排水固结法ppt版（共76）

第4章排水固固结法法Chapter4Consolidation4.1概述述排水固固结法法（Consolidation）是处处理软软粘土土地基基的有有效方方法之之一。。该法法是对对天然然地基基，或或先在在地基基中设设置砂砂井等等竖向向排水水体，，然后后利用用建筑筑物本本身重重量分分级逐逐渐加加载，，或是是在建建筑物物建造造以前前，在在场地地先行行加载载预压压，使使土体体中的的孔隙隙水排排出，，逐渐渐固结结，地地基发发生沉沉降，，同时时强度度逐步步提高高的方方法。。深圳圳河河真真空空预预压压全全貌貌深圳圳美美视视妈妈湾湾油油库库海海上上抛抛石石围围堤堤、、海海上上铺铺设设土土工工布布、、回回填填砂砂和和插插板板并并堆堆载载预预压压竣竣工工后后使使用用现现场堆水水预预压压四航航研研究究院院进进行行的的交交通通部部综综合合地地基基加加固固现现场场试试验验（（在在潮潮间间带带插插铺铺土土工工布布、、回回填填砂砂垫垫层层、、插插排排水水板板，，并并用用真真空空气气体体、、水水荷荷载载流流体体和和堆堆砂砂固固体体进进行行三三相相体体联联合合预预压压））四航航研研究究院院珠珠海海前前山山水水荷荷载载预预压压加加固固示示意意图图四航航研研究究院院深深圳圳妈妈湾湾潮潮间间带带真真空空预预压压一一角角（（退退潮潮时时））塑料料排排水水板板插插板板机机塑料料排排水水板板地地基基处处理理真空空预预压压地地基基处处理理真空空预预压压管管网网铺铺设设排水水板板真真空空预预压压处处理理剖剖面面示示意意图图排水水固固结结法法可可解解决决以以下下两两个个问问题题：：（1）沉降降问问题题。使使地地基基的的沉沉降降在在加加载载预预压压期期间间大大部部分分或或基基本本完完成成，，使使建建筑筑物物在在使使用用期期间间不不致致产产生生不不利利的的沉沉降降和和沉沉降降差差。。（2）稳定定问问题题。加加速速地地基基土土的的抗抗剪剪强强度度的的增增长长，，从从而而提提高高地地基基的的承承载载力力和和稳稳定定性性。。排水水固固结结法法适用用于于处理理淤淤泥泥质质土土、、淤淤泥泥和和冲冲填填土土等等饱饱和和粘粘性性土土地地基基。。排水水固固结结法法是是由由排水水系系统统和加压压系系统统两部部分分共共同同组组合合而而成成。。（1）排水水系系统统由水水平平排排水水垫垫层层和和竖竖向向排排水水体体构构成成。。竖竖向向排排水水体体可可选选用用普普通通砂砂井井、、袋袋装装砂砂井井或或塑塑料料排排水水板板。。（2）加压压系系统统即是是起起固固结结作作用用的的荷荷载载，，它它使使地地基基土土的的固固结结压压力力增增加加而而产产生生固固结结。。工程程上上广广泛泛使使用用且且行行之之有有效效的的增增加加固固结结压压力力的的方方法法是是堆载载法法，此此外外，，还还有有真空空法法、降低低地地下下水水位位法法、电渗渗法法和联合合法法。排水水固固结结法法的的设设计计，，主主要要是是根根据据上上部部结结构构荷荷载载的的大大小小、、地地基基土土的的性性质质以以及及工工期期要要求求、、确确定定竖竖向向排排水水体体的的直直径径、、间间距距、、深深度度和和排排列列方方式式；；确确定定预预压压荷荷载载的的大大小小和和预预压压时时间间，，使使通通过过预预压压，，地地基基能能满满足足建建筑筑物物对对变变形形和和稳稳定定性性的的要要求求。。适用范围围适用于处处理各类类淤泥、、淤泥质质土及冲冲填土等等饱和粘粘性土地地基。砂井法特特别适用用于存在在连续薄薄砂层的的地基。。但砂井井只能加加速主固固结而不不能减少少次固结结，对有有机质土土和泥炭炭等次固固结土，，不宜只只采用砂砂井法。。克服次次固结可可利用超超载的方方法。