第8章__排水固结法
排水固结法施工(地大版)
砂井或塑料排水板施工
定位放线
根据方案确定砂井或塑料排水板的间距和位 置，进行定位放线。
砂井或塑料排水板安装
将砂井或塑料排水板插入孔中，确保其位置 准确、垂直度符合要求。
钻孔
使用钻机按定位放线的位置钻孔，孔径和深 度应符合设计要求。
填充滤料
在砂井或塑料排水板周围填充滤料，以保持 排水通道的畅通。
砂井材料应进行质量检验，确保符合 相关标准和设计要求。
砂井材料的粒径和级配应符合设计要 求，以保证排水通道的畅通和排水效 果。
塑料排水板材料
塑料排水板是排水固结法中常用的材料，其材质、规格和质量应符合设计要求。
塑料排水板的抗拉强度、耐久性和耐腐蚀性等性能指标应符合相关标准和设计要求。
在使用过程中，应定期检查塑料排水板的完好性和功能性，及时更换损坏或失效的 排水板。
排水固结法的历史与发展
历史
排水固结法的起源可以追溯到20世纪初，但直到20世纪中叶 ，随着土力学和工程地质学的发展，该方法才逐渐得到广泛 应用。
发展
近年来，随着新型排水材料的研发和施工技术的改进，排水 固结法的应用范围和效果得到了进一步拓展和提升。同时， 数值模拟和信息化施工技术的应用也为排水固结法的发展提 供了有力支持。
其他辅助材料
其他辅助材料包括滤布、砂垫层、 粘土等，其质量和性能应符合设
计要求。
辅助材料应存放在干燥、通风的 地方，避免潮湿、霉变和污染。
在使用前应对辅助材料进行检查， 确保无破损、变质或污染等情况。
施工设备与工具
施工设备包括打桩机、振动沉 桩机、挖掘机、压实机等，应 根据工程需要进行选择和配置。
施工工具包括铁锹、铁锤、测 量仪器等，应具备足够的强度 和精度，以确保施工质量和安 全。
排水固结法
2 堆载预压法设计计算
逐级加载条件下固结度计算 改进太沙基法假定：
2 堆载预压法设计计算
2.1 堆载预压的计算步骤
1. 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。 一般可按斯开普顿极限荷载的半经验公式作初步估算：
p1
1 K
5 cu (1
0.2
B)(1 0.2 A
D) D
B
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
排水路径
l
de
l
de
正方形排列时： de
4 l 1.13l
4. 砂井的布置范围:
不小于建筑物基础外缘的范围。
5. 砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的 渗流水。砂垫层的厚度不小于0.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂 料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。预压区边缘应设 排水沟，预压区内应设与砂垫层相连的排水盲沟，间距不宜大于20m
2 堆载预压法设计计算
预压期间沉降量的计算：
sT Ut s f
其中 Ut 为地基平均固结度在竖向排水情况下，采用太
沙基固结理论计算；对于布置竖向排水体的地基，采用 沙井固结理论。
2 堆载预压法设计计算
逐级加载条件下固结度计算 改进太沙基法假定： （1）每一级荷载所引起的固结过程是独立 的，与上一级荷载引起的固结度无关；
实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压 时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：
st sd Ut sc ss
上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载pf作用下 预期的总沉降量在给定的时间内完成； (2)确定在给定超载下达到预 定沉降量所需要的时间。
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
abc
最新008第8章-排水固结《地基处理新技术》
竹筋砂包堤
深 最高潮位2.38m 圳 河
最低潮位-1.55m
密封沟
排水板
抽真空装置
系 压法时 排水体 管、真空泵排水系统
统
土工聚合物排水带(垫)、排水主滤管、 尚 处 试 验
真空泵排水系统等
阶段
8.2.2 堆பைடு நூலகம்预压法原理
堆载预压法是在建筑物建造以前，对建筑场地进行加 载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的 方法。
在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出， 孔隙体积随之逐渐减少，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，地基土强度逐渐 增长。
在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力 (简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。
8.2.3 真空预压法原理
在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设 垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄 膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空 装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。
