真空预压排水固结法设计及计算(18年,附图丰富)
排水固结法
21:18
26
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算 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
u t
Hale Waihona Puke cvr u r
1 r
至少应超过最危险滑动面2m。
21:18
18
5.3排水固结法的设计与计算－堆载预压
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； 二、确定排水砂垫层材料和厚度； 三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载 分级、加载速率和预压时间； 四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑 稳定性和变形
原位自重应力 s 加压 建筑物附加应力 z
预加压力 t=(1.2~1.5) z （超载预压法）
e
e1
e2 s
21:18
z t
p
11
5.2 加固原理（堆载预压法）
排水
普通砂井 袋装砂井 塑料排水板 砂垫层
UZ
1
8
2
exp( 2Tv
/ 4)
Tv
cv H2
t
cv
k (1 e1)
)
6 100
(10
0)
0.081 e (e 0.0251120 0.025110 0.0251
e0 )
4 100
(40
30)
0.081 e (e 0.0251120 0.025140 0.0251
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
真空排水预压沉降计算说明
土层
名称
密度
ρg/cm3
含水量
%
土粒
比重
Gs
孔隙比
压缩
系数
av
(MPa-1)
压缩
模量ES(MPa)
粘聚力kPa
(快剪)
摩擦角
(快剪)
固结
系数
CV
P=200kPa
cm2/s
渗透系数K20
cm/s
基本
承载力
σ。
素填土①1
5
5.50E-03
冲填土②2
1.75
5.50E-03
60
淤泥质土②1
1.64
53.6
2.63
1.45
1.25
2.0
8.0
4.5
1.0E-03
5.42E-08
60
粉质黏土②2
1.85
29.1
2.68
0.87
0.40
4.5
22.0
8.0
5.50E-06
120
4、e-p曲线
参考文献《软土e-p曲线确定的一种简化方法》，确定相关参数。
5、计算结果
JT15的真空排水预压沉降量为：87.71cm。
真空排水预压沉降计算说明
以JT15为例计算：
1、平面、剖面如下图：
平面图
剖面图
根据剖面图，为简化计算，取整数：人工填土层为8m，淤泥质土为16m，分层计算按2m一层。
2、计算范围
根据设计要求：车站真空预压加固范围划分为13个区，如下图所示：
整体划分图
JT15所在区域图
3、岩土层物理力学指标及承载力建议值
真空预压法处理航道淤泥数值模拟
第18卷 第7期 中 国 水 运 Vol.18 No.7 2018年 7月 China Water Transport July 2018收稿日期：2018-02-08作者简介：丁 伟，男，（1985-），上海人，上海长升工程管理有限公司助理工程师，研究方向为港口与航道工程。
真空预压法处理航道淤泥数值模拟丁 伟（上海长升工程管理有限公司，上海 200137）摘 要：航道淤泥的处理是我国目前重大研究课题之一，真空预压固结法是一种有效的软土处理方法。
采用有限差分元对不同真空度下的真空预压固结法处理软土进行模拟，分析了真空度对航道淤泥孔隙水压力差值和有效应力的影响，模拟结果可为真空度的合理选取提供参考依据。
关键词：真空预压法；第四纪沉积软土；有限差分法；真空度中图分类号：TU447 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）07-0053-02前言航道淤泥在我国东部沿海地区广泛存在，该类土体具有压缩性大、渗透性小和含水率高等特点，在其上修筑建筑物时往往须先对其进行处理，目前常用的处理方法有换填、旋喷桩、真空预压和电渗等方法[1-4]。
其中，真空预压法以其成本低，效果显著被广泛应用，并取得良好的成效。
真空预压法于1952年由杰尔曼教授首次提出，随后大量专家学者对其进行了深入探究。
朱斌等[5]基于有效应力原理，根据孔隙率与时间相关关系，提出了多层软土的一维固结模型，并采用数值计算对其进行验证。
袁海平等[6]对排水板间距对真空预压效果影响进行研究，指出计算工程排水板的最优间距为0.9m。
李均宏[7]采用ABAQUS 软件对排水带未穿透的软土层的真空预压沉降固结效果进行分析，指出在实际工程中可根据需要合理设计排水带深度，排水带可不穿透排水层。
唐慧强等[8]对丹东港吹填土采用真空预压法加固后效果不理想的原因进行分析，认为吹填土黏粒含量高堵塞排水管以及胶粒结合水的润滑作用是造成真空预压固结后土体强度仍然偏低的主要原因。
排水固结法(地大版)ppt课件
固结实际公式
t Tv ·H 2 Cv
固结时间与排水间隔的平方成正比，缩短排水间 隔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添 加排水途径，缩短排水间隔，从而加快脆弱土层的排 水固结。
