地基处理 第四章 排水固结法
排水固结法的原理
排水固结法的原理排水固结法是一种通过排水来加速土壤固结并降低地基沉降的工程处理方法。
它的原理是通过有效排水将地下水位降低，使土壤颗粒间的水分压力减小，从而引起土壤的固结。
在土壤中存在两种主要的水分：排水介质和吸力水。
排水介质是土壤中间隙的水分，它能够排除土壤中的多余水分，并通过排水系统排出。
吸力水则是被土壤颗粒固定的水分，它对土壤的稳定性和固结性质有重要影响。
排水固结法的原理可以分为排水阶段和固结阶段。
在排水阶段，采用合理的排水系统将排水介质从土壤中排出，降低土壤中的含水率和地下水位。
此时，土壤颗粒间的吸力水通过毛细作用逐渐被抽离，土壤颗粒之间的接触力得到增加，土壤团粒变得更加紧密。
排水过程中也会带走一部分颗粒与水经过筛网，这种淘洗作用将土壤中的粉状颗粒带走，使土壤结构的稳定度增加。
随着排水的进行，土壤中吸力水的减少使得土壤的孔隙压缩，颗粒之间的接触力增大，土壤的固结效应逐渐显现。
在水分排出后，土壤中存在若干气体和颗粒间的有机物、胶体物等杂质。
这些物质在排水后容易与土壤颗粒结合并沉积，从而进一步增加土壤的密实度。
在固结阶段，土壤的有效应力逐渐增加，土壤的压实程度也逐渐增大。
土壤的孔隙随着颗粒之间的接触而消失，土壤的导水能力进一步减小，使地下水位进一步下降。
同时，土壤的体积也逐渐减小，从而引起地基的沉降。
排水固结法的原理是基于排水和土壤固结之间的紧密联系。
通过排水可以有效地减小土壤中的水分压力，改变土壤的物理性质，使土壤颗粒间的接触力增大，从而加快土壤的固结过程。
通过控制排水的速度和水位的降低，可以实现对土壤的有效固结和地基沉降的控制。
需要注意的是，排水固结法的应用需要充分考虑地下水对地基的保护作用。
如果地下水起到承压支撑地基的作用，过快地排水可能会导致地基下沉和破坏。
因此，在进行排水固结处理时，需进行合理的排水方案设计和施工监控，以确保地基的安全稳定。
地基处理工程施工—排水固结法(地基与基础工程施工)
知识点4.3.2排水固结法分类一、按照荷载施加方法的不同，可分为一、按照荷载施加方法的不同，可分为::堆载预压、真空预压排水固结法分类堆载预压真空预压在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。
加载预压加水预压是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。
真空--堆载联合预压法真空加压系统砂垫层塑料排水带袋装砂井普通砂井水平排水体竖向排水体降低地下水法真空法堆载法电渗法排水固结法排水系统在堆载预压法和真空预压法，都需要设置竖向排水体。
普通砂井普袋装砂井大样塑料排水板4.3.3施工工艺流程知识点4.3.3知识点1铺设水平排水砂垫层3施加固结压力目录2竖向排水体施工施工工艺流程要保证排水固结法的加固效果，从施工角度考虑，主要应重视以下三个环节虑，主要应重视以下三个环节:: Array➢铺设水平垫层➢设置竖向排水体➢施加固结压力01铺设水平排水砂垫层输入文本一、铺设水平排水砂垫层（一）材料：渗水好的砂料、常用级配良好的中粗砂厚度。
30~50cm厚度。
（二）厚度：一般应选用30~50cm（二）厚度：一般应选用：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆然后用推土（三）垫层施工（三）垫层施工：机或人工摊平02竖向排水体施工输入文本二、竖向排水体施工03施加固结压力输入文本三、施加固结压力（一）堆载加压注意事项：1.堆载预压的材料2.堆载面积3.超软地基的堆载预压4.加荷速率4.3.1排水固结法的概念和知识点4.3.1知识点适用范围1排水固结法概念3应用目录2适用范围排水固结法的概念和适用范围依据土的固结理论，黏性士固结所需时间与排水距离的平方成正比。
01排水固结法概念输入文本一、排水固结法概念排水固结法亦称预压法，是利用地基土排水固结的特性，通过增设各种排水体（排水垫层、砂井、塑料排水带等），并施加预压荷载，以加速饱和软黏土固结过程的一种软土地基处理方法。
排水固结法
流程
1、砂垫层施工
砂垫层的功能就是在预压施工中，从土体进入垫层的渗透水快速排出，达到土层固结的作用。砂垫层质量将 对加固效果与预压时间起到决定性的作用。选用级配相应的中粗砂，作为砂垫层材料，可确保砂垫层具有良好的 渗透性。在施工应用中，应确保其含泥量在5%以下，不能混入杂质与有机质。在确定砂垫层厚度时，应及时排出 土层内的渗透水，一般控制在30厘米到50厘米之间，可以起到持力层的作用。
一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷 载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。
为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。
沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基；含 水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳 极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利 用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
降水预压法和电渗排水法目前应用还比较少。
排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，但对渗透性极Байду номын сангаас的泥炭土要慎重对待。
