真空预压排水固结法设计及计算(详细)教学内容
真空预压排水固结法
堆载联合真空预压排水固结法加固沿海软弱地地基王必卫范伟霍广勇[摘要］堆载预压法和真空预压法同属排水固结法,二者各有优缺点。
本文结合工程实例,详细论述了堆载预压和真空预压联合加固软基的原理和施工要点。
［关键词］堆载预压：联合；真空预压;加固；软基。
一、概述沿海地区广泛分布着含水量高、透水性差、压缩性大、强度低的海相沉积软弱粘士层，其地基承载力和稳定性很差,在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，影响建筑物的正常使用，因此，这种地基通常需要加固处理。
排水固结法中的真空预压法和堆载预压法就是处理软弱地基的常用方法，二者加固地基的原理相同，只不过是施加预压的加载方式不同.真空预压法与常规的堆载预压法相比，具有加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象等优点,其最大缺点是预压荷载偏小(不超过100KPA)；而堆载预压法工期相对较长,需大量的预压材料，但其优点是最大预压荷载不受限制。
若能将真空预压与堆载预压联合加载就刚好可以发挥二者的优点,而理论分析和工程实践都已证明真空预压法与常规的堆载预压法是可以联合使用的，这两种方法在加固软土时分别产生的负超静水压力（真空预压）和正超静水压力（堆载预压)是可以迭加的,由此产生的有效应力迭加在一起，最终使土体产生垂直压缩变形、强度增长。
堆载预压法有个特例就是用建筑物的自身重量（比如路堤土等）作为预压荷载，加固结束后不再卸载,从而节约投资、缩短工期。
为和常规堆载法区分,这里称之为自载预压法。
在用排水固结法加固软基过程中,为了加快施工进度、提高加固效果，把自载预压法作主要荷载，而把真空预压当作超载来进行联合加载时,我们称之为自载联合真空预压法.二、自载联合真空预压法在沿海公路建设中的应用在深厚软弱地基上修建公路，通常采用自载(路堤土）预压法处理地基,但其往往面临两方面的问题:1、工后沉降量过大问题在公路设计与施工时，虽然对桥头和路堤的工后沉降量提出了明确要求,但却难以做到。
第四章 排水固结法
4.5 真空预压设计计算
Design Procedure of Vacuum Preloading
真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在需加固的 软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透
气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封，与大气隔绝。在砂垫层
内埋设排水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材 料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力， 将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。
加固机理2——提高土体强度：
预压后，土体
抗剪强度τf
处于超固结状态，
d
f b a c
其抗剪强度要比处
于正常固结状态时
的强度高。
固结压力σc′
o
4.3 堆载预压法设计计算 (Design Procedure of Preloading)
一、堆载预压的计算步骤
2 1
堆载过快易失稳
加荷计划的确定 主要内容：分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、
γ0—— 地基土的重度。
5.52cu 长条形填土 p1 K （Fellenius公式）
（2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值
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 c u)
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度，
4.2 排水固结法的原理 （Principle of drainage consolidation method ）
一、排水系统加固机理
根据太沙基固结理论
Tv · H2 t Cv
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
真空排水预压加固地基计算说明
真空排水预压加固地基计算说明以ZK1为例进行计算： 1 沉降计算固结沉降量c S 采用单向压缩分层总和法进行计算，公式如下：i iii ci h e e e S ∆+-=∆0101 总压缩量为：∑=∆=ni ci c S S 1式中：ci S ∆——第i 层的压缩量；i e 0——第i 层中点土的自重应力所对应的初始孔隙比，由室内压缩试验e-p 曲线求得；i e 1——第i 层中点土的自重应力与附加应力之和所对应的初始孔隙比；i h ∆——第i 层土层的厚度。
根据工程地质报告，岩土层物理力学指标及承载力建议值如下表：相关计算结果如下：因此，固结沉降量cm S S ni ci c 5.961=∆=∑=最终沉降量S 包含三部分：初始沉降量、固结沉降量、次固结沉降量，计算公式为：cm S m S c s 8.1155.962.1'=⨯==式中25.1~1'=s m ，地基软弱土层厚度大时取大值。
鉴于填土深度大于22.3m 的土层压缩量非常低，因此固结度主要计算0~22.3m 土层。
