排水预压法的系统讲解

排水预压法

DrainageConsolidationMethod2009年一、排水预压法简介

所谓预压法就是在建筑物建造之前，或竣工之前，在建筑场地进行预压，使地基土体产生一定程度的固结和压缩，地基产生预先的沉降，土体强度得到提高，使得建筑物的工后沉降减少，同时使建筑物在施工过程中更加稳定和安全。软土含水率高强度低压缩性高压缩变形大排水预压法含水率降低强度提高压缩性降低压缩变形减小排水预压法处理软土的效果土压缩性减小△’e<△efec’>abc承载力被加强加固地基1、排水预压法作用原理土体再压缩曲线图软粘土排水系统加压系统超孔隙水应力消散强度提高排水预压法作用流程图

从预压法的过程和原理来看，排水预压法的过程始终伴随着土体的固结、压缩、土体强度变化的过程，要达到这个目的，使土体发生固结，必须有一个排水通道，有了排水通道，要使土体中的孔隙水往外排，还需要提供一个外部因素：即加压系统使得孔隙水具有压力差，才能往外排水。（1）排水通道

排水通道一个可以利用天然地基的排水通道，利用土层本身的渗透性排水，如地基中天然的夹砂层。但有时候，土体本身的渗透性小，排水慢，或者说固结慢，达到预压的目的需要很长时间，因此为了加快排水，加速土体的固结，人为的缩短排水距离，即采用人工改进排水。常用的人工改进排水是由竖向排水体或水平排水垫层组成的，或者两者同时使用。①水平排水层砂垫层透水层根据太沙基一维固结理论有：

一般采用砂、碎石等透水性好的材料，渗透系数要到量级为佳。有的也采用水平塑料排水褥垫等。②竖向排水体

粘性土渗透系数一般在渗透很慢；为了更好的加速排水，进一步缩短排水距离，还可以设置竖向排水体的方式作为排水系统。竖向排水体的渗透系数一般在量级附近，是良好的排水通道。水平排水层常用：普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等透水层竖向排水体（2）加压系统

根据加压系统的不同，排水预压法可分为堆载排水预压法、真空排水预压法、真空堆载联合排水预压法以及降水预压法等。附加应力分布线水平砂垫层砂井荷载附加应力分布情况（砂井未打穿透水层）①堆载预压法

堆载预压法是外面施加荷载，即施加附加应力通过增加总应力引起超静孔隙水压力，通过一定的预压施加，孔隙水压力消散，总应力逐步转化为有效应力，使土体发生压缩、强度增加的方法。等载预压对工后沉降影响超载预压法对工后沉降影响排水系统与加压系统使用效果②真空预压法

真空排水预压法是利用在地基内设置竖向排水体，并形成一定的真空度，使土体中的水压力形成压力差，孔隙水排出，有效应力增加的方法。与堆载排水预压法相比有着本质的不同，它是总应力不变的情况下的排水固结。真空度原有有效应力总应力原有有孔隙水应力降低后的孔隙水应力增加的有效应力真空预压加压原理围堰大气压强砂垫层真空区薄膜沟渠真空泵真空管砂井或塑料排水板真空预压工法示意③降水位法

降水预压法是降低地下水位，使得土层在降水范围内土的浮容重变为湿容重，土体的自重应力或附加应力增加，使土层固结，有效应力增加。有时候几个方法会联合使用，如真空堆载联合预压方法，可以提高预压效果。排水固结法预压系统排水系统堆载法真空法降低地下水位法联合法竖向排水体水平排水层普通砂井袋装砂井塑料排水板砂垫层（碎石垫层）（3）排水固结法分类汇总一般预压（无竖向排水体）（4）排水固结法可以解决以下两个问题：

①沉降问题：使地基的沉降在加载期间大部分基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降或沉降差，即减少工后沉降。②稳定问题：加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。二、排水固结法施工工艺1、堆载排水预压法堆载砂垫层砂井、塑料排水板施工主要环节：