人
回填粘土 薄膜
滤管
工
填
土
回填砂
淤泥
原泥面
图 图66bb:竹 竹筋 筋砂 砂包 包围堤 堤示 示意 意图 图
河口潮间带岸坡造陆示意图
8.3 设计计算
排水固结法的设计，实质上就是进行排 水系统和加压系统的设计，使地基在受压过 程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加 荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的 固结沉降，缩短预压的时间。
8排水固结
8.2. 加固机理
3、总应力σ、有效应力σ ＇、孔隙水压力ｕ三者间关系 什么是有效应力
当荷载作用于饱和土体时，这些荷载是由土颗粒和孔隙
水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间应力称有
效应力；通过孔隙水传递的应力称为孔隙水压力。
σ＇＝σ－ｕ
此时的固结度U表示为： σ＇
U＝ σ＇＋ｕ
ｕ↘0 u=1 完全固结
Vertical Wick Drains
芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优
袋装砂井
插板机
3. 排水固结的适用范围 适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土
地基。 4. 排水固结的应用条件
必须有预压荷载
铺设滤水管
竖向与水平排水管的连接方式
• 1.理论上, 真空预压法可产生的最大荷载为：
• (A)50kPa (B)75kPa (C)80kPa (D)100kPa (E)120kPa 【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即
100kPa的预压荷载。
2.工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为： (A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa
先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。
• （2）当硬壳层承载力不足时，可采用顺序推进铺筑 法。
• （3）若地基表面非常软，先要改善地基表面的持力 条件，可先在地基表面铺设筋网层，再铺砂垫层。
• (1).砂井施工
• 要求：连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径 间距满足。
• 砂井的灌砂量：实际灌砂量需达95%。 • 位置允许偏差：直径；垂直度：1.5%。
排水固结法
排水固结法排水固结法即指给地基预先施加荷载,为加速地基中水分的排出速率,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
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基本完成或大部分完成，使建筑物在使用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。
实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。
通过计算确定回填的堆载计划、地基处理分区和施工要求，既经济合理，又满足了施工工期的要求。
排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。
采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。
使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，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部分共同组合而成的。
设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水途径，它由竖向的排水井和水平向的排水垫层构成。
由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板作为竖向排水通道在工程上的应用日益增加，塑料排水板可在工厂制作，运输方便，尤其适合象三门这样的缺乏砂源的地区使用，可同时节省投资。
加压系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差，不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，这不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。
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。
排水固结试验-概述说明以及解释
排水固结试验-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述排水固结试验是土壤力学实验中常用的一种试验方法，通过对土壤在不同排水条件下的固结行为进行研究，可以揭示土壤的力学特性和变形规律。
排水固结试验是土力学领域的重要实验手段，有助于工程师了解土壤在受力作用下的变形及稳定性情况，为工程设计和施工提供可靠的参考依据。
