排水固结法讲义（ppt56）

8.排水固固结DrainConsolidation（PreloadingMethod）地基处处理NewTechnicalofSoilImprovement排水固固结法法8.1.概述8.2.排水固固结法法加固固机理理8.3.预压排排水水固结结设计计计算算8.4.真空预预压法法8.5.排水固固结法法施工工8.1.概述1.排水固固结法法是对天天然地地基，，或先在地地基中中设置置竖向排排水体体，再利利用建建筑物物本身身重量量逐渐渐加载载；或或在建建筑物物建造造前在在场地地上先先行加加载预预压，，使土土体中中的孔孔隙水水排出出，逐逐渐固固结，，地基基发生生沉降降，强强度逐逐步提提高的的方法法。该法常常用于于解决决软粘土土地基基的沉沉降和和稳定定问题题，可使使地基基的沉沉降在在加载载预压压期间间基本完完成或或大部部分完成，，使建筑筑物在在使用用期间间不致致产生生过大大的沉沉降和和沉降降差。。同时，，可增增加地地基土土的抗抗剪强强度，，从而而提高高地基基的承承载力力和稳稳定性性。2.排水固固结法法的构构成由排水系系统和加压系系统两部分分共同同组成成。排水固结排水系统加压系统竖向排水体水平排水系统普通砂井袋装砂井塑料排水带砂垫层堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法3.竖向排排水材材料类类型(1).塑料排排水带带塑料排排水带带的宽宽度一一般为为100mm，厚度度3.5～4mm.(2).砂井砂柱为为软土土提供供了排排水通通道。。塑料排排水带带VerticalWickDrains截面：：芯板板为并并联十十字型型而组组成口口琴状状。滤膜：：长长纤热热扎无无纺布布，渗渗水性性能极极为优优良芯板：：聚丙丙烯(PP)和聚乙乙烯(PE)混合掺掺配制制插板机机3.排水固固结的的适用用范围围适用于于各类类淤泥泥、淤淤泥质质土及及冲填填土等等饱和和粘性性土地地基。。4.排水固固结的的应用用条件件必须有有预压压荷载载有足够够的预预压时时间有适用用的土土类8.2.加固机机理8.2.1.堆载预预压加加固机机理1.什么是是堆载载预压压：在软粘粘土地地基上上，先先施工工加荷荷载，，使土土层产产生相相当的的压缩缩固结结，然然后将将预压压荷载载卸掉掉，进进行建建筑物物施工工，即即可增增加地地基强强度，，减少少建筑筑物建建成后后的沉沉降量量。2、土的的固结结过程程：土层的的固结结过程程就是是孔隙隙水压压力消消散和和有效效应力力增加加的过过程。。即：：也是是土体体密度度和强强度随随时间间而增增长的的过程程。8.2.加固机机理3、总应应力σ、有效效应力力σ＇、孔孔隙水水压力力ｕ三三者间间关系系什么是是有效效应力力当荷载载作用用于饱饱和土土体时时，这这些荷荷载是是由土土颗粒粒和孔孔隙水水共同同承担担的。。通过过土粒粒间接接触点点传递递的粒粒间应应力称称有效应应力；通过过孔隙隙水传传递的的应力力称为为孔隙水水压力力。σ＇＝σ－ｕ此时的的固结结度U表示为为：σ＇U＝ｕ↘0u=1完全固固结σ＇＋ｕｕ饱和土土加荷荷后其其固结结过程程可分分三种种情况况（1）、荷荷载施施工加加开始始瞬间间：ｔ＝0时，ｕｕ＝σ，σ＇＝0，U＝0（2）、渗渗流过过程中中：0＜ｔ＜＜∞时，ｕｕ＋σ＇＝σ，0＜U＜1（3）、渗渗流终终止时时：ｔ＝∞时，ｕｕ＝0，σ＇＝σ，U＝1（固结结完成成）为了加加速固固结，，在天天然地地基中中设计计垂向向排水水体。。在实实际的的工程程中设设置砂砂井，，包括括袋装装砂井井、塑塑料排排水带带等。。