第三节 排水固结法设计计算
一、设计前应获得的资料 ⑴进展岩土工程勘察，查明场地的工程地质
和水文地质条件； ⑵室内土工实验，确定土的固结系数、孔隙
六、稳定分析 稳定分析可以处理的问题： ①地基在天然形状下的最大堆载； ②在各级预压荷载作用下的稳定性； ③最大答应预压堆载； ④理想的堆载方案。
(一)地基强度沿深度添加时的稳定性分析方法 1.确定强度变化规律来自f 0 zf 0 · z
⑵降低地下水位法
⑶电渗法
在土中插入金属电极并通以直流电，由于电场作用， 土中水从阳极流向阴极。如将阴极积聚的水排走，土体 中孔隙水就会减少，有效应力增大导致沉降固结。
3.排水系统的作用 改动地基的排水边境条件，缩短排水间隔和添加
孔隙水排出的途径； 4.加压系统的作用
起固结作用，使地基土的固结压力添加而产生固 结； 5.排水系统和加压系统是结合运用的。
④对以地基抗滑稳定性控制 的工程，砂井深度应超 越最危险滑动面2m。 ⑶砂井陈列
等效圆柱体的直径de与砂井间距S的关系： 正方形排d列 e 1： .13· S 正三角形排 de列 1.： 05· S
⑷砂井布置范围及砂垫层 普通应比建筑物外缘扩展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.
(三)预压面积及分块大小 真空预压的总面积不得小于根底外缘所包围的面积，
普通边缘应超出建筑物根底外缘2～3m；每块预压的面 积应尽能够大，并要求彼此有搭接。 (四)地基变形计算
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
真空预压
第二章 真空预压加固机理探讨
所谓负压即指形成的孔隙水压力小于原孔隙 水压力，其增量为负值。由于边界孔隙水压力的 降低，土体与砂垫层和竖向排水体间形成压力差 和水力梯度，土体发生渗流，使土中的孔隙水压 力不断降低，有效应力不断增加，从而促使土体 固结；随着时间的增长，土体和竖向排水体之间 的压力差由Pa－Pv逐渐变小，最终趋向于零，此 时渗流停止，土体固结完成。
堆载压密排水固结：出水口
真空加压10天后地 基固结情况
真空加压10天后地基固结情况
竖向排水体对加固效果的影响
目前竖向排水体一般选用塑料排水板和袋装砂井， 而塑料排水板的纵向通水能力和渗透系数比袋装砂井 大很多。袋装砂井的纵向渗透系数大约是塑料排水板 的25%左右。在加固过程中塑料排水板的纵向渗透系 数为1.7×10-2～1.5×10-1cm/s，这是一般袋装砂井达 不到的值，一般袋装砂井的上端都是采取捆扎的形式 来避免泥土进入砂井中的，这就增加了真空度的传递 阻力，而塑料排水板则不会出现这种情况，另外，在 打设过程中导向管带上的泥土也常会将孔口封堵，因 此袋装砂井与砂垫层的连接不如塑料排水板好，塑料 排水板不易被封堵。所以塑料排水板的排水性能要优 于袋装砂井。
从1998年8月起，广东珠江三角洲地区开始引 入真空或真空——堆载联合预压加固高速公路软 基方法，从几条高速公路的试验段情况看，该处 理方法效果是比较理想的。由于可以将填筑的路 堤作为堆载加以利用，不仅具有很好的加固效果， 而且经济效益也很明显。目前该方法己经在广东、 浙江、江苏、上海的高速公路建设中得到了比较 广泛的应用。
本次研究的主要工作
1.通过现场取样进行室内试验，分析南沙地区软土的固结过 程中孔隙比、压缩系数以及固结过程中的应力应变关系， 研究南沙地区软土的固结特性。 2.通过真空预压法加固软土的现场试验，研究了真空预压法 加固软土地基的沉降和水平变形特性、真空预压加固地基 的有效深度、真空预压对周围环境的影响。
排水固结法
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
初次加载曲线， 在外加荷载△σ′＝
△e
b f
c
△e′
σ1′－σ0′作用下，
d
土样孔隙比减小了△e；
卸荷再压缩之后，孔 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。
加固机理2——提高土体强度：
砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同 时，真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩散，引起土 中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。从而使土体孔隙中 的气和水由土体向垂直排水通道发生渗流，最后由垂直排水通道汇 至地表砂垫层中被泵抽出。
（2）有效应力增加：地下水在上升的同时，形成排水体附 近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔 隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结； 同时抽气后土体中水位降落，也会增加有效应力。
二、沉降计算
瞬时沉降 在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载
总
作用下立即发生的。