在排水固结试验中，通过施加一定的轴向荷载和不同的排水条件，观测土体的固结变形规律和孔隙水压力的变化，从而得出土壤的压缩特性和固结性质。
排水固结试验可以分析土壤在不同排水条件下的固结性能，为土体的工程应用提供准确的力学参数。
本文将对排水固结试验的定义、方法以及意义进行详细的讨论，并通过实验结果分析和结论总结，对未来研究方向进行展望，以期为土壤力学研究和工程实践提供有益的参考。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将介绍排水固结试验的概述、本文的文章结构以及研究目的。
接着在正文部分，将详细阐述排水固结试验的定义、方法以及意义。
最后在结论部分，将对实验结果进行分析，总结结论，并展望未来研究方向。
通过这样的结构安排，读者可以清晰地了解本文的研究内容和结论。
1.3 目的:排水固结试验是为了研究土壤在排水条件下的固结性质，通过对土壤中含水量的控制和监测，可以了解土壤在排水过程中的变形和强度特性。
本次试验的主要目的包括：1. 研究土壤的排水固结性能，了解土壤在排水过程中的固结变形规律；2. 探讨土壤在排水条件下的强度特性，为土木工程中相关设计提供参考依据；3. 分析排水过程中土壤的孔隙水压力变化，研究土壤的渗透特性和渗透系数；4. 确定土壤在排水过程中的固结指标，为土方工程和地基处理提供科学依据。
通过本次试验的开展，可以全面了解土壤在排水条件下的固结特性，为相关工程领域提供重要参考信息，促进土壤力学理论的研究与实践应用。
2.正文2.1 排水固结试验的定义排水固结试验是一种用来研究土壤在排水过程中固结行为的实验方法。
地基处理第八章排水固结法
17
• (2) 当排水竖井采用挤土方式施工时，应 考虑涂抹对土体固结的影响。当竖井的 纵向通水量 qw与天然土层水平向渗透系 数 kh的比值较小，且长度又较长时，尚 应考虑井阻影响。 • (3) 对排水竖井未穿透受压土层之地基， 应分别计算竖井范围土层的平均固结度 和竖井底面以下受压土层的平均固结度， 通过预压使该两部分固结度和所完成的 变形量满足设计要求。
8
• 8.3 排水固结法设计计算
• 一、设计前应取得的资料 • （1）进行场地勘察，查明土层在水平和 竖直方向的分布和变化、透水层的位置及 水源补给条件、地下水深度等。 • （2）进行室内土工实验，确定土的固结 系数、孔隙比和固结压力关系、三轴试验 抗剪强度等。 • （3）进行原位十字板剪切试验，确定各 土层十字板抗剪强度。
• 第八章 排水固结法
• 8.1 概述 • 排水固结法是在建筑物建造前，对天然地基 或对已设置竖向排水体的地基加载预压，使 土体固结沉降基本完成或完成大部分，从而 提高地基土强度的一种地基加固方法。
1
2
排水系统由竖向排水体和水平排水体构 成,主要作用是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。当软土 层靠近地表且较薄或土的渗透性好且施工周 期较长时,可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层 而不设竖向排水通道,使土中的孔隙水在荷载 作用下向上排至砂垫层而产生固结沉降。若 软土层较厚时,为加快排水固结,应在地基中设 置砂井等竖向排水体,与水平砂垫层一起构成 排水系统。
• （2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值；
29
• 式中：τf1——p1作用下，经过一段时间， 地基中某点的抗剪强度；τf0——地基土 的天然抗剪强度，由十字板剪切试验测 定；∆τfc——该点由于固结而增长的强度， 通常取固结度为70%；η——土体由于剪 切蠕动而引起强度衰减的折减系数，可 取0.75~0.9 ,剪切力大取低值，反之取高 值。
地基处理：排水固结法
Uz 1
8
2
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4H
2
)
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。
地基处理之排水固结技术详解(112页,附图丰富)
水平排水体
Horizontal Drains
水平排水体
Horizontal Drains
系统组成——加压系统
堆载
桥头高填土堆载预压
场地高填土堆载预压加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
FLASH
（二）、排水固结法的设计与计算
在设计以前，应该进行详细的岩土工程勘察和土工试 验，以取得必要的设计资料。对以下各项资料应特别 加以重视：
堆载预压与真空预压法加固原理对比
编号 1 2 3 4 5 6
对比方面 加载方式 地基中的总应力 排水系统中的水压力 地基中的水压力 地基土水流特性 加载速率
堆载预压法 堆重 增加，正压固结 近似静水压力 由超孔压至静水压力 向四周流动－挤水 严加控制
真空预压法 抽真空 不变，负压固结 小于静水压力 由静水压消散至负压 由四周流来－吸水 不需控制
实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压 时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：
st sd Ut sc ss
上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载pf作用下 预期的总沉降量在给定的时间内完成； (2)确定在给定超载下达到预 定沉降量所需要的时间。
