第五章 排水固结

5) 土体固结抗剪强度增长计算（p83）： 荷载作用下，地基土体固结，孔隙水压力消 散，有效应力增大，地基土体抗剪强度提高。 蠕变（creep）导致地基土体抗剪强度降低。
τ f = η [τ f 0 + KU∆σ 1 ]
τ 式中， －地基中某点初始抗剪强度 η －考虑蠕变及其他因素对土体抗剪强度的折减系数 K －土体有效内摩擦角的函数
3n 4
8
8C h F ( n ) d e2
2
= 1 − (1 − U r ) (1 − U z )
U = Q U rz + (1 − Q )U z
π
+
π 2C v 4H 2
n =
de dw
砂井未贯穿受 4 压土层的平均 固结度 5 普遍表达式
8
≈ 1 −
U
8Q
−
π
2
e
8 Ch t 2 F (n) de
n
式中：qi—第i级荷载的加荷速率； — —各级荷载的累加值。 T i-1,Ti—第i级荷载的起始和终止时间。 α β —根据地基排水条件确定的参数(表1)。
∑ ∆p
β与固结系数、排水距离等有关，综合反映 了土层的固速率，单位：1/t。 算例见p84
3) 考虑井阻、涂抹作用： 竖向排水体（普通砂井、袋装砂井、塑料 排水带）对渗流的阻力作用称为井阻作用。 采用挤土方式设置竖向排水体过程中，井壁 涂抹以及对周围土的扰动而使土的渗透系数降低， 因而影响土层的固结速率，称为涂抹作用。 4）竖向排水体存在有效长度。当竖向排水体超过 有效长度后，所增加的排水体加速固结的效果 很差，甚至没有效果。
6.铺设密封膜
将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右 ，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟 并压实；
6.铺设密封膜
将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右 ，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟 并压实；
2 Z
π2
4
v
竖向固结时间因素： 竖向固结系数：
Cv =
Tv =
Cv t H2
k (1 + e) γ wa
排水固结法包括： 排水固结法包括
① 排水系统 排水系统：水平向排水体（砂垫层或砂垫层加
土工合成材料复合而成），竖向排水体（普通砂井、 袋装砂井、塑料排水带等），亦可不设人工竖向排水 通道（地基土体渗透系数大或有较多的水平砂层“千 层糕”）。
4）预压荷载下地基的最终沉降量：
s
f
= ξ
n
∑
e
0 i
− e
1i
i =1
1 + e
h
i
0 i
式中：e0i—第i层自重应力所对应的孔隙比； e1i—第I层中自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比。 ξ—经验系数：对正常固结粘性土取1.1-1.4
5）施工 地表应铺设与砂井相连的砂垫层，厚度大于500mm； 预压区边缘应设置排水沟；砂井的砂料采用中粗砂，粘粒 含量不宜大于3%，渗透系数宜大于1x10-2cm/s。
6.铺设密封膜
将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右 ，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟 并压实；
6.铺设密封膜
将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右 ，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟 并压实；
六、降低地下水位法简介（p93）
降低地下水位可以改变地基中的应力场，使地 基土在自重应力作用下产生排水固结。 • 对渗透系数角大的土层，采用降低地下水位法 可达到较好的排水固结效果。 •
• 真空预压法能取得相当于78～92kPa的等效荷载堆 载预压法的效果。 • 建筑物对地基变形有严格要求时，可采用真空—堆 载联合预压法，其总压力应超过建筑物荷载。 • 若在加固区内地基存在水平透水性较好的土层，尚 须在四周设置止水帷幕，否则难以在加固区内地基 中形成负压区。 • 堆载预压荷载应分级逐渐施加，确保每级荷载下地 基的稳定性，而对真空预压工程，可一次连续抽真 空至最大压力。 • 真空膜宜铺设3层，膜周边可采用挖沟埋膜、平铺 并用黏土覆盖压边、围埝沟内及膜上覆水等方法进 行密封。
4.布置抽真空主滤管
5.铺设无纺土工布
抽真空管道铺设完毕后，应拣除砂垫层表面的尖棱小石子、尖锐贝壳及 其它杂物；埋设完真空表测头及其它观测仪器后，在砂垫层上铺设无纺土工 布一层，以保护密封膜。土工布要求采用克重不小于250g/m2的无纺土工布； 加固区边缘预留一定宽度的土工布，使其能在周边密封沟处起到保护密封膜 作用；
π
2
Q
8C h F ( n ) d e2
Q =
H1 H1 + H
2
= 1 − α ⋅ e − β ⋅t
2) 一级或多级等速加载下，当固结时间为t时， 对应总荷载的地基平均固结度为：