固结度计算公式为：t t ae U β--=1式中：2/8π=a ，2224)(8HC d G J F C ve n h ππβ+++= h C C v 、——竖向和水平固结系数，根据试验确定为s cm /10123-⨯；n F ——井径比因子，计算公式为2222413)ln(1n n n n n F n ---=，式中w ed d n =，排水圆柱等效直径d a d e 1=，d 为垂直排水通道间距，取值100cm ，1a 为换算系数，对正三角形布置取值1.05；等值砂井直径πδ)(2+=b d w ，b 为塑料排水板宽度，取值10cm ，δ为塑料排水板厚度，取值0.4cm 。
G ——井阻因子，计算公式为ws w h d LF q qG 4/⨯=，其中，垂直排水通道的 流量L d k q w h h π=)/(3s cm ；w q 为垂直排水通道的通行能力，取值 25s cm /3；h k 为水平向渗透系数，取值s cm /1047-⨯；L 为垂直排 水通道的打入深度，取值2500cm ；s F 为安全系数，取值6。
排水固结法
e0.025130
)
0.93
01:45
40
7、地基土的沉降计算
s sd sc ss
01:45
41
A、瞬时沉降计算
p B
Skempton（1955）弹性理论公式 Sd
0
E
1- 2
沉降系数ω值
受荷面形状
圆形 正方形 矩形
L/B
—— 1.00 1.5 3.0 6.0 10.0 30.0 100.0
般用Ca表示，称为土的
次固结指数。
次固结沉降量为
ss
n i 1
(hCa
lg
t2 t1
)i
01:45
44
•规范规定预压固结法地基最终沉降采用 经验公式：
s f
e0i e1i 1 e0i
hi
取值为1.1～1.4
01:45
45
5.4 施工工艺
一、竖向排水体施工
1、普通砂井
•沉管法：静压法、锤击法、振动法
第五章 排水固结法
5.1 概述 5.2 加固原理 5.3 排水固结法的设计与计算 5.4 施工工艺 5.5 加固效果检验 5.6 工程实例
01:45
1
5.1 概述 排水加固法
排水系统 加压系统
竖向
横向
堆载预压 降水预压 真空预压 联合预压
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。
29
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
01:45
30
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
01:45
31
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
第4讲 排水固结法
③ u 观测：布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度 处。
4.3.3 超载预压法设计
超载预压法与堆载预压法不同的是如何确定超载预压荷载。
超载预压适合对s有严格控制的工程，σ超载，附加>σ建筑荷载，附加
时，固结后，无 s主，且降低了 s次。
真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。
此外，由于降低地下水位法、真空预压法、电渗法 不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以很软 的粘性地基土也适用。
§4.2 排水固结法加固机理
§4.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是在建筑物建造之前，对地基土进行预 压加载，使其固结沉降基本完成，增大 fk。
（2）改进的高木俊介法
该法是根据砂基固结度计算的巴隆理论推导出来 的，可直接求出修正后的：
∑ ( ) ( ) U
′
t
=
n i =1
qi ∑ Δp
⎡ ⎢⎣
T2i−1 − T2i−2
− α e−βt β
e − e βT2i−1
β T2 i−2
⎤ ⎥⎦
式中， qi —第 i 级荷载的平均加速度率（kPa/d）；
α、β 见表1。
T2i-1, T2i-2的单位为天（d）。
3、影响砂井固结度的几个因素
（1）地基中应力分布及初始孔隙水压力：上述公式
中，均假定u0＝p地面，同时认为整个地基中附加应力σ
相同。一般达不到要求，但当荷载面的宽度等于砂井 的长度时，误差可忽略不计。
（2）关于砂料的阻力：砂料对渗流也有阻力，通常 中粗砂井阻很小，细砂大些；从巴隆理论解知：井径 比n＝7～15，de< H 砂井时，阻力影响很小。
第3章 预压法(排水固结法)
（二）砂井与砂垫层
1.砂井的布置和范围 （1）一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距s的关 系可按如下取用：
等边三角形布置 de = 1.05s
正方形布置
de = 1.13s
（2）砂井的布置范围宜比建筑物基础的轮廓线向外增大约 2～4m，以加速基础外地基土的固结，有利于提高地基的稳 定性和减小侧向变形以及由此引起的沉降。
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
（三）施工要点
3.大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业。对超软土地 基的堆载预压第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。
4. 加荷大小：不得超过地基的极限荷载。 加荷方式：当需施加大荷载时，应采取分级加荷，并注意控
制每级加载量的大小和加荷速率。 堆载控制指标：地基最大下沉量不宜超过10mm/d；水平位移
