排水固结法处理软弱地基

Ti-1 ,Ti—分别为第i级荷载加载的起始和终基土的总沉降一般包括瞬时沉降、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。



二、超载预压 对沉降有严格限制的建筑，应采用 超载预压法处理地基。经超载预压后， 如受压土层各点的有效竖向应力大于建 筑物荷载引起的相应点的附加总应力时， 则今后在建筑物荷载作用下地基土将不 会再发生主固结变形，而且将减小次固 结变形，并推迟次固结变形的发生。
塑料排水板固结设计计算


1925年，丹尼尔. 莫兰将垂直砂井用于 费城－－奥克兰海湾大桥公路软土地基的加 固，1926年获得专利。 砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按 经验设计。1940～1942年，巴隆（Barron） 根据太沙基的固结理论，提出砂井法的设计 计算方法。我国从20世纪50年代起，开始应 用砂井法。（现在常用塑料排水板代替砂 井）。
常用的SPB100型，塑 料排水板宽度b=100 mm；厚度δ =4mm
（2）有效排水直径de：


排水竖井的平面布置可采用等边三角 形或正方形排列。竖井的有效排水直径 de与问距l 的关系为： 等边三角形排列de ＝1.05l 正方形排列 de＝1.13l
（3）塑料排水板井径比:

对塑料排水板可取dw＝ dp 即： 塑料排水板的井径比
确定第一级预压荷载p1预压后地基抗剪强度为：
验算第一级预压荷载边坡稳定：
验算第一级预压荷载边坡稳定：
第一级滑动安全系数＞施工期1.1的要求
4.第二级荷载预压效果分析：
确定第二级预压荷载p2预压后地基抗剪强度为：
验算第二级预压荷载边坡稳定：
验算第二级预压荷载边坡稳定：
第二级滑动安全系数＞规范1.4的要求




塑料排水板主要适用于没有较大集中荷载的 大面积荷重或堆土荷重工程，例如水库土坝、 油罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水 工建筑物等工程。 一、排水板设计 砂井设计包括当量直径、间距、深度、排列 方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。 （1）塑料排水板当量直径和间距 塑料排水板的当量直径 dp 计算:
排水固结法处理软弱地基
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概
述
排水固结法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。

1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容 许施加的荷载p1，一般可以软基的承载力： 2 计算第一级荷载下地基强度增长值。在p1荷载 作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高 以后的地基强度为cu1：
cu1 (cu cu )


3 计算p1 作用下达到所确定固结度所需要的时间。 目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级 荷载开始施加的时间。
5.填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：
确定第三级预压荷载p3预压后地基抗剪强度为：
验算第三级预压荷载边坡稳定：
验算第三级预压荷载边坡稳定：
第三级滑动安全系数＞规范1.4的要求
6.地基沉降计算：
6.地基沉降计算：
×(1-0.972)=0.086
填土速率控制及沉降量图：
7.运行期整体稳定验算：

（二）计算依据： 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）； 《广东省地基处理技术规范》（DBJ15-38-2005）； 《水运工程塑料排水板应用技术规程》（JTS206-12009）； 《作业区北路道路工程岩土工程勘察报告》； 《排水固结加固软基技术指南》。
（三）计算步骤： 1.确定塑料排水板的当量换算直径及间距： 塑料排水板采用SPB100-B型，塑料排水板宽度b=100 mm； 厚度δ =4mm。 塑料排水板的当量直径 dp 计算:

塑料排水板等边三角形排列，设计间距 l=1100mm，则 有效排水直径de=1.05l=1155mm。 塑料排水板井径比:

《勘察报告》相应的技术指标如下：
0.047
2.估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：
e-p曲线是荷载P与孔隙比e关系的曲线
3.确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加 荷载 p1 ,由土层天然抗剪强度或承载力特征值确定：
运行期整体稳定验算：
安全系数＞规范1.4的要求
塑料排水板施工工艺流程 图
塑料排水板施工现场
塑料排水板施工现场
8.施工过程中的观测与检测：
堆载预压排水固结施工要加强检测，超过控制值应及时停止加载，修正 填土速率。
水平位移桩
浅层沉降板
水平位移桩
测斜板
测斜板
孔隙水压力计
深层沉降板
固结沉降的计算：
e0i —压前孔隙比 e1i —压后孔隙比 e0i、e1i根据勘察报告e-p曲线内插计算 hi —第i层土层厚度 ξ —经验系数，对正常固结饱和粘性土地 基可取 ξ=1.1～1.4。

四、计算实例 （一）简况：虎门港作业区北路，软基层厚约18米，路 堤填方高度约4米（不含沉降）。

排水固结法的设计，主要是根据上 部结构荷载的大小、地基土的性质以及 工期要求、确定竖向排水体的直径、间 距、深度和排列方式；确定预压荷载的 大小和预压时间，使通过预压，地基能 满足建筑物对变形和稳定性的要求。
塑料排水板插板机
堆载预压法设计计算

一、堆载预压的计算步骤 因软黏土地基抗剪强度较低，无论直接 建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能 快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷 载下地基强度增加到足以加下一级荷载时才 可加下一级荷载。具体计算步骤是，首先用 简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后 校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降， 其步骤如下：

排水固结法可解决以下两个问题：
（1）沉降问题。使地基的沉降在加 载预压期间大部分或基本完成，使建筑 物在使用期间不致产生不利的沉降和沉 降差。 （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。 排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥 和冲填土等饱和黏性土地基。





4 根据第二步所得到的地基强度cu1计 算第二级所能施加的荷载p2。 p2可近似 地按下式估算：
5.52cu1 p2 K


同样，求出在 p2 作用下地基固结度达70 ％时的强度以及所需要的时间，然后计 算第三级所能施加的荷载，依次可计算 出以后的各级荷载和停歇时间。

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。如稳定 性不满足要求，则调整加荷计划。 6 计算预压荷载下地基的最终沉降量 和预压期间的沉降量。这一项计算的目 的在于确定预压荷载卸除的时间。
可按n＝15～22选用
（4）排水板布置范围 排水板的布置范围一般可由基础的轮廓线 向外增大约2～4m。 （5）砂料 宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3％。 （6）砂垫层 排水板顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有 良好的通道，将水排到工程场地以外。
二、固结计算

平均固结度采用下式计算：
其中： Ut — t时间地基的平均固结度 qi—第i级荷载的加载速率（kpa/d） Σ Δp—各级荷载的累加值（kPa） 零点起算）（d） α ,β —参数



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。 （1）排水系统水平排水垫层和竖向排水体 构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋装 砂井或塑料排水板。 （2）加压系统即是起固结作用的荷载，它 使地基土的固结压力增加而产生固结。 工程上广泛使用且行之有效的增加固结压 力的方法是堆载法，此外，还有真空法、 降低地下水位法、电渗法和联合法。