竖向排排水情情况砂井地地基排排水情情况水平砂砂垫层层砂井堆载预预压法法堆载排水砂垫层层排水砂砂井软土层层砂井堆堆载预预压排排水固固结示示意图图堆载产产生超超静水水压力力排水固固结法法的原原理加固固软软土土层层竖向向排排水水体体排水垫垫层水平排排水盲盲沟系统组组成——排水系系统8.2.2.真空预预压加加固机机理1.真空预预压概概念设砂垫垫层＋＋垂直直排水水管道道＋封封闭膜膜＋水水平吸吸水管管道抽抽真真空2.加固机机理：：通过抽抽真空空，在在膜的的内外外形成成压差差，使使土体体中的的孔隙隙水不不断排排出，，从而而使土土体固固结。。真空预预压原原理主主要表表现在在三个个方面面；(1).薄膜上上面承承受等等于薄薄膜内内外压压差的的荷载载。(2).地下水水位下下降，，附加加应力力相应应增加加。抽气前前后地地下水水位降降低，，此范范围内内土体体由浮浮重度度变为为湿重重度，，土体体固结结压力力增加加。(3).封闭气气泡排排出，，土的的渗透透性加加大。。铺设滤滤水管管竖向与与水平平排水水管的的连接接方式式1.理论上上,真空预预压法法可产产生的的最大大荷载载为：：(A)50kPa(B)75kPa(C)80kPa(D)100kPa(E)120kPa【解】】理论论上，，当地地基达达到完完全真真空时时，可可产生生1个大气气压即即100kPa的预压压荷载载。2.工程实实际中中,真空预预压法法可产产生的的最大大荷载载约为为：(A)50kPa(B)70kPa(C)85kPa(D)100kPa【解】】理论论上，，当地地基达达到完完全真真空时时，可可产生生1个大气气压即即100kPa的预压压荷载载。但但在实实际工工程中中，根根据目目前的的技术术能力力，使使地基基达到到完全全真空空是不不可能能的，，一般般能达达到85～90kPa。8.3、设计计与计计算设计预预压固固结的的方法法的基基本要要求：：（1）、加加固期期限量量短；；（2）、固固结沉沉降要要快；；（3）、充充分增增加强强度；；（4）、注注意安安全：：预压排排水固固结设设计与与计算算一、加加压系系统设设计土质情情况：：单级级加荷荷和多多级加加荷；；堆载材材料：：自重重预压压、加加荷预预压和和加水水预压压。计算步步骤：：首先用用简便便的方方法确确定一一个初初步的的加荷荷计划划，然然后校校核这这一加加荷计计划下下的地地基的的稳定定性和和沉降降。1、利用地地基的的天然然地基基土抗抗剪强强度计计算第第一级级容许许施加加的荷荷载p1。据斯斯开普普顿极极限荷荷载的的半经经验公公式作作为初初步估估算，，即：：对饱和和软粘粘土也也可采采用下下列公公式计计算：：对条形形填土土，可可根据据下面面公式式估算算：Cu-天然地地基不不排水水抗剪剪强度度K-安全系系数；；1.1~1.5γ—土的重重度D—基础的的埋深深2、计算算第一一级荷荷载下下地基基强度度增长长值在荷载载作用用下，，经过过一段段时间间预压压地基基强度度会提提高，，提高高以后后的地地基强强度为为：3、计算算作用用下达达到所所确定定固结结度所所需要要的时时间。。达到到某一一固结结度所所需要要的时时间可可根据据固结结度与与时间间的关关系求求得。。η-强度折折减系系数4、根据第第二步步所得得到的的地基基强度度计算算第二二级所所能施施加的的荷载载。同样，，求出出在作作用下下地基基固结结度达达70%时的强强度以以及所所需要要的时时间，，然后后计算算第三三级所所能施施加的的荷载载，依依次可可计算算出以以后各各级荷荷载和和停歇歇时间间。这这样，，初步步的加加荷计计划也也就确确定下下来了了。5、按以以上步步骤确确定的的加荷荷计划划进行行每一一级荷荷载下下地基基的稳稳定性性验算算。如如稳定定性不不满足足要求求，则则调整整加荷荷计划划。6、计算算预压压荷载载下地地基的的最终终沉降量量和预压期期间的的沉降降量。