按照采用的各种排水技术措施的不同，排水固结法可分为以下几种方法。
方法
堆载预压法 真空预压法
降水预压法 电渗排水法
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基 承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法就成为堆载预压法。
地基处理方法之排水固结法
孔隙比 e
孔隙体 积 颗粒体积
n re de rw dw —井径比
查表5-7
24
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
25
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
固结度计算（砂井）
排水板
dw
2(b
)
dw
dw
de
26
27
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
土层越厚，固结时间越长
10
二 排水固结法的原理
11
二 排水固结法的原理
堆载预压
真空预压
12
降水预压
12
地基处理方法－排水固结法
内容提要
一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例
13
三 排水固结法的设计与计算
设计目的： 设计前的准备：
荷载下不同时间的固结度，就可推算地基土强度的增长，从而 可进行各级荷载下地基的稳定性分析，并确定相应的加载计划。 ➢ 由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限 ➢ 竖井地基的固结理论假设荷载是瞬时施加的
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
三维渗流固结问题
cvz
kz (1 e0 )
wa
孔隙比 e
孔隙体 积 颗粒体积
加载 卸载 再加载，e比e小得多
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排水固结法
第四章 排水固结法排水固结法：是利用天然在地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建筑物自重使土体中孔隙水逐渐排出、土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法，或者利用井点降水，利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加，从而使土体逐渐压密的方法。
排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--⎪⎩⎪⎨⎧联合法电渗法降低地下水位法真空法堆载法加压系统砂垫层水平排水体塑料排水带袋装砂井普通砂井竖向排水体排水系统排水固结 排水系统：主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。
该系统是由水平排水层和竖向排水体构成。
可以由在土中打设的砂井、袋装砂井、或塑料排水带等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成；也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土；当软土层较薄，或土的渗透性较好时，而施工工期允许时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。
加压系统：起固结作用的荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。
根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为：堆载预压法；砂井（袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法；真空（砂井、袋装砂井、塑料排水带）预压法；堆载——真空预压法、降水预压法和电渗法。
降水预压法和电渗法费用较高，在我国工程应用极少。
堆载预压法和砂井预压法的区别：堆载预压法是利用天然地基作为排水系统，其固结排水过程是一维排水过程；而砂井预压法则是在地基中设置了竖向排水体，其固结排水过程为三维排水过程。
如果饱和软土较薄（〈5m 〉或固结系数较大（s cm c v /1022->）或土层内为“千层糕”状土时，则不需要很长时间就可获得较好的预压效果；反之，饱和粘土层比较深厚（10m ），而固结系数又较小（s cm c v /1023-<），则排水固结所需的时间很长，堆载预压的地基就受到了限制，则宜在软土中设置竖向排水体。
地基处理：排水固结法
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如果考虑逐级加荷，则时间t 从加荷历时的 一半起算；如为双面排水，H 取土层厚度 的一半。
二、袋装砂井和塑料排水板预压法 用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或 施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保 持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。 近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井 和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井 不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结， 节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。