1）水平向排水砂垫层施工；

2）竖向排水井（塑排板）施工；

3）铺设土工格栅；

4）均匀稳定的施加预压荷载；

5）沉降监测和效果检验。水平系澡统一般度采用砂梢垫层，锋砂垫层顾一般采结用透水植性好的功中粗砂握，其渗到透系数茧大于10-窝2cm候/s，含泥丘量不大户于3%。根据工塔程所在地晕的料源情污况，也可灭以采用碎欺石或砂砾斥材料做垫紫层，即碎伙石或砂砾盆垫层。①水平排水币层施工②竖向排水载体施工从国内外寺的技术发坚展来看，电竖向排水慈体先后主缴要应用过狭：200恼-50致0mm的普通荷砂井；70-蒸120艰mm的袋装砂讲井；塑料贸排水板。1）普通砂貌井普通砂井检经常会出梨现不连续仗出现断桩重或者缩颈习现象不能闸避免；大毫直径的砂卫井使用的筒设备比较恢笨重，施歪工麻烦，雷造价高，稿而且从排瞒水需要上金看，不需捎要这么大伶的排水体贵。地基中满的淤泥经污常在施工腔时或者排没水时会混榨入砂井中壶，影响排刻水效果。俊因此后来修大直径的舱砂井用得扒越来越少善，逐步采姥用小直径俭的袋装砂递井。2）袋装鸡砂井袋装砂井朱的形状如烫图。它是摄采用土工念编织布制盆成7-12嘱cm（国内掏一般用7cm左右，揪日本用骄的12cm左右）直富径的袋子韵，在里面压填充砂子置，先灌好爱。打设完的泡袋装砂井小直径验袋装砂漏井与普梳通大直秘径的砂盛井相比俱，主要相有以下钻一些优逗势：由于土工浸布袋的存蹲在可以基类本保证排皂水体的连乒续性；由潮于采用了袍小直径，考可以采用邻细而密的斯分布，那蔽么排水距书离大为缩亮短，加快槽了排水固极结，同时贩施工设备扬可以实现岩轻型化，帝比较适应眯软弱的地日基表面施蝇工，施工舒速度加快康、工程造柱价降低。3）塑料臣排水板目前塑矮料排水棒板的样背式如图亭，由板返芯和滤籍膜组成踪蝶。厂家镜、型号暖很多，筐我国实去际工程赴目前采犹用的最企多的是米这种芯系板截面越为并联康十字型侧而组成挡口琴状怪。塑排板截杏面图外层过滤脏纤维显微尤结构成卷的塑勺料排水板打设完脱的塑料出排水板塑料排孔水板加烫固软土铃地基的痒优点：1）滤水识性好，排巧水畅通，烦排水效果肿有保证。2）材料有除良好的强逐度和延展滤性，能适维合地基变吵形能力而狭不影响排额水性能（膊袋装砂井膀容易折断傍）。3）排水盘板断面布尺寸小捉，施打拣排水板吧过程中械对地基患扰动小逃。4）可在超肤软弱地基异上进行插顷板施工。5）施工快锹、工期短托，材料可姜工厂化生况产，造价程比袋砂井培低。普通砂宫井和塑北料排水装板，土摄扰动范崭围对比①将塑料带暗通过导管样从管靴穿姻出；将塑挪料带与桩强尖连接贴法紧管靴并香对准桩位宣；②静压伏沉入导裕管达设眨计深度艇；③拔管，遮塑料排水颤板与软土榴粘接锚固臭留在软基如内；④在砂垫王层中预留30cm以上，剪家断塑料排犹水板，将拍塑料排水细板板头埋齐入到砂垫押层中；⑤将塑料痰排水板与幅桩尖再连稀接，移位此重新打设访。塑排板踪蝶打设流猜程：当塑料精排水板牲带出长款度大于0.5宣m时将进行胀补打。塑胃料排水板既搭接时，翁搭接长度鸽在20cm以上。塑料排水订板的打设③预压荷载芒的施工（1）填筑孙实体材鸭料注意控制沸加载速率仔，确保稳混定。（2）真空系预压荷王载的施咳加。2、真空预知压法真空预挥压荷载丈施加，客是在被头加固软倡土表面姿和深度冈范围内吃完全密洋封抽真提空特定饱条件下倚，被加殊固软基工内外形战成大气现压差，子并以此底作为预廉压荷载浇，当设搂计荷载谊超过80~速90k面Pa时，可与章堆载预压遭联合使用末，称为“熊真空联合骆堆载预压板排水固结遭法”。真空联垮合堆载扩预压法1）真空勒预压法说施工步疾骤：⑴铺设50cm厚砂砾垫蒸层，并打瞎设塑料排夸水板；⑵在蚂砂砾垫层蓄中埋设主条、滤管；⑶填10c馅m厚细砂丙垫层；⑷铺统设复合土阁工布和密掘封膜；⑸在炒加固区边挨缘挖沟、明填沟、安撑装并连接刷抽气管道右和射流泵跌；⑹检竿验土工膜汽密封情况汉；⑺土坐工膜上铺窃设20c祥m厚细砂层暮和30c衡m厚的粘土鞭层,以保护茧密封膜惹；⑻开撞始抽气，蔑密切注意棉膜下真空渠度的变化辩，发现漏命气，及时颠处理，当何膜下真空阔度稳定到能设计值后百，连续抽梁气一周左命右，进行采上部堆载酱填筑。2）砂垫层佣的铺设①垫层甲材料去：垫层羽材料应绢采用透依水性好躬的砂料残，采用50c黎m厚砂砾垫洪层，并在舒其上铺设10c艺m细砂。②垫层尺四寸：垫层挺厚度为50c他m砂砾+10洞cm细砂共倘计60c绝m。平面尺油寸为加固个区周围向国外各延伸1m，以保证眠渗出的水嫂能够沿砂扑垫层排出扎。③垫层荡施工：场垫层的棒施工方钱法采用垮机械分鸭堆摊铺斜法，即旬先堆成款若干砂固堆，然习后用机港械摊平突。施工木时避免巾对软土撇表层的语过大扰钳动，以巴免造成座砂和淤溉泥混合孟，影响醋垫层的棋排水效酒果。4）真空预仁压的施工抽真空系藏统包括主料、滤管及搞其布置、哲密封膜的葵铺设及抽初真空设备康。①主、户滤管及圾其布置主管、现滤管的孤几种布旨置形式愤如下图坦所示：真空预压絮（已打设欲塑料排水蛛板）主管、滤赛管的几种拾布置形式滤管的铺复设真空预压泳（铺设真遮空管）②封闭膜吉的铺设加工好的忘密封膜面信积要大于始加固场地削面积，固一般情况董下，密封察膜每边大影于加固区雷相应边1m以上。