真空预压压法适用用于能在在加固区区形成(包括采取取措施后后形成)稳定负压压边界条条件的软软土地基基。降低低地下水水位法、、真空预预压法和和电渗法法由于不不增加剪剪应力，，地基不不会产生生剪切破破坏，所所以它适适用于很很软弱的的粘土地地基。排水固结结法分类类根据加压压和排水水两个系系统的不不同，派派生出多多种固结结加固地地基的方方法：美国跨越越金山湾湾南端的的Dumbarton桥东侧引引道路堤堤场地，，路堤下下淤泥的的抗剪强强度小于于5kpa，其固结结时间将将需要30—40年，为了了支撑路路堤和加加速所预预计的2m沉降量,采用如下下方案：：1、采用土土工聚合合物以分分布路堤堤荷载和和减小不不均匀沉沉降；2、使用轻轻质填料料以减轻轻荷载；；3、采用竖竖向排水水体使固固结时缩缩短到一一年以内内；4、设置土土工聚合合物滤网网以防排排水层发发生污染染等。时，时，

时，土在某一一荷载作作用下，，孔隙水水逐渐排排出，土土体随之之压缩，，土体的的密实度度和强度度随时间间逐步增增长，这这一过程程称之为为土的固固结过程程。亦即即孔隙水水压力消消散、有有效应力力增长的的过程。。4.2排水固结结法的加加固机理(1)堆载预压压加固机机理堆载预压压是指先先在地基基中设置置砂井、、塑料排排水带等等竖向排排水体，，后利用用建筑物物本身重重量分级级逐渐加加载，或或建筑物物建造前前，在场场地先行行加载预预压，使使土体中中的孔隙隙水缓慢慢排出，，土层逐逐渐固结结，地基基发生沉沉降，同同时强度度逐步提提高的过过程。4.2排水固结结法的加加固机理砂井堆载载预压法法基本方法法：砂井堆载载预压法法系在软软弱地基基中通过过采用钢钢管打孔孔、灌砂砂，设置置砂井作作为竖向向排水通通道，并并在砂井井顶部设设置砂垫垫层作为为水平排排水通道道，形成成排水系系统；在在砂垫层层上部堆堆载，以以增加软软弱土中中附加应应力，使使土体中中孔隙水水在较短短的时间间内通过过竖向砂砂井和水水平砂垫垫层排出出，达到到加速土土体固结结、提高高软弱地地基土承承载力之之目的。。主要用于于道路路路堤、土土坝、机机场跑道道、工业业建筑油油罐、码码头、岸岸坡等工工程的地地基处理理，对于于泥炭等等有机沉沉积地基基则不适适用。(2)真空预压压加固机机理真空预压压指在软软土地基基中打设设竖向排排水体后后，在地地面铺设设排水用用砂垫层层和抽气气管线，，然后在在砂垫层层上铺设设不透气气的封闭闭膜使其其与大气气隔绝，，再用真真空泵抽抽气，使使排水系系统维持持较高的的真空度度，利用用大气压压力作为为预压荷荷载，增增加地基基的有效效应力，，以利于于土体排排水固结结。真空预压压适用于于均质粘粘性土及及含薄粉粉砂夹层层粘性土土等，尤尤其适用用于新吹吹填土地地基的加加固。对对于在加加固范围围内有足足够补给给水源的的透水层层，而又又没有采采取隔断断措施时时，不宜宜采用该该法。真空预压压法示意意图真空预压压法(3)降水预压压加固机机理降水预压压法是借借助于井井点抽水水降低地地下水位位，以增增加土的的有效自自重应力力，从而而达到预预压的目目的。抽水前水位线抽水后水位降落线滤水管抽水井管降水预压原理(4)电渗预压压加固机机理电渗预压压是在土土中插入入金属电电极并通通以直流流电，由由于直流流电场作作用，土土中的水水分从阳阳极流向向阴极，，将水在在阴极排排除且无无补充水水源的情情况下，，引起土土层的压压缩固结结。电渗预压压与降水水预压一一样，是是在总应应力不变变的情况况下，通通过减小小孔隙水水压力来来增加土土的有效效应力作作为固结结压力的的，所以以不需要要用堆载载作为预预压荷载载，也不不会使土土体发生生破坏。。