(一)袋装砂井预压法 目前国内应用的袋装砂井直径一般为70-120mm， 间距为1.0m-2.0m(井径比n约取15-20)。砂袋可采用 聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够 的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂 袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂 应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证 伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。
3）砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或梅花形，在大面 积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为 了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等 面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的 直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：
梅花形布置 正方形布置
de 2 3 l 1.05l
一、砂井堆载预压法 二、袋装砂井和塑料排水板预压法 三、天然地基堆载预压法 四、真空预压法和降水位预压法
一、砂井堆载预压法
软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的 历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中 孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道 (砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水 砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改 善地基渗透性能。
地基处理——排水固结法
地基处理——排水固结法1.概述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，通过加压和排水的共同作用,使饱和软土排水固结,消除大部分沉降,提高土体密实度和强度一种加固方法。
它由排水系统和加压系统组成。
常用的排水系统、加压系统见下图：堆载预压是传统的排水固结加固软土地基的方法,是依靠大量的堆载料的荷载达到排水的作用。
真空预压法广泛采用塑料排水板作为竖向排水通道,以砂垫层、砂沟和排水滤管作为横向排水通道,铺膜,采用真空泵将土体中的水、气混合物抽出,达到软土加固的效果。
真空联合堆载预压法是在真空预压的基础上,在密封膜上加铺堆载料,以增加外荷的方法,加快软土的固结,增加地基的承载力。
真空预压与堆载预压相比,它不需要堆载料,施工简便且快,可降低工程造价三分之一、节约能源三之一、缩短加固时间三分之一。
在港口工程中,从20 世纪80 年代后期开始,主要采用的加压系统是真空预压、真空联合堆载预压，其次是堆载预压。
2.加固机理排水固结法加固软土地基的机理是设排水系统,改善排水边界条件,缩短排水路径,加速排水,在加压系统作用下，孔隙水排出,孔隙水压力降低并转化为有效应力的增加,土体固结,消除大部分沉降而提高密实度和强度,而且卸除预压荷载后,虽会产生些微回弹,但大部分压缩变形为不可逆的塑性变形,土体相对加固前处于超密实状态,从而可有效提高地基的承载能力和减少沉降量。
土体的排水固结是一个复杂的过程。
其固结度和固结速度与固结压力大小、作用时间长短、排水距离、土的渗透系数等因素有关,其中土的工程性质取决于土的颗粒组成和土同水相互作用的性质。
软粘土的工程性质主要与次生矿物中粘土矿物(它粒径一般小于0.005mm,俗称粘粒)有关。
而由粘土矿物不同的晶体构造和排列形式形成的土颗粒与水的相互作用将引起土颗粒周围结合水的复杂变化,并对土的塑性、压缩性、膨胀性、渗透性和强度等产生重要影响。
颗粒很细的粘粒使土的比表面积增大、粒间隙小、渗透性差。
排水固结
2、抽气抽水系统和密封膜设计
设 计 内 容
抽气抽水系统由水平向分布滤管、真空管路和真空泵组成铺设密封膜， 能否形成封闭系统是真空预压法成败关键之一。膜内真空度应稳定维 持在650mmHg以上，且应分布均匀。
3、固结度与时间
土体固结过程中水平位移方向 堆载法 真空法 竖井深度范围内土层的平均固结度应大于90％，达到相同的固结度， 向堆载四周 向加固区中心 间距越小，所需时间越短。
普通砂井 n=6~8
袋装砂井 塑料排水带
n=15~22
4、排水砂垫层设计
砂垫层用于连通各砂井以使水排出工程场地外。 砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层， 以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。