稳定问题 (stabilization problems)
地基间歇式加荷的应力路径
竖向排水提高边坡稳定性
系统组成——排水系统
系统组成——排水系统
材料
Wick Drains sand
gravel
系统组成——排水系统 Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
排水固结法工作原理8
排水固结法工作原理动力排水固结法是强夯法与传统排水固结法相结台的加固软土地基的一种新技术。
强夯法是法国IHenard1969年首创的方法，7O年代末传入我国。
它是甩几十吨重锤从高处自由落F，反复多次夯击地面，其强大的夯击力在地基中产生高应力和振动，H夯击点发出的}申击波传到土层深处，使浅层和深层得到不同程度的加固。
经强夯后地基承载力可提高2～5倍，压缩性可降低200～500％。
冲击渡分面波和体波．面渡对表层土起扰动怍用：悻谴包括纵波(压嫱波)和横渡(剪切波)，使一定辣鹰的j一罢产生压密和沉降。
对于饱和的粉土司粘性土地基，如动力加载和卸载阶段所形成的最大隙水征力可：能使土体开裂．孔隙水未能迅速排走，I!fJ孔隙水压力很大，土体结构已技找动，父没有条件排水固结，土颗粒间的触变条件恢复叉较慢，这种情况下，不但不能使粘土加固，反而降低了粘性土的抗剪强度，增大的压缩性。
因此，对饱和粘性土用一般强夯法加固难以取得满意效果。
传统排水固结法是地基上预加静截．土壤中设置排水体，加速地基固结和强度增长．使地基沉降提前完成．但预载工作量大．固结时间长。
本方法是既用动力叉用人工排水。
它在软基上设置竖向和水平排水体．使软土中的水可迅速排出；强大的冲击力使地基产生塑性变形，造成地基中的总应力很高，迫捷孔隙水排出；振动波使软土中产生礅裂：l皮而成为孔隙水迅速排出的通道，即使很深厚的淤泥屡．其底板附近都会发现拉伸微裂纹．竖向排水体藏工时所产生的扰动圈及涂抹效应也固徽裂纹的出现而减步。
因此，土中孔隙水的流动不仅仅是层流，在主要加固区往，庄是紊流，甚至通过竖向排水体排到近地表时都会呈泉水喷涌现象。
排水固结速率比静力排水固结法要高几个数量级．大大缩短固结时间。
井且可以通过加载一一固结——再加载——再固结⋯⋯多次作用而达到不同的工程要求。
与一般强夯法相比，额方法又：独特的工艺，特别是规定只使用有效夯能(使土产生压密和固结作用)．不使用。
排水固结法
第二章排水固结法2.1概述软粘土地基：含水量大、透水性差，强度低，高压缩性；沉降变形大，持续时间较长；地基承载力和稳定性均难以满足工程要求，需要采取某种工程措施。
排水固结法是处理软粘土地基最基本有效方法之一。
该方法先在地基中设置砂井等竖向排水体系，对场地先行加载预压、或利用建筑物自重分级逐渐加载，使土体在孔隙水的排出过程中逐渐固结。
排水固结法可以有效地解决两方面问题：(1)沉降变形问题。
地基沉降在加载预压期间大部或基本完成，建筑物使用期不致产生过大的基础沉降变形；(2)稳定性问题。
地基土的抗剪强度加速增长，从而有效地提高地基士的承载力和稳定性。
排水固结法：(1)排水系统：竖向排水体—普通砂井袋装砂井塑料排水板水平排水体—砂垫层(2)加压系统：堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法2.2基本原理2.2.1 地基排水固结的基本原理饱和软粘土地基在荷载作用下，随着孔隙中的水被慢慢挤出：(1)孔隙体积逐渐减小，地基发生固结变形；(2)超孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐增高，地基土的强度逐步增长。
图2-1表明，当地基土的天然周结压力为σ0′时，其孔隙比为e0，在e～σ′坐标上其相应点为 a 点。
当压力增加△σ′，固结终止时变为 c 点，孔隙比减小△e，曲线abc称为压缩曲线。
与此同时，抗剪强度与固结压力成正比由 a 点提高到 c 点。
由此可见，地基士受压固结时。
一方面孔隙比减小而产生压缩，另一方面抗剪强度得以提高。
如从c点卸除压力△σ′，则土体发生膨胀．图中 cef即为卸荷膨胀曲线；若从 f 点再加压△σ′，土体发生再压缩，沿虚线变化到 c′。
从其再压缩曲线fgc′可知，固结压力同样从σ0′增加△σ′，而孔隙比减小值为△e′，显然△e′≤△ e 。
图2-1 地基土的压密原理显然，如果在地基土层上先施加一个和上部结构荷载相同的压力进行预压，使土层固结（相当于压缩曲线 abc ），然后卸除荷载（相当于膨胀曲线 cef ）再建造建筑物（相当于再压缩曲线 fgc ' ），此时建筑物所引起的沉降即可大为减小。
排水固结法ppt课件
⑵ 地下水位降低，相应增加附加应力 抽气后 土体中水位降落，在此水位降落范围内的土体便 从浮重度变为湿重度，此时土骨架增加了大约与 水位降落距离相当的固结压力。 ⑶ 封闭气泡排出，土的渗透性加大 如饱和土 体中含有少量封闭气泡，在正压作用下，该气泡 堵塞孔隙，使土的渗透降低，固结过程减慢，但 在真空吸力下，封闭气泡被吸出，从而使土体的 渗透性提高，固结过程加速。 真空预压即在总应力不变的情况下，通过减小 孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压是 在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。