为胜了保证整蔑个预压过场程中的密呀封性，塑忠料膜铺设毁了2层，每房诚层膜铺写好后进对行检查榨和粘补裳破漏处失。封闭膜兰的铺设密封沟设能计示意图密封沟施堆工③抽真空域设备的努施工抽真空近设备主捞要包括幼出膜装听置和真剧空射流评泵。出疲膜装置未是指膜翼下的主拍管与膜遣外的抽妈真空装甘置相联斧接的一布种装置斑。真空丹射流泵州包括离愈心泵、幼射流喷宜嘴和循判环水箱健，射流绕喷嘴和酸循环水尺箱由玻奥璃钢制伤成。真空预压伴（真空泵寄工作中）①、孔隙弓水压力赏观测1）利用孔岛隙水压力松观测资料如反算固结娃系数。2）利用孔躲隙水压力瘦观测资料康控制加荷桃速度。②、沉降观棕测③、侧向位坏移观测3、施工努质量和预开压效果。孔压计页的埋设怒情况监测点埋棒设的密封三、排卸水固结里法的设蒙计理论1、竖向啄排水体毙的设计①直径和间锈距关于直欺径，目肥前国内桂使用的煎是袋装辜砂井和泊塑料排腾水板。彻袋装砂补井普遍君采用7cm的直径榆。塑料排水援板来说，瓶设计计算淡时常把其候换算成圆烛柱体来分绞析，对界策面宽度为b，厚度服为δ的塑料伪排水带养，其当菜量换算雄直径膀可按谱下式计酷算：式中α为换算系峰数，可通席过实验求提得。下表粱为提供的α值。α值资料来源备注0.6~0.9一般0.750.7511松尾新一郎卡尔斯坦尼Hansbo等MitchellandKatti《土质加固方法手册》福冈正已：《最新软弱地基处理方法》“Consolidationbyverticaldrains”第十届国际土力学及基础工程会议报告表1α值设计时，α可在0.7就5值1.0范围内看取值。②竖向排水穷体的深度竖向排泼水体深度的选狡择和土层嗽分布、地晌基中附加局应力大小竞，建筑物孟对地基变殖形和稳定挪性的要求妈以及工期伟等因素有退关。当软吸黏土层不巾厚时，排折水井应贯锣穿黏土层鲁，黏土层塘较厚但间猜有砂层或史砂透镜体姿时，排水臂井应尽可蛾能打至砂草层或透镜乓体。当黏讨土层很厚今又无砂透迟水层时可忽按建筑物袍对地基变肚形及稳定脊性要求以泳及排水体汇的施工和贯有效排水饶能力来决疏定，国内肥一般的工鞭程控制在25-扣30m。排水井蚂平面布膜置及影绝响范围捆土柱体骄剖面③竖向排坛水体的排列竖井的垂平面布门置方式络一般为诊正三角战形和正快方形两舞种。在实际戒固结计旬算时，废常使用等效圆直卖径酸来模简化计算半，与排水间贞距L的关系如胆下：等边三愚角形排眯列时：正方形排亦列时：竖井的布茫置范围，抬一般比建湿筑物基础麻范围稍大栏。（2）（3）2、固结遮度的计租算单向固裁结问题（1）太沙怀基理论太沙基研驻究的是地凭基中发生诸固结的土挺层只有一拍层的情况订，外荷载p一次瞬时伯施加且在炭固结过程匠中维持不疤变。因此誉，式（11）简化为开：（12）此式为太防沙基提出肝的单向固撞结微分方段程。假设土层预单面排水迈，则边界浩条件为：（13）初始条件耍记作：（14）经计算可忽得到z深度处撤超静水讨压力的龄消散程旋度即固侧结度役为蠢：（15）整个土密层的平织均固结绩度U为：（16）式中，择，港为时店间因数烂。（2）砂井固删结理论按照砂材井固结倦理论，国当垂直摸排水通沈道打穿届整个软亩土层时下，地基瓣在加固脖历时t的平均固妹结度按下纸式计算：（17）式中：α、β为排水六固结参柿数，其螺值见表2。排水情况径向排水竖向排水竖向和径向组合三维排水β理想井非理想井α1表2α、β值为轴对伞称径向屈排水固贷结参数挂；为竖向更排水一蕉维固结扯参数；分别为地挖基土的竖盼向和水平渴向固结系腥数；为井径睡比因子即，有下竖式确定梨：（17）N为井径比眨，涌，为塑料膀排水板剩的等值评砂井直牛径或砂底井直径荒，为排水圆阳柱的等小炕直径;G为井阻因秩子，有下格面俩式确献定：当垂直排揉水通道未符打穿软土趋层时，可傲按下式计伸算地层的粮平均固结放度：附加应力分布线水平砂垫层砂井荷载式中：缴为虑在t时刻土层俱的平均固盐结度；为垂直排浸水通道打牧入深度范族围内的平它均固结度近，按式（16）和表2来计算箭；为垂直脖排水通闸道打入绍深度以绝下土层惯的平均箩固结度屋，按竖虾向排水们计算；为打入脸深度比衣，晌。当线性加霸载时，平皂均固结度谱按下式计守算当逐级氧加载时芬，平均御固结度君按下式拜计算式中：时刻多任级荷载斑等速加炎荷修正设后的地汇基平均岛固结度坛；第i级荷载观的加载凤速率；各级荷楼载的累闹计值；分别为占第i级荷载加波载的起始供时间和终张止时间（轰从零点起患算），当欠计算第i级荷载加巨载过程中眼某时间t的固结度画时，Ti改为t；参数，根报据地基土独排水固结刚条件按下级表采用。初对竖井地歪基，表中邻所铁列为不考蚀虑涂抹姻和井阻迟影响的添参数值识。不同排水开条件下、的理论趣值排水固结条件参数竖向排水固结()向内径向排水固结竖向和向内径向排水固结（竖井穿透受压土层）备注1Ch—土的径向排水固结系数（cm2/s）Cv—土的竖向排水固结系数（cm2/s）

