5.1排水固结法(地大版)

S 3 ·S 2 S 1 ) S 2 ·S 3 S 2 ) ( ( (S 2 S1 ) (S 3 S 2 )
t
) Sd
· t
S
Sd
S t S f ·1 · ( e
)
· e
· t
六、稳定分析
稳定分析可以解决的问题： ①地基在天然状态下的最大堆载； ②在各级预压荷载作用下的稳定性； ③最大许可预压堆载； ④理想的堆载计划。 (一)地基强度沿深度增加时的稳定性分析方法 1.确定强度变化规律
1.砂井设计 其设计内容包括：砂井的直径、间距、深度、排列 方式和砂料的选择。 ⑴砂井的直径和间距 可由井径比来确定
n de /dw
普通砂井井径比一般取6～8，袋装砂井或塑料排水 带井径比一般取15～20。 ⑵砂井深度的一般原则 ①压缩层不厚时，砂井应贯穿压缩土层； ②压缩土层较厚但有砂层或砂透镜体时，应达到砂 层或透镜体； ③无砂层或透镜体的深厚压缩层，根据地基稳定性 及建筑物在地基中的附加应力与自重应力之比确定；

f
0 z

f
0 · z
f 0

fc
)
⑶计算p1作用下达到设计要求的固结度所需时间， 并确定p2加载时间
⑷根据p1作用下的地基强度，计算p2值
p2 5 . 52 · f 1 k
并求出p2下地基固结度达70％时的强度即所需时间， 然后依次计算各级荷载。 ⑸对每一级荷载进行稳定性验算 ⑹地基最终沉降量和预压沉降量计算，并满足容许 沉降量要求
4.经验计算法
S ·c · ( S
i 1 n
e 0i e1 i 1 e0i
)· i h
多级沉降任一时刻地基沉降量
S t S d U t · c [( 1 ) S pt

p
U t ]· c S
5.三点推算法
S t ( S S d )· · (1 e
2.超载预压 ⑴优点： ①可以缩短预压时间； ②在建筑物荷载作用下地基不会产生主固结变形； ③而且可减少次固结变形。 ⑵超载值的确定 ①一般情况下 S
uR
f
S s f
②粘土层
u (1 / 2 )
p p
f
f
ps
uR (S
f
③有机质粘土、泥炭土
Ss)
S s f
(二)砂井排水固结的设计计算
二、加载预压法设计
其设计内容包括：①选择竖向排水体，确定其尺寸、 间距、排列方式和深度； ②确定预压荷载的大小、范围、速率和预压时间； ③计算地基的固结度、强度增长； ④进行稳定性和变形计算。
(一)预压荷载计算
通常预压荷载大小取建筑物的基底压力值；采 用超载预压法时，其预压荷载大于基底压力值。 1.加载预压的计算步骤 ⑴利用天然地基土的抗剪强度，计算第一级容 许施加荷载p1。 ①斯开普顿极限荷载半经验公式
三、真空预压法设计
(一)竖向排水体设计 一般采用袋装砂井和塑料排水带，竖向排水体将负 压由砂垫层传到土体，将土体的水抽至砂垫层后排出。 (二)真空度及平均固结度 真空预压的膜下真空度应保持在600mmHg(约 80kPa)以上；压缩土层的平均固结度应大于80％。
(三)预压面积及分块大小 真空预压的总面积不得小于基础外缘所包围的面积， 一般边缘应超出建筑物基础外缘2～3m；每块预压的面 积应尽可能大，并要求彼此有搭接。 (四)地基变形计算 根据土层的固结度计算出有效应力，然后从室内固 结试验得到的e－p关系曲线查出相应的孔隙比利用分层 总和法进行计算。

fc
tg c · cu z · t · cu U tg
五、沉降计算
S Sd Sc Ss
1.瞬时沉降：是指荷载施加后立即发生的沉降量，由剪 切变形引起。
Sd 1 v C d · ·· pb( ) E
2
2.固结沉降：是指地基的排水固结引起的沉降，是地基 沉降中最主要的部分。 3.次固结沉降：是由土中骨架在持续荷载作用下，发生 蠕变而引起的。 一般泥炭土、有机质土或高塑性粘土层次固结沉 降较大，其它可以忽略。
2.砂井地基固结度计算 ⑴瞬时加载条件下砂井地基固结度计算 固结微分方程： dU 1 dU
dt C v ( d U / dr
2 r