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
（二）堆载材料 1.堆载材料一般以散料为主，如采用施工场地附近的土、砂、 石子、砖、石块等； 2.堤坝、路基的预压可以采用堤坝、路基填土本身作为堆载； 3.大型油罐、水池的地基，常以充水对地基进行预压。
（三）施工要点 1.预压荷载的大小应根据设计要求确定，一般宜取等于或略大 于建筑物基底压力。有时为了加速压缩过程、减少建(构)筑物 使用期间的沉降，可采用比建(构)筑物重量大10％～20％的超 载进行预压。 2.为了保证建筑范围内的地基得到均匀加固，堆载的顶面宽度 应不小于建筑物的底面宽度，底面应适当扩大。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（一）特点和适用范围 1.特点 （1）加速饱和软粘土的排水固结，使沉降及早完成和稳定 (下沉速度可加快2.0～2.5倍)； （2）可大大提高地基的抗剪强度和承载力，防止地基土滑动 破坏； （3）施工机具、方法简单，就地取材，可缩短施工期限，降 低造价。
(精品)4.排水固结法
系统组成——排水系统
系统组成——排水系统
Wick Drains
材料
sand
gravel
系统组成——排水系统
Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
降低地下水位能使: 1）土的性质得到改善； 2）地基发生附加沉降； 3）降低地基中的地下水位，使地基中的软土 承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固 结。
适用于: 砂土或软粘土层中存在砂或粉土的土层。
为加速其固结，往往设置砂井。
（a）天然面地下水； （b）有压地下水
④电渗法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流 电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，这种现 象称为电渗。 如将水在阴极排除而在阳极不予补充的情况下土 就会固结，引起土层的收缩。 适用于: 饱和粉土和粉质粘土
2. 超载预压 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 sdUtscss
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。
典型工程真空预压工艺设备平面和剖面图
用真空方法增加的有效应力
1983年开展了真空-堆载联合预压法，开发了一 套先进的工艺和优良的设备，取得了良好的效 果。该法得到国外专家的好评。
系统组成——加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
③降低地不水位法
利用井点抽水降低地下水位以增加土的自重 应力，达到预压加固的目的。
排水固结法设计及计算
如果考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算。
2.根据Barron的解法计算径向平均固结度Ur
8 U 1 exp T r F H
式中
CH t TH ——水平向固结时间因数，TH = 2 de
CH ——水平固结系数， C
而提高地基强度和减少建筑
物建成后的沉降量。
孔隙比e
加固机理1——
减小地基工后沉降：
△e
a
初次加载曲线，
在外加荷载△σ′＝ σ1′－σ0′作用下， 土样孔隙比减小了△e； 卸荷再压缩之后，孔
b
f △e′ d c
隙比减小量为
σ0′
σ1′
固结压力σc′
△e′，远小于△e，表明大部分压缩变形（ △e－ △e′） 都在预先施压过程中消除了。
γ0—— 地基土的重度。 对于堤坝地基或条形基础可采用下式计算：
p1
5.14cu
K
或 p1
5.52cu
K
（Fellenius公式）
（2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值
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，
c u 1 ( c u c u)
排水固结法
§ 1 概述
一、排水固结系统组成 二、排水固结系统作用及试用范围
§ 2 排水固结法加固原理
一、排水固结加固机理 二、加压系统
§ 3 堆载预压法设计
一、加压系统设计 二、排水系统设计 三、堆载预压施工工艺
§ 4 工程实例计算
§ 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，使土体固结沉降基本结束或
5.1排水固结法
dUz dt
d2Uz Cv·dz2
dUr d2Ur1 dtCh· (d2rr· dU/dr)r
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 2u C
t v z2
▪ 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)
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。
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de列 1： .13· S 正三角形排 de 列 1.0： 5· 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.