16ppt课件523真空预压的加固机理真空预压法vacuumpreloading不需要进行堆载和卸荷是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层然后埋设垂直排水管道再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝薄膜四周埋入土中通过砂垫层内埋设的吸水管道用真空装置进行抽气使其形成真空增加地基的有效应力如图54所示
5 排水固结法
用填土等外加荷载对地基进行预压，是通 过增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有 效应力的方法。堆载预压是在地基中形成超 静水压力的条件下排水固结，称为正压固结 。地基土层的排水固结效果与它的排水边界 有关。对沉降有严格限制的建筑物，应采用 超载预压法处理地基，缩短预压的时间。
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如图5.2所示，当土体的天然固结
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5.1.3 排水固结法适用范围
排水固结法适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘 性土地基。
软土层厚度小于4m，用天然地基堆载预压法处理，否则， 采用塑料排水带、砂井等竖井排水预压法处理地基。
真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成） 稳定负压边界条件的软土地基。
降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力， 地基不会产生剪切破坏，适用于很软弱粘土地基。
排水固结施工方法
u t
cv
2u z 2
cH
2u ( r 2
1 r
u ) r
根据卡里罗理论：任意一点的孔隙水压力u有如下关系：
u ur uz u0 u0 u0
用固结度表示为： 1 U rz (1 U r )(1 U z )
竖向排水的平均固结度：
Uz
1
8
2
exp( 2
4
Tv )
径向排水平均固结度：
Fn
ln(n)
3 4
,n
15
Fs
[kh ks
1] ln
s
Fr
2 L2
4
kh qw
kw、kh、ks－砂井砂、地基土和砂井涂抹土层的渗透系数； s－涂抹比，砂井涂抹后的直径ds与砂井直径dw之比； L－竖井深度； qw－竖井纵向通水量。
施工方法
回路。
1
2
1
2
3
3
1.真空压力分布管；2.集水管；3.出膜口
3）密封膜施工 （1）采用抗老化性能好、韧性好、抗穿刺能力强不透气材料，如线 性聚乙烯等专用薄膜。 （2）热合时宜采用两条热合缝的平搭接，搭接长度应大于15mm。 （3）宜铺设3层，覆盖膜周边可采用挖沟折铺、平铺并用粘土覆盖压 边，围埝沟内覆水以及膜上全面覆水等方法进行密封。
三、 预压荷载施工
加载过程中进行竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等项目的监测， 根据监测资料控制加载速率。
对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm，对天然地基，最大 竖向变形量每天不应超过10mm；边桩水平位移每天不应超过5mm。
（1）利用建筑物自重加压 （2）堆载预压法 （3）真空预压法
1）排水通道施工
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8.1 概述 8.2 加固原理 8.3 设计计算 8.4 施工方法 8.5 现场观测及堆载速率控制
08:30
1
8.1 概述
排水固结法（Consolidation）是处理软黏土地基 的有效方法之一。该法是对天然地基，或先在地基中 设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分 级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，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，同时强度逐步提高的方法。
等边三角形 正方形
2、间距l ——可按井径比n选用。
n＝de/dw 塑料排水带或袋装砂井n＝15～22；
普通砂井n＝6～8 20
井阻和涂抹作用
在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的扰动和重 塑作用，在砂井周围形成了一个“涂抹区”，使该区 内土渗透性降低，压缩性增大。
在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产生的阻力 也会影响土层的固结速率。井阻和涂抹作用对固结速 率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地， 在堆载205天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际 平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.81倍。
z —预压荷载引起的地基附加竖向应力；
U
t
c
u
—地基土平均固结度； —由固结不排水剪切试验得到的内摩擦角。
8.3.3 砂井固结度的计算 — 地基平均固结度 U t 计算是砂井地基设计中的一个重要内
容，通过固结度计算可以推出地基强度的增长，确定适应 地基强度增长的加荷计划。固结度与砂井布置、排水边界 条件、固结时间以及地基固结系数有关。
—
—
U rz 1 (1U r )(1U z )