沉 降 固结沉降 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 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。
4.5 真空预压设计计算
Design Procedure of Vacuum Preloading
de
塑料排水带常用当量直径（周长相等）表示，其当量直径可按
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：
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′；
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
此时，地基的最终沉降量由两部分组成：
s st sr
式中 st——预压期所产生的沉降或被消除的沉降； sr——残留沉降。
实践证明，预压的效果与预压时间有关，时间越长，消 除的沉降st越大，残留沉降sr越小。因此，预压时间取决于永久 荷载(hèzài)对残留沉降的要求而定。
1. 竖向平均固结(ɡù jié)度Uz可按太沙基固结理论计算。
Uz
1-
8 2
exp(-
2 4
Tv
)
如果(rúguǒ)考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算。
第十页，共91页。
2.根据(gēnjù)Barron的解法计算径向平均固结度Ur
Ur
1exp
8 F
TH
式中
TH
——水平(shuǐpíng)向固结时间因数T，H =
第三十七页，共91页。
（2）有效应力增加：地下水在上升的同时，形成排水体附近的真 空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水压力不 断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结；同时抽气后土 体中水位降落，也会增加有效应力。
考虑其对固结度的影响； （2）砂井中的砂料对渗流有阻力，会产生水头损
失(sǔnshī)，应考虑井阻作用。 （3）采用机械施工方式，会对周围土产生扰动，对
井壁产生涂抹作用而降低径向渗透性。
第十三页，共91页。
不同条件(tiáojiàn)的固结度计算公式
序号
条件
平均固结度计算公式
α
β
备注
1
竖向排水固结 （Uz>30%)
砂井法特别适用于含水平夹砂或粉砂层的饱和软土地基。对 于泥炭及透水性极小的流塑状态饱和软土，在很小的荷载作用下， 地基土就出现较大的剪切蠕变，排水固结效果效果差，不宜只用 砂井法。
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。
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
2、加载的固结过程 根据土力学， 根据土力学 ， 地基内某点总应力 σ 、 有效应力 σ′ 、 及孔隙 水压力u 之间的关系为: 水压力u 之间的关系为:σ′= σ- u ;
可表示为： 固结度U 可表示为： U =
σ′ σ′ + u
(=
σ′ u = 1− ) σ σ
加载的固结过程可表示为： 加载的固结过程可表示为：
3) 降水预压法、电渗排水预压法。是在总应力不变的情况下，通过 降水预压法、电渗排水预压法。是在总应力不变的情况下， 减小地基内孔隙水压力来增加有效应力的方法。其中， 减小地基内孔隙水压力来增加有效应力的方法 。其中，降水预压也 是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。 是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。 真空预压、降水预压和电渗排水预压方法由于不增加剪应力 真空预压、降水预压和电渗排水预压方法由于不增加剪应力，地 方法由于不增加剪应力， 基不会产生剪切破坏，适用于很软弱的黏土地基的排水固结处理， 基不会产生剪切破坏， 适用于很软弱的黏土地基的排水固结处理， 而且也不需要控制加载速率。 而且也不需要控制加载速率。
a 真空预压过程示意图 真空预压过程示意图;
b 增压的有效应力
图4-2-3
真空预压原理
真空预压的原理主要反映在以下三个方面： 真空预压的原理主要反映在以下三个方面： 1) 薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。 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。 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。 封闭气泡排出，土的渗透性加大。 真空预压是将覆盖于地面密封膜下的地基通过抽气泵抽为真空状 态，使膜内外形成气压差。 使膜内外形成气压差。 地基达到完全真空时，理论上可产生一个大气压 100kPa) 一个大气压( kPa)的预压 地基达到完全真空时，理论上可产生一个大气压(100kPa)的预压 荷载(实际只能达到85 90kPa) 从而使土层产生固结压力。 85- kPa)， 荷载(实际只能达到85-90kPa)，从而使土层产生固结压力。即在 总应力不变情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。 总应力不变情况下，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，故称为负压 真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，故称为负压 固结。 固结。