固结理论公式
t Tv ·H 2 Cv
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
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
具体排水手段：设置竖向排水 体 ( 砂 井 、 塑 料 排 水 板 ( 袋 ))+ 水平排水体(砂垫层)
a 竖向双面排水
b 砂井地基排水
图4-2-2 排水法的原理
二、真空预压加固机理
真空预压法是在需要加固的软土地基表面：①先铺设砂 垫层；②然后埋设垂直排水管道； ③再用不透气的封闭膜 使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中； ④ 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，见图4-2-3 。
目标：加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；施工过程安全
由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力
上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数
确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距
预压荷载的分级，固 结度及强度增大计算
预压荷载的设计
预压荷载引起的 沉降量计算
不
承载力或稳定性分析
验算工期
验算剩余沉降与沉降差
de与井间距l之关系为：
等边三角形排列：
de
2 3 l 1.05l
正方形排列：
de
4 l 1.13l
正三角形布置
正方形布置
图4-3-2 竖井排列形式
4) 井间距 l 的确定 l可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。
间距l可按井径比n 选用 (n=de/ dw ，de:有效排水直径;dw:竖井直径， 塑料排水带取dw=dp ,亦即取竖井直径dw为当量核算直径dp ).
具体步骤:
1) 利用地基的天然抗剪强度Cu 计算第一级容许施加的荷载P1。对 长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即 P1 =5.52Cu／K。
2) 排水井的直径确定
排水固结法
1. 排 水 固 结 法 设 计 流 程 图
2 堆载预压法设计计算
预压法是以事先完成的沉降和由于固结使地基强度增长的 两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和 粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降， 即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。 设计内容：
法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。
堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者 的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基
中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。
适用范围
主要用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。 砂井法特别适用于存在连续薄砂层地基； 真空预压法适用于能在加固区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都适用于加固很软
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： (4)在加荷停止以后, 在恒载作用期间的固结 度，即时间t大于Ti，(此处Ti为pi的加载期)时 的固结度和在Ti/2时瞬时加荷pi后经过时(tTi/2)时的固结度相同； (5)所算得的固结度仅是对本级荷载而言，对 总荷载还要按荷载的比例进行修正。
水、稳定控制、沉降控制量等）一般10~25米。 （1 ）根据建筑物对地基的
稳定性、变形和工期要求定。 （ 2 ）对以地基抗滑稳定性
控制的工程，应取至危险滑
动面以下2m； （ 3 ）对以变形控制的建筑 工程，应以限定的预压时间 内完成的变形量确定，宜穿 透受压土层。
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
st sd U t 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。
真空排水预压法介绍
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
真空排水预压法介绍
真空排水预压法是一项比较新的加固软土技术，是属于排水固结法的一种，它通过铺设水平排水砂垫层和设置在软基中的竖向排水体，再在砂垫层上铺设不透气的薄膜封闭装置，借助于埋设在砂垫层内的管道，通过抽真空装置，使土体中形成负压，将土体孔隙中的孔隙水抽出，从而降低孔隙水压力，增加有效应力，使土体产生固结，减少后期沉降，提高地基承载能力。
真空预压的原理
当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。