qi α Ut = ∑ [(Ti − Ti −1 ) − e − βt (e βTi − e βTi −1 )] β i =1 ∑ ∆p
6）现场检测设计（p90） 一般包括地面沉降、地表水平位移观测和 地基土中孔隙水压力观测。 一般情况下，沉降速率应控制在 10~20mm/d。 水平位移应控制在4mm/d。
五、真空预压法
• 竖井的断面尺寸、间距、深度；预压区面积；真空 预压工艺；要求达到的真空度和固结度；预压后地 基强度的增长计算等。 • 砂井的设计基本同堆载预压法，渗透系数应大于 1x10-2cm/s ； • 膜下的真空度应保持在650mmHg以上。 • 竖井范围内土层的平均固结度应大于90%。 • 地基沉降计算同堆载预压法，但经验系数ξ取0.8-0.9， 采用真空—堆载联合预压法时ξ取0.9 。
π
塑料排水带施工所用套管应采用菱形断面或出口 扁矩形断面，不应全长都采用圆形断面，以防止塑料 排水带扭曲。
2）竖井的有效排水直径与间距的关系（p88图）： 等边三角形排列： de =1.05L 正方形排列 ： de =1.13L 竖井的间距可按井径比选用：n= de / dw (dw竖井的 直径)，普通砂井n=6-8；袋装砂井和塑 料排水带n=15-22。 3）预压荷载的大小：应根据设计要求确定，对 沉降有严格要求时，采用超载预压法。 预压荷载的范围：应等于或大于基础外缘的范围。 预压荷载的速率(p88验算)：根据地基土强度确定，每 级荷载下应满足地基的稳定要求方 可加下级荷载。
三、设计理论（p77）
加固周期尽量短，固结沉降要快、充分增加强度 1) 瞬时加荷条件下固结度计算 不同条件下平均固结度计算公式见下表1:
序号 1 (U 2
z
条
件
平均固结度计算公式
= 1− 8
− 2
α
β
备
注
竖向排水固结 >30%)
U
z
π 2Cv t
4H 2
8
π
e
π
π 2Cv
2
4H
2
Tezaghi 解
真空堆载联合预压法： 工程实践表明，真空预压和堆载效果可以 叠加，条件是两种预压必须同时进行。 对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。
适用范围： 适用范围
淤泥质土、淤泥、泥炭土和充填土等饱和 黏性土地基。 对超固结土，只有当土层的有效上覆压力 与预压荷载所产生的应力水平明显大于土的先 期固结压力时，土层才发生明显的固结。 对泥炭土、有机质土和其它次固结变形占 很大比例的土效果ϕ ' K= 1 + sin ϕ '
∆σ1 －土体有效内摩擦角的函数
四、堆载预压法设计计算
1、设计包括的内容： 、设计包括的内容：
1）选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、 间距和深度； 2）确定预压范围、预压荷载大小、加荷速率和 预压时间。 3）计算地基土的固结度、强度增长和变形等。
7.出膜连接及抽真空系统安装
抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和 阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；
7.出膜连接及抽真空系统安装
抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和 阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；
塑料排水带构造
插板机
2、堆载预压法的设计: 、堆载预压法的设计
1）排水竖井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。 竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井 普通砂井直径为300-500mm; 袋装砂井直径为 70--120mm，宜用风干砂，含泥 量应小于3%。 塑料排水带的当量直径：
Dp = 2(b + δ )
射流真空泵
工程实例（武钢工业港软基处理工程） ： 武钢工业港软基处理工程）
工艺流程：
1.清淤整平场地
抽水清淤，然后填筑整平； 原地面应清除杂草、树根等杂物，对于场地中的粗大石块等影响插 板作业的障碍应予以清除；该工序是第一道，但可以分块与其他工序交 叉作业。作业前要测绘大比例尺地形图，以利工程计量的准确。造地平 台要达到设计高程，才能保证效果。
第五章
排水固结
一、概述
排水固结加固地基是通过对地基施加预压荷载， 排水固结 使软黏土地基土体中的孔隙水排出，土体产生排水固 结，土体孔隙体积减小、抗剪强度提高，达到减小地 基工后沉降和提高地基承载力的目的。 太沙基一维固结理论： 太沙基一维固结理论 固结度(>30%时）： U = 1 − 8 exp(− π T )
二、加固机理(p76)
1、堆载预压加固机理 、
在饱和软土上施加荷载（堆载）后，孔隙水被 堆载） 堆载 缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形。 同时随着超孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提 高，地基土的强度逐渐增加。