AB水力坡降线预压法的的设计，，实质上上是根据据上部结结构荷载载的大小小、地基基土的性性质及工工期要求求合理安安排加压系统统与排水水系统，，使地基基在预压压过程中中快速排排水固结结，缩短短预压时时间，从从而减小小建筑物物在使用用期间的的沉降量量和不均均匀沉降降，同时时增加一一部分强强度，以以满足逐逐级加荷荷条件下下地基的的稳定性性。4.3堆载预压压法设计计计算4.3DesignProcedureofPreloading一、堆载载预压的的计算步步骤因软粘土土地基抗抗剪强度度较低，，无论直直接建造造建筑物物还是进进行堆载载预压往往往都不不可能快快速加载载，而必必须分级级逐渐加加荷，待待前期荷荷载下地地基强度度增加到到足以加加下一级级荷载时时才可加加下一级级荷载。。具体计计算步骤骤是，首首先用简简便的方方法确定定一个初初步的加加荷计划划，然后后校核这这一加荷荷计划下下地基的的稳定性性和沉降降，其步步骤如下下：1利用地基基的天然然地基土土抗剪强强度计算算第一级级容许施施加的荷荷载p1，对饱和和软粘土土可采用用下列公公式估算算：2计算第一一级荷载载下地基基强度增增长值。。在p1荷载作用用下，经经过一段段时间预预压地基基强度会会提高，，提高以以后的地地基强度度为cu1：3计算p1作用下达达到所确确定固结结度所需需要的时时间。目目的在于于确定第第一级荷荷载停歇歇的时间间，亦即即第二级级荷载开开始施加加的时间间。4根据第二二步所得得到的地地基强度度cu1计算第二二级所能能施加的的荷载p2。p2可近似地地按下式式估算：：同样，求求出在p2作用下地地基固结结度达70％时的强强度以及及所需要要的时间间，然后后计算第第三级所所能施加加的荷载载，依次次可计算算出以后后的各级级荷载和和停歇时时间。5按以上步步骤确定定的加荷荷计划进进行每一一级荷载载下地基基的稳定定性验算算。如稳稳定性不不满足要要求，则则调整加加荷计划划。6计算预压压荷载下下地基的的最终沉沉降量和和预压期期间的沉沉降量。。这一项项计算的的目的在在于确定定预压荷荷载卸除除的时间间。二、超载载预压对沉降有有严格限限制的建建筑，应采用用超载预预压法处处理地基基。经超超载预压压后，如如受压土土层各点点的有效效竖向应应力大于于建筑物物荷载引引起的相相应点的的附加总总应力时时，则今今后在建建筑物荷荷载作用用下地基基土将不不会再发发生主固固结变形形，而且且将减小小次固结结变形，，并推迟迟次固结结变形的的发生。。4.4砂井排水水固结设设计计算算4.4DesignProcedureofSandDrain1925年，丹尼尼尔.莫兰将垂垂直砂井井用于费费城－－－奥克兰兰海湾大大桥公路路软土地地基的加加固，1926年获得专专利。砂井法问问世以后后，因缺缺乏理论论根据而而按经验验设计。。1940～1942年，巴隆隆（Barron）根据太太沙基的的固结理理论，提提出砂井井法的设设计计算算方法。。我国从从20世纪50年代起，，开始应应用砂井井法。砂井法主主要适用于没有较大大集中荷荷载的大大面积荷荷重或堆堆土荷重重工程，，例如水水库土坝坝、油罐罐、仓库库、铁路路路堤、、贮矿场场以及港港口的水水工建筑筑物等工工程。一、砂井井设计砂井设计计包括砂砂井直径径、间距距、深度度、排列列方式、、范围、、砂料选选择和砂砂垫层厚厚度等。。（1）砂井直直径和间间距主要取决决于土的的固结特特性和施施工期限限的要求求。“细细而密””比“粗粗而稀””效果好好。砂井井直径一一般为300～400mm；袋装砂砂井直径径为70～120mm。（2）砂井深深度主要根据据土层的的分布、、地基中中附加应应力大小小、施工工期限和和条件及及地基稳稳定性等等因素确确定。一一般为10～25m。