竖向排水体的布置范围 一般要比建筑物大一些， 砂垫层采用中粗砂。 砂垫层厚度一般≥500mm， 向外增大2～4m，以利 含泥量≤3％。 水下施工时为1000mm. 于提高地基稳定性，减 小侧向变形引起的沉降。
t
具体步骤：
1、利用地基的天然抗剪强度计算第一级允许施加的荷载p1
p1 1 B D 5 cu 1 0.2 1 0.2 D K A B
2、计算第一级荷载下地基强度增长值 cu1 cu cu p1 U tancu cu 3、计算p1作用下达到所确定固结度与所需时间 4、根据第二级所得的地基强度计算第二级所施加的荷载p2 5、按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算 6、计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期的沉降量。
第四章 排水固结
定义：排水固结法，亦称预压法，是对天然地基 采取措施，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结变 形，同时强度逐步提高的方法。
采取的措施—— 增设排水条件 施加预压荷载 这也是排水固结法必须满足的两个基本要素
第四章--预压法(排水固结法)--第一二三节-概--述、加固机理、设计与计算备课讲稿
显然，U 随有效应力σ′的增加而增大并趋向于1。
3、固结所需时间 排水系统(竖向、水平排水体)作用:改善地基排水边界条件，增强土 层的排水固结效果。
根据固结理论，固结所需时间和排水距离的平方成正比，土层 越厚，固结延续的时间越长。
为加快土层的固结速度， 最有效的方法是增加土层的 排水途径，缩短排水距离。
第九讲
地基处理
第四章 预压法(排水固结法) 第一节 概 述
1、预压 (排水固结)法的概念 利用排水固结原理，在地基土内设置砂井等竖向排水体、
铺设水平排水垫层， 然后利用建筑物本身重力分级逐渐加载， 或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排 出，逐渐固结，地基发生沉降，同时达到强度逐步提高的地基 处理方法。 2、应用对象
排 水
动力)
固
关键是排水通道便
结
于施工、透水性好
加载法：(堆载预压法；超载预压法； 建筑物自重分级加载法)
真空预压法； 降水预压法； 电渗法； 联合法；
排水系统：为改善原地 基天然排水系统的边界 条件，增加孔隙水排出 路径、缩短排水距离(加 速地基土排水固结进程)
竖向排水体(普通砂井；袋装砂井； 塑料排水板，其它排水方式)
加压与排水这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。
6、各种预压法简介
荷载作用下，地基土层的固结过程实质上就是孔隙水压力不断消 散和有效应力不断增长的过程。
排水和加压系统就是改变地基应力场中的总应力σ和孔隙水压 力u来达到增大有效应力σ′、实现压缩土层的目的。其中
1) 堆载预压法。是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力σ， 使孔隙水压力u消散来增加有效应力σ′；
第四章 排水固结法(全面)
第四章排水固结法第一节概述我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。
这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。
在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。
另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。
所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。
排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。
该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间不致产生过大的沉降和沉降差。
同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。
加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。
设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。
如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。
反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。
因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。
当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。
当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。
地基处理之排水固结法
• 设计要点: • (1)排水竖井得间距可按堆载法选用。(2)
砂井得砂料应选用中粗砂,其渗透系数应 大于 1×10-2cm/s。 • (3)真空预压区边缘应大于建筑物基础轮 廓线,每边增加量不得小于 3 0m。每块预 压面积宜尽可能大且呈方形。 • (4)真空预压得膜下真空度应稳定地保持 在650mmHg以上,且应均匀分布,竖井深 度范围内土层得平均固结度应大于 90%。
继续保持安静
• (一)选择塑料排水带或砂井,确定其断面尺寸、间 距、排列方式和深度;