· d U / dz ) r dr
2 2
2
Kv≠Kh时
dU dt
C v · U / dz d
2
2
C h ·d U / dr (
2

1 r
· / dr ) dU
2、径向平均固结度：
三维固结：
u u 1 u C C t z r r r
2 2 v 2 h 2
u
径向固结方程：
u
u 1 u C t r r r
2 h 2
考虑在直径为de、高度H的圆柱体的土层中 插入直径 dw的砂井，假定砂井地基表面荷载均匀分 布．且附加应力的分布不随深度变化；不考 虑固结过程中固结系数变化和砂井施工中涂 抹作用的影响，且只考虑径向排水效果，则 有径向平均固结度计算式：
3、总固结度计算 由径向、竖向共同排水引起的总平均固结度表 达式为：
⑵砂井地基固结度计算修正 ①砂井未打穿软土层时固结度计算
U · rz (1 ) · U U

z
H1 H1 H
2
②逐渐加载条件下地基固结度计算 a.改进的太沙基法
3.影响砂井固结度的因素 ⑴砂井中的砂料对渗流有阻力，会产生水头损失， 应考虑井阻作用。 ⑵采用机械施工方式，会对周围土产生扰动，对井 壁产生涂抹作用而降低径向渗透性。
p1 1 k · · u (1 0 . 2 B / A )( 1 0 . 2 d / B ) · 5C d
②对于饱和软粘土
p1
5 . 14 · u C k
· d
③对于长条形填土
p 1 5 . 52 · u / k C
⑵计算p1作用下地基强度增长值

f1
· (
3.排水系统的作用 改变地基的排水边界条件，缩短排水距离和增加 孔隙水排出的途径； 4.加压系统的作用 起固结作用，使地基土的固结压力增加而产生固 结； 5.排水系统和加压系统是联合使用的。
6.适用范围：饱和软粘土地基，应用于路堤、仓库。 罐体、飞机跑道等
第二节 排水固结的原理
1.固结机理 饱和软粘土地基在荷 载作用下，孔隙中的水被 慢慢排出，孔隙体积慢慢 减小，地基发生固结变形， 同时，随着超静水压力逐 渐消散，有效应力逐渐提 高，地基土的强度逐渐增 长。 abc为压缩曲线、cef为 卸荷曲线、fgc’为再压 缩曲线
在五个假设条件下可分解为：
dUr dt Ch· (
dUz dt d Ur dr
2 2
d Uz Cv· 2 dz 1 r · dUr / dr )
2
2.砂井地基固结度计算 ⑴瞬时加载条件下砂井地基固结度计算 固结微分方程：
一维固结
u t
C
u
2 v
z
2
对于一次性骤然施加外荷载，且孔隙水仅沿 竖向渗透的地基，其竖向平均因结度可按下 式计算(Uz＞30％时)
④对以地基抗滑稳定性控制 的工程，砂井深度应超 过最危险滑动面2m。 ⑶砂井排列
等效圆柱体的直径de与砂井间距S的关系：
正方形排列： 正三角形排列： d e 1 . 13 · S d e 1 . 05 · S
⑷砂井布置范围及砂垫层 一般应比建筑物外缘扩大2～4m或更大，砂垫层水 上施工可取0.3～0.5m，水下施工可取0.8~1.0m.
第五章 排水固结法
第一节 概述 1.排水固结法
排水固结法是在建筑物建造前，对天然地基或 已设置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉 降基本结束或完成大部分，从而提高地基土强度的 一种地基加固方法。
2.加载方法 主要包括：直接堆载法、真空预压法、降低地下水 法以及电渗法。 ⑴真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，然后用不透气薄膜密封砂 垫层，用真空泵对砂垫层和砂井抽气，使土体和砂垫层 以及砂井之间形成压力差，发生渗流，使土中孔隙水压 力不断降低，有效应力不断增强，促使土体固结沉降。 ⑵降低地下水位法 ⑶电渗法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于电场作用， 土中水从阳极流向阴极。如将阴极积聚的水排走，土体 中孔隙水就会减少，有效应力增大导致沉降固结。
四、地基土强度增长计算
地基中某一时刻土的抗剪强度公式

f

f 0

fc

fs
(一)有效应力法


f
· (
f 0

fc
)
sin · cos 1 sin
fc
K· t·1 U
K

f
· (
f 0
K · t· 1) U
(二)有效固结压力法 由于固结而增长的强度：
固结理论公式
t
Tv · H Cv
2
固结时间与排水距离的平方成正比，缩短排水距 离可大大缩短固结时间。 在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为了增 加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱土层的排 水固结。
第三节 排水固结法设计计算
一、设计前应取得的资料
⑴进行岩土工程勘察，查明场地的工程地质和水文 地质条件； ⑵室内土工试验，确定土的固结系数、孔隙比和固 结压力关系、三轴试验强度等； ⑶进行原位十字板剪切试验，确定各土层十字板抗 剪强度。