（3）砂井排排列砂井在平平面上可可布置成成正三角角形（梅梅花形）），以正正三角形形排列较较为紧凑凑和有效效。在实实际进行行固结计计算时，，由于多多边形作作为边界界条件求求解很困困难，巴巴隆建议议每个砂砂井的影影响范围围由多边边形改为为由面积积与多边边形面积积相等的的圆来求求解。正方形排排列时de＝1.13l正三角形形排列时时de＝1.05lde为砂井的的有效直直径，l为砂井间间距。（4）砂井布布置范围围砂井的布布置范围围一般可可由基础础的轮廓廓线向外外增大约约2～4m。（5）砂料宜选用中中粗砂，，其含泥泥量不能能超过3％。（6）砂垫层层砂井顶部部铺设砂砂垫层，，可使砂砂井排水水有良好好的通道道，将水水排到工工程场地地以外。。二、沉降降计算地基土的的总沉降降一般包包括瞬时沉降降、固结沉降降和次固结沉沉降三部分。。瞬时沉沉降是在在荷载作作用下由由于土的的畸变所所引起，，并在荷荷载作用用下立即即发生的的。固结结沉降是是由于孔孔隙水的的排出而而引起土土体积减减小所造造成的，，占总沉沉降的主主要部分分。次固固结沉降降则是由由于超静静水压力力消散后后，在恒恒值有效效应力作作用下土土骨架的的徐变所所致。设计内容容除排水水系统外外，主要要包括：：密封内内的真空空度，加加固土层层要求达达到的平平均固结结度，竖竖向排水水体的尺尺寸，加加固后的的沉降和和工艺设设计等。。4.5真空预压压设计计计算A.膜内真空空度真空预压压效果和和封闭膜膜内所达达到的真真空度大大小关系系极大。。根据国国内一些些工程的的经验，，当采用用合理的的工艺和和设备，，膜内真真空度一一般可维维持600mmHg左右，相相当于80kpa的真空压压力，此此值可作作为最大大膜内设设计真空空度。4.5真空预压压设计计计算B.加固区内内要求达达到平均均固结度度一般可采采用80%的固结度度。如工工期许可可，也可可采用更更大一些些的固结结度作为为设计要要求达到到的固结结度。4.5真空预压压设计计计算C.竖向排水水体一般采用用袋装砂砂井或塑塑料排水水带。真空预压压处理地地基时，，必须设设置竖向向排水体体，由于于砂井（（袋装砂砂井或塑塑料排水水带）能能将真空空度从砂砂垫层中中传至土土体，并并将土体体中的水水抽至砂砂垫层然然后排出出。若不不设置砂砂井等就就起不到到上述的的作用和和加固目目的。抽真空的时间间与土质条件件和竖向排水水体的间距密密切有关。达达到相同的固固结度，间距距越小，则所所需的时间越越短.4.5真空预压设计计计算袋装砂井间距距与所需时间间关系4.5真空预压设计计计算D.沉降计算先计算加固前前建筑物荷载载下天然地基基的沉降量，，然后计算真真空预压期间间所完成的沉沉降量，两者者之差即为预预压后在建筑筑物使用荷载载下可能发生生的沉降。预压期间的沉沉降可根据设设计要求达到到固结度推算算加固区所增增加的平均有有效应力。4.5真空预压设计计计算真空预压的总总面积不得小小于基础外边边缘所包围的的面积，一般般真空的边缘缘应比建筑物物基础外缘超超出2～3m，另外，每块块预压的面积积尽可能大，，彼此间可搭搭接或有一定定间距。加固固面积越大，，加固面积与与周边长度之之比也越大。。气密性也越越好，真空度度也越高。根根据现有的材材料和工艺设设备，每块面面积已达3万㎡。当在加固区发发现有透气层层和透水层时时，一般可在在塑料薄膜周周边采用另加加水泥土搅拌拌桩的壁式密密封措施。真空度与加固固面积的关系系4.6施工方法4.6ConstructionMethods要保证排水固固结法的加固固效果，从施施工角度考虑虑，主要应重重视以下三个环节：一、铺设水平平垫层、二、设置竖向向排水体三、施加固结结压力。