基土条件而定，主要有砂垫层施工方法根据场地的地基土条件而定，主要有如下几种情况和相应施工方法，如如下几种情况和相应施工方法，如所示。所示。 地基土条件地基土条件 施工方法施工方法软土地基具有软土地基具有硬壳层硬壳层(1)机械分堆摊铺法机械分堆摊铺法(硬壳层承载力较好硬壳层承载力较好)(2)顺序推进摊铺法顺序推进摊铺法(硬壳层承载力较差硬壳层承载力较差)软土地基表面软土地基表面较软较软地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料编织地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料编织

10、网、土工织物等，然后采用轻型机械铺砂网、土工织物等，然后采用轻型机械铺砂(图图4-4-8) 超软地基超软地基(1)地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料编织网、土工织物等，然后人力顺序推进铺设，编织网、土工织物等，然后人力顺序推进铺设，或皮带运输机传送回垫或皮带运输机传送回垫;(2)水力泵输砂铺垫法水力泵输砂铺垫法(水力冲填水力冲填)(图图4-4-9) 堆载预压的材料一般以散料为主，如石料、砂、砖等。对堆载预压的材料一般以散料为主，如石料、砂、砖等。对超软地基的堆载预压，大面积施工时通常采用自卸汽车与推土超软地基的堆载预压，大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机

11、联合作业，第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。机联合作业，第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。排水固结法的固结压力排水固结法的固结压力(荷载荷载)主要有三类：主要有三类： 建建(构构)筑物本身的重量，如堤坝、道路；筑物本身的重量，如堤坝、道路； 外加预压荷载；外加预压荷载； 通过减小地基土的孔隙水压力而增加有效固结压力。通过减小地基土的孔隙水压力而增加有效固结压力。 堆载的顶面积不能小于建筑物底面积。堆载的底面积也堆载的顶面积不能小于建筑物底面积。堆载的底面积也应适当扩大，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。应适当扩大，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。 路堤、土石坝、油罐等构筑物，因填土高

12、、荷载大，地路堤、土石坝、油罐等构筑物，因填土高、荷载大，地基强度不易满足快速填筑的要求，工程上要严格控制加荷速基强度不易满足快速填筑的要求，工程上要严格控制加荷速率。采用逐层填筑的方法，确保各级荷载下的地基稳定性。率。采用逐层填筑的方法，确保各级荷载下的地基稳定性。 根据根据建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JGJ 79-2002)的规定，的规定，加载过程中应进行竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力加载过程中应进行竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等项目的监测，且根据监测资料控制加载速率。其中：等项目的监测，且根据监测资料控制加载速率。其中： a 、对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超

13、过对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm； b 、对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过10mm； c 、边桩水平位移每天不应超过边桩水平位移每天不应超过5mm， 排水固结法的施工观测是保障安全施工和有效加固地基的重排水固结法的施工观测是保障安全施工和有效加固地基的重要手段，施工当中常进行的观测和检测项目包括：孔隙水压力观要手段，施工当中常进行的观测和检测项目包括：孔隙水压力观测、沉降观测、边桩水平位移观测、地基土物理力学指标检测。测、沉降观测、边桩水平位移观测、地基土物理力学指标检测。 利用孔隙水压力的现场观测资料可以优化加荷速率、推算不利用孔隙

14、水压力的现场观测资料可以优化加荷速率、推算不同时间的固结度和强度增长，对于分析地基的稳定性，避免加荷同时间的固结度和强度增长，对于分析地基的稳定性，避免加荷过快而造成地基破坏具有重要意义。过快而造成地基破坏具有重要意义。为典型的孔隙水压为典型的孔隙水压力观测曲线。力观测曲线。 根据实测的某时刻的孔隙水压力可以按式根据实测的某时刻的孔隙水压力可以按式(4-5-1)估计该估计该时刻地基土的固结度：时刻地基土的固结度：式中：式中： uo为自加荷后该点孔隙压力累计增加值为自加荷后该点孔隙压力累计增加值(不考虑消散值不考虑消散值)，kPa； u为自加荷后该点孔隙压力累计消散值，为自加荷后该点孔隙压力累计