这一一项计计算的的目的的在于于确定定预压压荷载载卸除除的时时间，，这时时地基基在预预压荷荷载下下所完完成的的沉降降量已已达设设计要要求，，所留留的沉沉降是是建筑筑物所所允许许的。。二、排排水系系统设设计1、竖向排排水体体选择择普通砂砂井、、袋装装砂井井和塑塑料排排水带带。若深度度超过过20m，采用用普通通砂井井，井井径可可取200~500mm。袋装砂砂井直直径多多用70~100mm，砂的的含泥泥量＜＜3%。塑料排排水板板的当当量换换算直直径可可按下下式计计算：：式中dp——塑料排排水板板的当当量换换算直直径，，mm；b———塑料排排水袋袋宽度度，mm；δ——塑料排排水袋袋厚度度，mm。【例题题11】某塑塑料排排水板板的宽宽度为为100mm，厚度度为5mm，则其其当量量直径径为()。A、105mm;B、95mm;C、66.9mm;D、25.2mm;答案：：C2、竖向向排水水体深深度设设计P109(1).当软土土层不不厚、、底部部有透透水层层时，，排水水体应应尽可可能穿穿透软软土层层；(2).当深厚厚的软软土层层间有有砂层层或砂砂透镜镜体时时，排排水体体应尽尽可能能打至至砂层层或砂砂透镜镜体。。而采采用真真空预预压时时应尽尽量避避免排排水体体与砂砂层相相连接接，以以免影影响真真空效效果；；(3).对于无无砂层层的深深厚地地基则则可根根据其其稳定定性及及建筑筑物在在地基基中造造成的的附加加应力力与自自重应应力之之比值值确定定(一般为为0.1～0.2)竖向排排水体体长度度一般般为10～25m。3、竖向向排水水体的的平面面布置置形式式与范范围竖向排排水体体的平平面布布置可可采用用等边三三角形形或正方形形排列。。竖向向排水水体的的有效效直径径de与间距距l的关系系为：：等边三三角形形排列列正方方形形排排列列竖向排排水体体的布布置范范围一一般比比建筑筑物基基础范范围稍稍大些些。扩扩大的的范围围可由由基础础的轮轮廓线线向外外增大大约2～4m。1.排水竖竖井的的直径径为200mm，采用用间距距为1.5m的等边边三角角形布布置，，则竖竖井的的有效效排水水直径径是多多少?解：等等边三三角形形布置置公式式为：：2.塑料排排水带带的宽宽度为为100mm，厚度度为5mm，采用用间距距为2.0m的正方方形布布置，，则其其有效效排水水直径径是多多少?解：正正方形形布置置公式式为：：4、竖向向排水水体的的间距距竖向排排水体体的间间距可可按井井径比比n选用，，井径径比n的表达达式为为：式中de—竖向排排水体体影响响圆的的直径径；dw—竖向排排水体体的直直径，，对塑塑料排排水袋袋dw=dp(换算后后的直直径)。设计时时，普普通砂砂井的的井径径比n=6~8；袋装装砂井井或塑塑料排排水带带的井井径比比n=15~22。5、砂料设设计砂井的的砂宜宜用中中粗砂砂，洁洁净，，不含含草根根杂物物，含含泥量量不能能超过过3%。6、地表排排水砂砂垫层层设计计（水水平排排水体体设计计）砂井顶顶部的的砂垫垫层采采用中中粗砂砂，含含泥量量应小小于3%。厚度0.5m左右；；在砂砂料贫贫乏地地区，，可采采用连连通砂砂井的的纵横横砂沟沟代替替整片片砂垫垫层。。7、现场监监测设设计堆载预预压法法现场场监测测一般般包括括地面沉沉降观观测、水平位位移观观测和孔隙水水压力力观测测。据工程程经验验：对竖井井地基基，最最大竖竖向变变形量量每天天不应应超过过15mm。对天然然地基基，最最大竖竖向变变形量量每天天不应应超过过l0mm；边桩桩水平平位移移每天天不应应超过过5mm；地基中中孔压压不得得超过过预压压荷载载的50～60%。预压荷荷载的的卸荷荷时间间一般般控制制在固固结度度为85%左右。。