• (1)排水竖井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水 带。普通砂井直径可取 300~ 500mm,袋装砂井直 径可取 70~120mm。塑料排水带得当量换算直径 可按下式计算:
dp
2(b )
• 式中 dp———塑料排水带当量换算直径 (mm);b———塑料排水带宽度 (mm);δ———塑 料排水带厚度 (mm)。
30
• 式中:τf1——p1作用下,经过一段时间,地基 中某点得抗剪强度;τf0——地基土得天然 抗剪强度,由十字板剪切试验测定;∆τfc— —该点由于固结而增长得强度,通常取固 结度为70%;η——土体由于剪切蠕动而 引起强度衰减得折减系数,可取0、75~0、 9 ,剪切力大取低值,反之取高值。
3
• 加压系统就是指对地基施加得荷载。 • 排水系统与加压系统总就是联合使用得。 • 目前,实际工程中应用较多得排水固结
法有砂井(塑料排水板)加载预压和砂井(塑 料排水板)真空预压。 • 排水固结一般适用于饱和软粘土、吹 填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土 及泥炭土地基。应用范围包括路堤、仓库、 罐体、飞机跑道及轻型建筑物等。
12
• (2) 排水竖井得平面布置可采用等边三角形或
地基处理及加固 排水固结法
一、砂井堆载预压法
砂井堆载预压法是在软弱地基中设置砂 井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂 垫层作为水平排水通道，形成排水系统，借 此增加排水通道，缩短排水距离，以改善地 基土的渗透性能，然后在砂垫层上部堆载， 以增加地基土中附加应力，使土体中孔隙水 较快地通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达 到加速土体排水固结、提高软弱地基承载力 之目的。
一、砂井堆载预压法
砂井堆载预压法适用于厚度较大和渗透系数很低的饱和软黏土，但 对于泥炭土、有机质黏土和高塑性土等土层，采用该方法效果不明显。
砂井形式分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水板。
一、砂井堆载预压法
1.普通砂井 1）砂井的布置范围 砂井的布置范围应比基础底面面积大，一般由基础的轮廓线向外增 加2～4m。 2）砂井的平面布置、直径及间距 砂井的平面布置可采用正方形或等边三角形，后者排列较紧凑，应 用较多。
二、天然地基堆载预压法
天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或 略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上，也可以 利用施工过程中建筑物本身的重量缓慢预压，使地基软土得到压缩 固结，以提高其强度和减少工后沉降量，待地基承载力、变形达到 设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建结构物 的方法。
留段应及时弯折埋设于砂垫层中，与砂垫层贯通，并采取保护措施。 3）塑料排水板不得搭接。 4）施工中防止泥土等杂物进入套管内，一旦发现应及时清除。 5）打设形成的孔洞应用砂回填，不得用土块堵塞。
一、砂井堆载预压法
4.预压荷载的大小及堆载方案 为了加快地基土的压缩过程，可采用比建筑物设计荷载稍大的荷载 进行预压，即超载预压。预压荷载一般为设计荷载的1.1～1.2倍。预压 荷载的分布应与建筑物设计荷载的分布大致相同。 在施加预压荷载的过程中，若需施加较大荷载，则必须分级加载， 使其与地基强度的增长速度相适应，待前一级荷载作用下的地基强度增 加到一定程度后，才可施加下一级荷载。
第四章 预压法(排水固结法) 第四五节 施工工艺与方法、施工过程监测和质检
钻进过程中要注意不应出现缩颈、塌孔等现象，避免灌砂效
果差与砂井的质量问题发生。 普通砂井施工还有一些其他方法工艺，表4-4-1是各种普 通砂井施工工艺 。
表4-4-1 普通砂井成孔与灌砂方法
普通砂井的井径较大、排水 性良好、井阻和涂抹作用的影
响也小，但容易造成砂井的不
连续、缩颈和错位现象(图44-4 )。另外，该法施工速度
水平排水体
堆载
加压系统 排水 砂垫层 竖向排水体
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
图4-4-1
堆载预压排水固结示意图
一 竖向排水体施工
1 普通砂井施工工艺
常见的竖向排水体包括普通砂井、袋装砂井和塑料排
水带（板）。其中:
普通砂井的直径一 般为300～500mm； 袋装砂井的直径一般为70～120mm； 塑料排水带(板)的宽度大多100mm左右，厚度3～ 7mm。
表4-4-4 地基土条件与砂垫层施工方法
地基土条件
施工方法
软土地基具有 (1)机械分堆摊铺法(硬壳层承载力较好) 硬壳层 (2)顺序推进摊铺法(硬壳层承载力较差) 软土地基表面 地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料编织 较软 网、土工织物等，然后采用轻型机械铺砂(图 4-4-8) 超软地基 (1)地基表面首先铺设加强筋，如荆笆、塑料 编织网、土工织物等，然后人力顺序推进铺设， 或皮带运输机传送回垫;(2)水力泵输砂铺垫法 (水力冲填)(图4-4-9)
П槽塑料 带
硬透水膜塑料 带
梯形槽塑料 带
无纺布螺旋孔排水 带
△槽塑料带
无纺布柔性排水 带
SCVD1塑性带
滤膜
SCVD2塑性带
板芯
(图4-4-6)
板芯
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加压系统