在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。
主要反映在以下几个方面：
1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。
2)地下水位降低，相应增加附加应力。
3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。
真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。
即是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。
真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。
真空预压施工前，应充分作好施工准备工作，制定施工技术措施。
检验沙袋、聚氯乙烯薄膜及中粗砂是否符合技术标准及设计要求，并将检验报告提交监理工程师审核批准。
在取得监理工程师批准后，开始进行真空预压的下一步施工。
真空预压的施工流程。
软基路基处理方法“真空预压法”计价方法
软基路基处理方法“真空预压法”计价方法归属于排水固结处理法，是软弱地基补救的一种，是在拟建构造物施工以后，为降低承载力和减少沉降量，在建筑场地进行存取预压，使地基大部分沉降在预压大部份整个过程完成，并提高地基土强度的方预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工冲填土等软弱房顶。
预压法包括堆载预压、真空预压、真空联合堆载预压法。
1、堆载预压堆载预压是在地基上堆放重物(水、土、砂、石等)进行预压。
按预压荷载的不同分为超载预压、等载预压和欠载预压，欠载预压在公路工程中较少采用。
为了规避堆载时压坏地基，需分级加载。
2、真空预压法真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后铺设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其臭氧与大气隔绝，薄膜四面埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道管线，使用真空泵或进行抽气，使其形成真空，增加地基的如何有效应力。
真空预压处理地基时候，设必须设置塑料排水板或砂井等竖向排水管道体。
塑料排水板或砂井能将真空从砂垫层中传至土体中，并将土体中的水通过其排至砂垫层然后排出。
真空预压法适用于对软土性质很差、土源紧缺，工期紧的软土地基进行处理。
3、真空联合堆载预压当设计地基预压荷载大于80kPa，且需要进行真空不能地基预压满足设计要求时可采用真空和堆载预压联合预压地基处理。
真空联合堆载预压可用于高填方路段和桥头路段的软土路基处理。
1、用心密封膜应采用抗老化性能好、韧性好、抗风化穿刺能力强的不透水材料2、密封膜厚度为0.12~0.14mm，可铺设2~3层3、密封膜连接宜采用热合黏结缝平搭接，宽度应不小于15mm4、密封膜周边应埋入密封沟内，宽度宜为0.6~0.8m，深度宜为1.2~1.5m5、真空管路由主管和滤管构成，滤管应设在排水砂垫层中会，其上应有0.1~0.2m厚砂覆盖层。
6、滤管应不透砂，滤管周围应采用砂填实，不得架空或漏填7、预压期和预压高度应根据要求工后沉降量或地基固结度确定8、真空预压时，应在地基中设置砂井或塑料排水板等竖向排水体，并设置砂垫层和垫层中的石灰排水管。
真空预压排水固结方法介绍
真空预压法是排水固结法一、基本原理在沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖相和河相沉积的软弱粘土层，具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性等特点，在建筑物荷载作用下会产生较大的沉降，地基承载力和稳定性差，不能满足工程需要。
为有效消除软土的沉降变形，提高地基承载力和稳定性，应对地基进行加固处理以满足工程建设的需要。
真空预压法是排水固结法的一种，主要由排水系统和加压系统两部分组成：排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井、透水软管等，水平排水体常用砂垫层（纯净中粗砂），对于砂源紧缺、砂价较贵的地区可采用技术可靠的塑料盲沟或透水软管等土工合成材料，以降低工程造价。
设置排水系统主要为了改变地基原有的排水边界条件，传递真空压力，增加孔隙水的排出通道，缩短排水距离，以便在上部荷载作用下能以较快的时间使地基土的有效应力增加，地基土产生固结，完成预定的地基加固效果，满足工程建设需要。
加压系统主要是指抽真空装置。
真空预压原理见图2-1所示。
在实施真空预压法的同时在地基上部进行堆载（包括堆土、充水等），真空预压与上部堆载联合作用就形成了真空联合堆载预压法，见图2-2。
二、优缺点真空联合堆载预压法加大了超载压力，堆载预压中的超载部分为真空压力，增大了地基土体内的附加应力，同时发挥真空预压和堆载预压各自的优势，可提高加荷速率、缩短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期内得以基本完成，从而有效减少地基工后沉降。
真空联合堆载预压法对地基实施超载预压加固，超载部分由真空荷载来代替，其最大荷载可达80～90kPa，相当于4～5m的填土荷载，大大超过地面设计荷载；真空荷载施加方便、迅速，几天之内就可达到80kPa以上，不存在分级施加的问题；由于有真空预压，只要塑料排水板有足够大的通水量，真空度就可以传递到土层深部而损失较小，使地基深层软土得到较好加固，从而在加固期间能消除较多的地基沉降。