真空预压PPT课件
虽然真空预压技术相比其他地基处理方法更加环保，但在施工过程中 仍会产生一定的噪音、尘土等污染。
改进方向
研发新材料
通过研发新型的塑料排 水板和橡胶密封垫等材
料，降低工程成本。
优化施工工艺
进一步优化真空预压技 术的施工工艺，提高施
工效率和质量。
拓展应用范围
研究真空预压技术在地 基处理以外的其他领域 的应用，如土壤固化、
案例二：某填海工程地基处理项目
总结词
大规模应用、技术创新
详细描述
在某填海工程地基处理项目中，真空预压技术得到了大规模应用。该项目针对大面积填海区域的地基处理问题， 通过技术创新和改进，实现了高效、快速的土体固结，提高了地基的稳定性和安全性，为工程的顺利实施提供了 有力保障。
案例三：某高速公路建设中的地基处理项目
程达到预期效果。
监测与控制
监测点布置
数据采集与传输
根据工程要求，合理布置压力监测点，确 保能够全面反映土体内部的压力状态。
采用自动化监测系统，实时采集压力数据 ，通过数据传输设备将数据传输至控制中 心。
数据分析与预警
反馈控制
对采集到的数据进行处理和分析，及时发 现异常情况，并发出预警信息。
根据监测结果和预警信息，对抽真空过程 进行调整和控制，确保施工效果稳定可靠 。
工做好准备。
材料准备
根据工程需求，准备足够的真 空预压设备、管道、密封材料 等，确保设备完好，材料质量 合格。
人员组织
组建专业的施工队伍，进行技 术交底和安全培训，确保人员 配备充足，具备相应的技能和 资质。
方案制定
根据工程实际情况，制定详细 的施工方案和操作规程，明确
各阶段的任务和目标。
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• 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
井底面以下受压土层，经预压所完成的 竖向变形和平均固结度应满足设计要求。
• （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。
• 根据上述观测资料综合分析，判断地基稳定性。
• 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 Fr的表达式为：
4 地基固结度的计算
• 一级或多级等速加载条件下，考虑涂抹和井阻影 响时竖井穿透受压土层地基的平均固结度可按下 式计算：
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
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， △σ z 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。 ψ cu——相应土层三轴固结不排水压缩试验内摩擦角（度）
承载力：P≈5.52τ ft/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。
8
2
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4H 2
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。
τ ft= τ f0+ △σ z * Ut *tanψ cu
式中：τ ft ——t时刻该点土的抗剪强度(kPa ) △σ z——真空预压荷载引起的该点 的附加应力(kPa )，
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。
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。
排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥、 泥炭土和冲 填土等饱和粘性土地基。
• 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。土工布缝接源自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
排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
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
真空预压排水固结法
广东中誉设计院有限公司 2018年10月14日
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。