8.3.5.真空预预压法法设计计1.先铺设设水平平排水水砂垫垫层、塑料料排水水沟或或排水水垫层层；2.在砂垫垫层上上按一一定间间距打设竖竖向排排水体体；3.薄膜铺铺盖在砂垫垫层上上，并并将膜膜埋入入周边边密封封沟或或墙内内；4.借助埋埋设在在砂垫垫层中中的管管道，，真空空泵对对膜下下土体体的水气抽抽出，土体体固结结。8.4.排水固固结法法施工工堆载预预压施施工铺水平平排水水垫层层，设设置竖竖向排排水体体，施施加固固结压压力。。施工：：（1）若地基承承载力力较好好，采用用机械械分堆堆摊铺铺法，，即先先堆成成若干干砂堆堆，然然后用用推土土机或或人工工摊平平。（2）当硬硬壳层层承载力力不足足时，可可采用用顺序序推进进铺筑筑法。。（3）若地地基表表面非常软软，先要要改善善地基基表面面的持持力条条件，，可先先在地地基表表面铺铺设筋筋网层层，再再铺砂砂垫层层。(1).砂井施施工要求：：连续和和密实实，防防止颈颈缩；；减小小扰动动；长长度直直径间间距满满足。。砂井的的灌砂砂量：：实际际灌砂砂量需需达95%。位置允允许偏偏差：：直径径；垂垂直度度：1.5%。砂井成成孔典型方方法简简介套管法法：水冲成成孔法法：螺旋钻钻成孔孔法：：爆破成成孔法法：(2).袋装砂砂井施施工用砂量量大为为减少少；施施工速速度加加快、、工程程造价价降低低在同一一工程程中，，加固固每平平方米米地基基的袋袋装砂砂经费费用是是普通通砂井井的50%左右。。砂袋材材料：砂：砂袋袋长度度应较较砂井井孔长长50cm直径70～120㎜，间间距1.5～2.0m，井径径比为为15～25。(3)塑料排排水带带的施施工由芯板板和滤滤膜组组成。。性能：：具有良良好的的透水水性和和强度度。整个排排水带带应反反复对对折5次不断断裂才才认为为合格格。施工：：定位；；将塑塑料带带通过过导管管从管管靴穿穿出；；将塑塑料带带与桩桩尖连连接贴贴近管管靴并并对准准桩位位；插插入塑塑料带带；拔拔管剪剪断塑塑料带带等。。包装外外型：：采用用中心心收卷卷成圆圆型的饼状状，200米/卷，直直径约约0.8M~1.3M，高度度0.1M。处理前前的淤淤泥真空预预压预压荷荷载的的施工工(1).利用建建筑物物自重重加压压(2).堆载预预压施工时时应注注意以以下几几点：：1).堆载面面积要要足够够大。。顶面面积不不小于于建筑筑物底底面积积。2).严格控控制加加荷速速率，，避免免部分分堆载载过高高引起起局部部破坏坏。3).对超软软粘性性土地地基，，应避避免对对土的的扰动动和破破坏。。真空预预压系系统设设置1、埋设设竖向向排水水系统统与水水平向向滤水水管。。2、铺设设密封封膜。。3、设置置抽气气系统统。真空预预压法法施工工真空预预压施施工方方法(2)真空预预压加固区区---每块面面积宜宜大不不宜小小。一一般加加固面面积6000～10000m2为宜。。抽气阶阶段施施工要要求与与质量量要求求a.冬季抽抽气，，应避避免过过长时时间停停泵；；b.密封膜膜宜铺铺设三三层，，以确确保自自身密密封性性能。。d.加工完完毕的的密封封膜应应堆放放在阴阴凉通通风处处；其其间适适当撒撒放滑滑石粉粉，防防止粘粘连；；e.在铺设设滤水水管时时，滤滤水管管之间间要连连接牢牢固。。f.抽气时时膜内内真空空＞80kPa；停止止预压压时地地基固固结度度要求求大于于80%；g.预压的沉沉降稳定定标准为为连续5d，实测沉沉降速率率不大于于2mm/d。8.5.施工质量量检验1．施工质量量检验(1).塑料排水水带—应测定其其纵向通通水量、、抗拉强强度、滤滤膜渗透透系数和和等效孔孔径等。。(2).砂井和砂砂垫层砂砂料，应应做颗粒粒分析和和渗透性性试验。。(3).对预压工工程，应应进行