排水固结法施施工工艺一、铺设水平平排水砂垫层层；垫层材料：渗水好的砂砂料，其渗透透系数一般不不低于10-3cm/s，同时能起到到一定的反滤滤作用。常用用级配良好的的中粗砂。也也可采用连通通砂井的砂沟沟（2-3D，40-60cm深）代替整片片砂垫层。不不宜采用粉、、细砂。垫层厚度：满足渗流水水能及时排出出，应起到持持力层的作用用。一般应选选用30～50cm厚度。对新吹吹填不久的或或无硬壳层的的软粘土及水水下施工的特特殊条件，应应采用厚的或或混合料排水水垫层。垫层施工：机械分堆摊摊铺、堆成若若干砂堆，然然后用推土机机或人工摊平平。排水固结法施施工工艺二、竖向排水水体施工材料：30～50cm直径的普通砂砂井；7～12cm直径的袋装砂砂井；10cm宽的塑料排水水带。1、砂井施工2、袋装砂井施施工3、塑料排水带带施工深圳河打设砂砂井桩和排水水板示意图袋装砂井的施施工过程袋装砂井的施施工过程插板机插板机插板机插板机四航研究院排排水板施工现现场图塑料排水板施施工工艺流程程图塑料排水板施施工现场排水固结法施施工工艺三、施加固结结压力（一）利用建筑筑物自重加压压一般应用于以以地基的稳定定性为控制条条件，能适应应较大变形的的建筑物，如如路堤、土坝坝、储矿场、、油罐、水池池等。对油罐和水池池等建筑物，，先进行充水水加压，一方方面可检验罐罐壁本身有无无渗透现象，，同时，还利利用分级逐渐渐充水预压，，使地基土强强度得以提高高，满足稳定定性要求。对路堤、土坝坝等建筑物，，由于填土高高、荷载大，，地基的强度度不能满足快快速填筑的要要求，工程上上都采用严格格控制加荷速速率，逐层填填筑的方法以以确保地基的的稳定性。排水固结法施施工工艺（二）堆载预预压堆载预压的材材料：以散料料为主，如土土、石料、砂砂、砖等。大面积施工时时通常采用自自卸汽车与推推土机联合作作业。对超软软地基的堆载载预压，第一一级荷载宜用用轻型机械或或人工作业。。堆载预压工艺艺简单，但处处理不当，特特别是加荷速速率控制不好好时，容易导导致工程施工工的失败。排水固结法施施工工艺（二）堆载预预压注意事项：1、必须严格控控制加载速率率。保证在各各级荷载下地地基的稳定性性。基本控制制标准是：竖竖向变形每天天不应超过10㎜，边桩水平位位移每天不应应超过5㎜。2、堆载面积要要足够。堆载载的顶面积不不小于建筑物物底面积。3、注意堆载过过程中荷载的的均匀分布，，避免局部堆堆载过高导致致地基局部失失稳破坏。排水固结法施施工工艺（三）真空预预压（1）真空预压压系统设置1.排水通道施工工先在软基表面面铺设砂垫层层和在土体中中埋设袋装砂砂井或塑料排排水带；2.埋设水平向分分布滤水管。。主要作用：使使真空度在整整个加固区域域内均匀分布布。要求：滤水管管在预压过程程中应能适应应地基的变形形，特别是差差异变形。材料：钢管或或塑料管，其其外侧宜缠绕绕铅丝，外包包尼龙砂网或或土工织物作作为滤水层。。排水固结法施施工工艺滤水管布置：：滤水管在加加固区内的分分布形式可采采用条状、梳梳子状或羽毛毛状等，滤水水管一半埋设设在排水砂垫垫层中间，其其上应有100～200㎜砂层覆盖。真空预压水平平管路施工排水固结法施施工工艺（三）真空预预压（1）真空预压压系统设置排水固结法施施工工艺3、铺设密封膜膜密封膜铺设质质量是真空预预压加固法成成贩的关键。。要求：a、应选用抗老化化性能好、韧韧性大、抗穿穿刺能力强的的不透气材料料。普通聚氯氯乙烯薄膜性性能不如线性性聚乙烯等专专用膜好。b、密封膜热合时时宜用双热合合线平搭接，，搭接长度应应大于15㎜。密封膜宜铺铺设三层，以以确保自身密密封性能。c、膜周边可采用用挖沟折铺、、平铺并用粘粘土压边，围围捻沟内覆水水以及膜上全全面覆水等方方法进行密封封。d、当