—双面排水土层或固结应力均不分布的单面排水土层平均固结度H—土层竖向排水距离（cm）。4、强度塞增长估湿计（1）真空排炕水固结法万的强度增略长特征真空排水逮预压法是谋在预压地伪基内总应括力不变的隔条件下，虚使土中的焰孔隙水压围力减小，股有效应力判增加的方下法。与醉堆载排水呀预压法的从不同之处羽在于：形饼成有效应诸力的路径若不同。真空排挺水预压晌法的强毅度增长芦的特征作：1）真空缸排水预沙压法的钞强度增质长是在采等向固旬结过程补中实现疤的；2）真空纽奉排水预波压法加宴固地基捧时地基隔土中不润会产生沸剪切蠕进动现象厦。图11说明了具伍有相同的看垂直有效誓盈利增量论时，两种悲不排水强插度增长的妥差异。两种不纵同加固低方式强乞度的增有长用堆载排蹈水预压法雨加固时，枣地基中某肉一时刻的油抗剪强度掠，在考卷虑了由于付剪切而引朵起的强度迁衰减后表葵示为：（18）式中：疫为握天然地基牙抗剪强度垒；延为由固结客而引起的拥抗剪强度雄的增长量蜓；誓为考虑剪领切变形及梯其它因素枣对强度的撒影响的一狡个综合性症折减系数首。其中由固喇结引起的巩强度增量舅的计算葛方法很多叨，主要有惊以下两种健：第一种姜方法——有效应身力法：（19）将式（19）代入式锋（18）得：（20）第二种方赏法——有效固结腐压力法：（21）将（21）式代入萌（18）得：（22）（2）真空排先水预压法烧的强度增侄长的计算真空排水映固结法的烘强度增长苗可用有效凤应力法或齿有效固结嫂压力法计在算，即可潜分别用式彻（19）或式捡（21