采用真空联合堆载法处理场地软基，除了施工简单、有效消除地基土的沉降、填土速率不受限制、施工费用低廉等特点外，还可以大幅度提高地基土承载力，改善地基土土性，提高地基土强度。
真空预压排水固结法设计及计算(详细)PPT课件
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• 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。
土工布缝接
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真空系统双层密封土工膜的铺设
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真空系统土工膜的密封
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出膜连接与真空系统安装
出膜连接
出膜管与真空泵连接
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试抽真空
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8 质量检验
• 排水固结法加固地基施工中经常进行的检测项 目有孔隙水压力观测、沉降观测、侧向位移观 测、地基土物理力学指标检测等。
8 质量检验
• 预压法竣工验收检验应符合下列规定： • （1）排水竖井处理深度范围内和竖
• 根据上述观测资料综合分析，判断地基稳定性。
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5 沉降计算
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5 沉降计算
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5 沉降计算
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6 强度增长计算
真空预压荷载下地基强度增长值。
τft= τf0+ △σz * Ut *tanψcu
式中：τft ——t时刻该点土的抗剪强度(kPa ) △σz——真空预压荷载引起的该点 的附加应力(kPa )，
当计算加固土层中某深度处土的强度增长值时， △σz 用相应 深度垂直排水通道中真空度值。
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排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
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第4章排水固结法ppt课件
真空预压法示意图
真空预压法
抽真空设备 真空压力表
出膜管
双层薄膜
一层土工布 双层真空薄膜 中粗砂垫层及抽真空管道
集水沟
抽真空滤管 淤泥
边坡开挖线 塑料排水板或袋装砂井
粘土
深圳河真空预压加固软基示意图
(3) 降水预压加固机理
降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位， 以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。
适用范围
适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和 粘性土地基。
砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂 井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质 土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服 次固结可利用超载的方法。
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，所以它适用于很软弱 的粘土地基。
（2）砂井深度 主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、
施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。一 般为10～25m。 （3）砂井排列 砂井在平面上可布置成正三角形（梅花形）， 以正三角形排列较为紧凑和有效。在实际进行 固结计算时，由于多边形作为边界条件求解很 困难，巴隆建议每个砂井的影响范围由多边形 改为由面积与多边形面积相等的圆来求解。
荷载开始施加的时间。
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：
p2
5.52cu1 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。
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• （2）应对预压的地基土进行原位十字板剪切 试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场 载荷试验，试验数量不应少于3点。