—总固结度
—
将均式固（结度8-1U7—）rz 和为（：8U-18rz）带1入上 式 e后，t 则得 U rz≥30%的砂井平
8
2
8 ch F d22
2cv
4H 2
Tv
cvzt H2
Th
cht
d
2 e
n re de rw dw
—井径比
17
求砂井的井径比n
u t
cvr
u r
1 rΒιβλιοθήκη 2u r 2其中cvz
kz (1 e0 )
wa
cvr
kr (1 e0 )
wa
15
u
2u
t u t
cvz z2
u
cvr
r
1 r
—
2u UZ
r 2
1
8
2
exp( 2Tv
/ 4)
（8-17）
—
（8-18）
（8-19）
（8-20）
16
求总固结度
—
U
rz
，得到
—
21
瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
qw
kw
d
2 w
4
22
2、逐渐加荷条件下地基固结度计算
砂井固结度的计算分为2种理论：一、瞬时加荷条件 下砂井地基固结度的计算；二、逐渐加荷条件下地基 固结度的计算。
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（P104） 三维渗流固结问题
u t
cv
u r
1 r
2u r 2
2u z 2
可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）
u t
cvz
2u z 2
2、总沉降量计算
地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降 和次固结沉降三部分。
瞬时沉降是在荷载作用下由于土的畸变所引起， 并在荷载作用下立即发生的。
固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体积减小 所造成的，占总沉降的主要部分。
次固结沉降则是由于超静水压力消散后，在恒值 有效应力作用下土骨架的徐变所致。对于一般粘性土 ，数值不大，但如果是塑性指数较大时，正常固结的 软粘土，尤其是有机土，次固结沉降就不能忽略。
8.3设计计算
• 1、排水系统：确定竖向排水体断面尺寸、间距、 排列方式和深度；
• 2、加载系统设计：预压荷载大小、荷载分级、加 载速率和预压时间；
• 3、地基变形计算
• 4、地基承载力验算
• 5、检测系统设计：监测内容、监测方法、监测点 布置、监测标准。
8.3.1沉降计算 1、建筑物使用期间的沉降计算 对于预压荷载与建筑物自身荷载分离的工程，建
在忽略次固结沉降的情况下，规范规定预压固结法
地基最终沉降采用经验公式：
s
s
n i 1
e0i e1i 1 e0i
hi
— s经验系数。正常固结饱和粘性土1.1~1.4。
e0i -第i层土中自重应力与附加应力之和对应的
孔隙比，由固结试验e-p曲线查得。
10
3、预压期沉降量计算
预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进
筑物荷载作用下地基的总沉降量可按照《建筑地基基 础设计规范》中给出的天然地基沉降计算方法即分层 总和法计算，但其中的地基土的压缩模量要根据预压 处理后的土的压缩试验获得。
对于预压荷载即建筑物的自重的情况，预压处理 后荷载并不移除，此时，建筑物在使用期的沉降量s 为总沉降量 减s去预压期T内沉降量sT。
砂井 dw
dw
de 1.05l 等边三角形 de
de 1.13l 正方形
18
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、 间距、排列方式和深度；
1、dw：（原则上越密越好） 普通砂井 300～500mm；
袋装砂井 70～120mm。
塑料排水带
2(b ) dw
19
de 1.05l de 1.13l
行计算：
_
sT U s s
—U_s地基平均固结度。
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11
8.3.2 承载力计算
处理后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的 半经验公式作为初步估算，即：
f
1 K
5•
cu
1
0.2
B A
1
0.2
D B
D
K —安全系数；
D—基础埋置身度（m）；
A、B—分别是基础的长边和短边（m）；
—基础标高以上土的重度（KN/m3）；
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2
排水系统
排水加固法
加压系统
竖向
横向
堆载法 降低地下水位法 真空法 电渗法 联合法
适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、填 海（湖）造田。－－含水量、压缩性高，强度、 渗透性低。
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3
8.2 加固机理
图8-1
图8-1
8.2.1堆载预压法原理 8.2.2真空预压法原理 8.2.3降低地下水位法 8.2.4电渗法原理
cu —处理后地基土不排水抗剪强度（kPa）。
对于饱和软粘性土也可采用下式估算：
f 5.14cu D
K
对长条形填土，可根据Fellenius公式估算：
f 5.52cu K
排水预压处理后地基土的不排水抗剪强度Cu可采
用下式估算：
_
cu cu0 Z •Ut tancu
ccuu
—t时刻该点土的抗剪强度； 0—地基土的天然抗剪强度；