15、消散值，kPa； ut为为t时刻实测超孔隙水压力，时刻实测超孔隙水压力，kPa。00)(1uuuuUtt(4-5-1) 利用孔隙水压力的现场观测资料还可以有效地控制加荷速率，利用孔隙水压力的现场观测资料还可以有效地控制加荷速率，避免加荷过快造成软土地基剪切破坏。避免加荷过快造成软土地基剪切破坏。 1) 1) 有效应力途径法有效应力途径法 堆载预压过程就是孔隙水压力增加和消散的过程，随着地基堆载预压过程就是孔隙水压力增加和消散的过程，随着地基中的孔隙水压力的变化，土中某点有效应力也随之变化。根据有中的孔隙水压力的变化，土中某点有效应力也随之变化。根据有效应力的变化途径，可判断地基的稳定性和决定加

16、荷速率及间歇效应力的变化途径，可判断地基的稳定性和决定加荷速率及间歇时间。时间。(a)(a)所示为正常固结土莫尔强度包线和应力途径所示为正常固结土莫尔强度包线和应力途径; ; (b)(b)所示为正常固结土所示为正常固结土K Kf f线线( (以总应力表示的极限应力以总应力表示的极限应力圆顶点的连线圆顶点的连线) )和应力途径。和应力途径。中，中，L L1 1点为地基某测点的天然应力状态，施加第一级荷载后，有点为地基某测点的天然应力状态，施加第一级荷载后，有效应力轨迹为曲线效应力轨迹为曲线L L1 1- -L L1 1 ；L L1 1点到达破坏以前停止加荷，经过一段时间点到达破坏以前停止加荷，经

17、过一段时间停歇，孔隙水压力逐渐消散，有效应力增大至停歇，孔隙水压力逐渐消散，有效应力增大至L L2 2点，然后施加第二级荷载，点，然后施加第二级荷载，应力轨迹至应力轨迹至L L2 2点，停止加荷，使孔隙水消散。继续施加下级荷载时，作同点，停止加荷，使孔隙水消散。继续施加下级荷载时，作同样的处理，使应力轨迹始终位于破坏包线以下，可避免地基发生剪切破坏。样的处理，使应力轨迹始终位于破坏包线以下，可避免地基发生剪切破坏。 2) uP比值控制法比值控制法 一些工程实践经验表明，堆载预压加压过程中，如果加压过快一些工程实践经验表明，堆载预压加压过程中，如果加压过快可导致地基失稳，必须控制地基中孔隙水压力

18、可导致地基失稳，必须控制地基中孔隙水压力u和荷载和荷载P之比小于某之比小于某一定值，可避免造成地基失稳，一般控制二者比值一定值，可避免造成地基失稳，一般控制二者比值uP 0.50.6。 在堆载预压加荷过程中，以时间在堆载预压加荷过程中，以时间t为横坐标，加荷为横坐标，加荷P和孔隙水压和孔隙水压力力u 为纵坐标，绘制分为纵坐标，绘制分析曲线析曲线(，可直，可直观地监测孔隙水压力观地监测孔隙水压力随各阶段加荷的变化随各阶段加荷的变化情况。情况。 预压到某一程度后可卸载，卸载标准为：预压到某一程度后可卸载，卸载标准为： (1) 地面总沉降量大于预压荷载下最终计算沉降量地面总沉降量大于预压荷载下最终计算沉降量的的80； (2) 地基总固结度大于地基总固结度大于80； (3) 地面沉降速率小于地面沉降速率小于0.51.0mmd，沉降变化，沉降变化曲线趋于平缓。曲线趋于平缓。 1) 塑料排水带：塑料排水带：必须在现场随机抽样送往实验室进行性能必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的测试指标的测试, ,其性能指标包括纵向通水量其性能指标包括纵向通水量 复合体抗拉强度复合体抗拉强度 滤