• （3）在加载过程中，应根据监测数据控制加 载速率。对竖井地基，最大竖向变形量不应超 过15mm,对天然地基，最大竖向变形量不应超 过10mm,边桩水平位移每天不应超过5mm。
5、竖向排水通道不仅起排水、减少土体排水距离及加速土体固结的作用 ，而且起着传递真空度的作用。实践证明塑料排水带效果比砂井好。
6、真空预压区边缘应大于建筑物轮廓线每边不得小于3m。
7、真空预压最大膜下真空度在650mmHg(约86.7kPa)，膜下真空度达到 设计要求后的预压设计不宜低于90d。
8、真空预压加固面积较大时，宜采取分区加固，每块预压面积应尽可能 大且呈方形，分区面积宜为20000~40000平米。
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
• 一级或多级等速加载条件下，当固结时间 为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按 下式计算：
4 地基固结度的计算
• 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 水量与天然土层水平向渗透系数的比值较 小，且长度又较长时，尚应考虑井组影响。
当计算加固土层中某深度处土的强度增长值时， △σz 用相应 深度垂直排水通道中真空度值。
Ut——在作用下，该点土的固结度。 ψcu——相应土层三轴固结不排水压缩试验内摩擦角（度）
承载力：P≈5.52τft/K 式中： K——安全系数，取1.3~1.5
7 施工方法
• 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： 铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加 固结压力。
土工布缝接
真空系统双层密封土工膜的铺设
真空系统土工膜的密封
出膜连接与真空系统安装
出膜连接
出膜管与真空泵连接
试抽真空
8 质量检验
• 排水固结法加固地基施工中经常进行的检测项 目有孔隙水压力观测、沉降观测、侧向位移观 测、地基土物理力学指标检测等。
8 质量检验
• 预压法竣工验收检验应符合下列规定： • （1）排水竖井处理深度范围内和竖
• 砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、 螺旋钻成孔法和爆破法。
• 灌入砂袋中的砂宜用干砂，并应灌致密 实。
7 施工
塑料排水板插板机
• 塑料排水板地基处理
塑料排水板施工工艺流程 图
塑料排水板施工现场
• 真空预压地基处理
• 真空预压管网铺设
• 真空管网铺设
真空系统第一层土工布铺设
土工布铺设
2 排水固结法的原理
3 真空预压法
• 真空预压法是1952年由瑞典皇家地质学院提出的，施工时 先在地面铺设一层透水的砂及砾石，其上覆盖不透气的薄膜 材料，然后用射流泵抽气使透水材料中保持高度的真空度， 使土体排水固结。
• 真空预压法处理地基必须设置排水竖井。设计内容包括：竖 井断面尺寸、间距、排列方式和深度的选择；预压区面积和 分块大小；真空预压工艺；要求达到的真空度和土层的固结 度；真空预压和建筑物荷载下地基的变形计算；真空预压后 地基土的强度增长计算等。 具体内容见教材
• 真空预压和堆载预压比较具有如下优点：
• ① 不需堆载材料，节省运输与造价； ② 场地清洁，噪音小； ③ 不需分期加荷，工期短； ④ 可在很软的地基上采用。
3 真空预压排水固结设计要点
1、设计前特别要查明透水层位置及范围和地下水状况，它往往觉得真空 预压是否适用或需采取附加密封措施以及垂直排水通道的打设深度。
4 地基固结度的计算
• 瞬时加载条件下，考虑涂抹和井组影响时， 竖井地基径向排水平均固结度可按下式计 算：
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
• 反映井阻作用影响的参数 F r 的表达式为：
4 地基固结度的计算
• 一响级时或竖多 井级 穿等透受速压加土载层条地件基下的，平考均虑固涂结抹N度和o可井按阻下影
真空预压排水固结法设计及计算 (详细)
• 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Байду номын сангаас长，从而提高地基的承载力和 稳定性。
排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
• 根据上述观测资料综合分析，判断地基稳定性。
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式计算：
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82,F8cdeh2 4H 2c2v
5 沉降计算
5 沉降计算
5 沉降计算
5 沉降计算
6 强度增长计算
真空预压荷载下地基强度增长值。
τft= τf0+ △σz * Ut *tanψcu
式中：τft ——t时刻该点土的抗剪强度(kPa ) △σz——真空预压荷载引起的该点 的附加应力(kPa )，
2、真空预压法处理必须设置排水竖井。设计内容包括：竖井断面尺寸、 间距、排列方式和深度的选择。
3、砂井的砂料应选用中粗砂，其渗透系数Kw应大于1x10-2 cm/s。
4、真空预压竖向排水通道宜穿透 软土层，但不应进入下卧透水层。软 土层较厚、且以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水通道的深度至少 应超过最危险滑动面2.0m。