竖向排水 排水系统
s d
排水预压 加压系统
水平排水 堆载法 真空法
排水系统
预压排水法系统组成 （a）排水系统（b）加压系统分类
解决软基的沉降：沉降在加载预压期间完成 稳定性：地基强度增长
• 考虑砂井/塑料排水板的二维固结问题
等面积元原理，竖向排水井影响圆直径de与 排水井间距s关系如下 等边三角形布置 矩形布置
塑料排水板（PVDs）采用当量直径的概念， 径井比一般为n=1530。
PVDs当量直径根据等排水面积原理计 算，并乘以一折减系数=0.751.0。即：
dw 2(b )
最新研究表明，塑料排水板折角等对当 量直径有折减。更简单、更适用的一种换算 方法（Rixner et al，1986） 式中 b，—分别为PVDs的宽度和厚度。
第四章 排水固结法
讲授：邓永锋博士
预压排水法：是对天然地基，或先在地基中设置 竖向排水井（Prefabricated Vertical Drains－ PVDs），然后在预压荷载（Preloading）作用下， 加速饱和软粘土地基固结 适用于饱和的、渗透性低的、软土埋藏较深的软 弱粘性土地基加固 工作机理，加速渗透固结，缩短沉降周期，降低 工后沉降，提高地基承载力 应用范围：广泛用于路基填筑工程，工业和民用 建筑以及机场跑道工程
或
U 1 (1 U r )(1 U z )
卡里罗定律
例题 饱和软粘土层厚度2H=15m，其下卧砂层。 砂井穿透该土层，进入下卧砂土层。 砂井直径dw=30cm， 平面布置为等边三角形，间距s=2.5m。 地基土的垂直向固结系数 Cz 1.5 103 cm2 / s
水平向固结系数。 Cr 2.94 103 cm2 / s 匀荷载下，预压3个月后的固结度。
u z 2u CV 2 t z
2 u r u 1 u Cr ( 2 ) t r r r
竖向固结的求解，可以采用Terzaghi解答，其固结 度的计算公式为
exp( Ai2 Cv t /(2 L) 2 ) U z 1 8 2 A i 0 i
其中
Ai (2i 1)
通过预压，减少由结构荷载产生地基沉降或工后沉 降是十分显著 地基中设置排水系统，固结过程加快，地基强度增 加和变形稳定周期显著缩短 若在预压荷载作用下，地基中土体固结应力增加至 pb= pa+p， 当pb＞pd时，称为超载（surcharge）预压 当pb≤ pd时，则称为一般预压(等载预压） 超载预压时，对应结构荷载，地基土体应力水平处 于超固结状态 超载预压加固效果相对更佳，尤其对于次固结变形 （有机质含量较高的淤泥质土）相对较大的地基， 可以有效降低蠕变特性对地基沉降的不利影响。
太沙基固结
• 例题 • 设厚度为10m的粘土层边界为上下排水，均 匀荷载192.6kPa，初始孔隙比0.9，渗透系 数k=2.0cm/年=6.3×10-8cm/s，压缩系数 a=0.025×10-2/kPa，试求：1）加荷1年后 地基沉降量，2）加荷后历时多久，粘土层 固结度达到90％？
• • • • •
S=a/(1+e)szH=26.3cm Cv=k(1+e)/a/gw=4.88×10-3cm2/s Tv=0.616 Ut=0.817 St=21.5cm
• Ut=90% • Tv=0.848 • t=1.38年
• 常规一维太沙基固结时间长，工程中往往工 期很紧？这时候怎么办？ • 工程中如何解决工后沉降问题？
排水预压法加固原理
预压排水法原理与计算
一、预压排水法原理 预压排水法加固地基原理可以采用elogp 压缩曲线和pf强度曲线说明。 初始地基自重应力状态对应pa和土体初始 孔隙比ea 预压固结应力pb= pa+p，对应固结完成 时应孔隙比降低到eb 实际结构荷载作用下，土体中相应固结 应力为pd。
Barron(1948)根据等应变条件，其水平向固 结度的计算公式为
8Tr U r 1 exp( ) Fn
其中
Cr t Tr 2 de
n 3n 2 1 Fn 2 ln n n 1 4n 2
Carrillo（1942）根据前述分离变量原理，解得：
1 U (1 U r )(1 U z )
求在均
解 1. 竖向固结度Uz计算 因为是双面排水，垂直向最大渗径H=750cm
C z t 1.5 103 TV 2 3 30 86400 0.024 2 H 750
de 2 3
s 1.05s
de
s 1.13s
d
d
h=0.87s
de
de
s s
竖向排水井平面布置和影响范围 （a）梅花形布置（b）矩形布置
普通砂井直径一般为，d w 300mm ~ 500mm 设计参数径井比 n
de dw
一般采用n=68； ，径
袋装砂井直径一般为 d w 70mm ~ 100mm 井比一般为n=1530。
b dw 2
二、砂井固结理论
砂井（或塑料排水板）地基的固结度计算属于 三维问题。 在轴对称条件下，单元井固结课题，Rendulic －Terzaghi固结理论
u 2u 2 u 1 u CV 2 C r ( 2 ) t r r z r
采用分离变量原理，则上式可分解成
历史
Before 1920’s, the use of preloading was unsystematic; 1930’s,sand and wick vertical drains were made ; In the early 1940’s, preloading began to be used for highway engineering in USA; 1945~1965,PRELOADING WAS USED WIDRLY IN USA; Since 1965, increased even more and encompassed large development site;