竖井排水固结度计算-龚晓南
用最小二乘法确定竖井地基平均固结度
用最小二乘法确定竖井地基平均固结度
刘加才;施建勇
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2004(021)004
【摘要】基于成层竖井地基固结理论,分析了竖井地基沉降随时间变化的一般表达式,提出了利用最小二乘优化方法根据实测数据拟合沉降曲线,进而确定竖井地基平均固结度的方法.通过应用于一真空预压作用下竖井地基的工程实例,对该方法的适用性作了分析,结果表明实例沉降数据与理论曲线吻合较好.
【总页数】4页(P28-31)
【作者】刘加才;施建勇
【作者单位】河海大学,岩土工程研究所,南京,210098;河海大学,岩土工程研究所,南京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】TU43
【相关文献】
1.软粘土地基一维固结平均固结度的概率特性 [J], 徐瑞军;吕忠新;汪明福;李小勇
2.不确定动荷载作用下的地基固结度估算 [J], 喻志发;白金勇;赵岩
3.竖井正方形地基固结度解答及其应用 [J], 牛犇;唐晓武;张超杰;陈秀良
4.利用滑动平均剩余重力异常确定深度的最小二乘法 [J], El-Sayed
M.Abdelrahman;卢继诚
5.成层地基固结性状中不同定义平均固结度研究分析 [J], 罗勇;龚晓南;连峰
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预压法处理地基及固结分析
预压法处理地基及固结分析孙亚【摘要】预压法处理地基是一种在岩土工程领域普遍采用的处理软弱地基的重要方法,论述了探究预压法处理地基的过程与阐明了真空预压与堆载预压的加固机制及其不同.固结理论可以为地基沉降做出相应的理论预测,为地基处理以及基础工程设计提供了理论依据,在目前竖井地基固结的理论成果的基础上,介绍了预压地基的固结度常用计算方法,并运用选定的计算方法通过工程实例计算了地基的固结度.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(033)006【总页数】3页(P916-918)【关键词】堆载预压;真空预压;团结【作者】孙亚【作者单位】同济大学地下建筑与工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU473.10 引言1982 年我国在真空预压的基础上，提出了联合堆载的加固方法.从1985 年的三月到十一月综合项目开始了真空联合堆载加固大的探究实验［1］.此法即先进行真空预压施工，而后在膜下真空度达设计需求并在确定运行平稳的一周到两周时间后，实施堆载预压运行.并在工程完结以后，将真空与堆载结合使用，至达到固结度标准或者沉降速率标准时即可去除真空荷载.该方法也广泛应用在机场［2］、建筑地基、路基等工程建设中.1 加固机理堆载预压法遵从的是Terzaghi 的有效应力理论.根据图1 可以看出，附加外部压力之后，土体的固结就变成了孔隙水压消除、有效应力提升与土体逐步压密的进程.加载瞬间，堆载压力全部由孔隙水承担，此时孔隙水将增大.通过在地基中布置竖向砂井，增加了排水途径，缩短了排水距离，这时土层中的空隙水主要通过砂井部分竖向排出，超空隙水压力u 减小.根据有效应力原理，有效应力增加.地基土发生沉降，且强度增加，从而达到了加固的效果，并且可以有效减小建筑物的沉降.真空预压法即将软土地基表面首先添加砂垫层，之后加入垂直排水管道，并通过隔离的封闭膜让软土地基同空气分离，薄膜周围深入地中，利用砂垫层里添加的吸水通道，使用真空装置排除空气与水，让整体设备产生真空压力，从而推动土体排水固结，进而提升地基的有效应力.将整体转化真空状态时，砂垫层和排水通道中逐步降为负压，保持土体内部和排水通道、垫层间产生压力差.在这种情况中，土体中孔隙水持续通过通道流出，土体固结.其示意图如图2 所示.图1 堆载预压简图图2 真空预压简图关于该方法的作用机理，其中一个理念即把膜内外压差当做等效荷载反应在地基土上;另一个理念即陈环等公布的负压下固结观念.二十世纪80年代，陈环等［3］通过一维负压固结仪实施抽气实验，发现同样的压差之下，正负压的试样通过加固后拥有大体一致的土体参数，也就是加固意义大体一致，其土体强度的提升效果也大体一致的结果.这就说明抽真空仅仅使孔隙压力持续变化，也就是真空预压利用减小土体中的孔隙压力，让有效应力提升从而达到加固效果.阎澎叮、陈环［4］通过二轴仪实施正压与负压的对照实验，发现正压与负压作用一下的固结过程大体一致.EC.Leong 等［5］用利用固结仪探究了在同种压力中(正负压)土样剪切强度增加的状况，获得了堆载预压加固成效高于真空预压的加固成效的结果.龚晓南等［6］以现有真空预压的研究和多孔介质渗流理论为基点，给出了真空渗流场理论用以诠释真空预压加固软土地基的机制.从上述研究中可以看出，堆载预压法和真空预压法在加固机理上存在着不同，堆载预压法可以称为正压固结，真空预压法可以称为负压固结.从土中应力可知，堆载预压总应力增加，随着超静孔隙水压力的减少而使有效应力增加;真空预压法总应力不变，降低孔隙压力，而使有效应力增加.从加压系统设计上，堆载预压加载过程里剪应力提升，也许会导致土体剪切损坏，所以必须调控加载速率分级加载;真空预压法抽真空时，剪应力不提升，无法导致土体剪切破坏，不需要控制加载速率.两者处理深度不一样，而且后者会引起地下水位下降，就造价方面来说也是后者比较高.2 竖井地基固结理论设置有竖向排水井的地基可简称为竖井地基.竖井排水固结法思想最初由Moran 于1925 年提出.想要让观测预测竖井地基的固结过程合理化，探究人员在竖井地基固结观念角度上完成了大规模任务，获得了许多成就.Carrillo［7］简化了砂井地基固结方程，使得竖井地基固结问题能够首先各自核算径向固结与坚向固结，之后综合获得地基总体固结度.1948 年Barron［8］最初针对非井阻与涂抹效果的竖井地基固结实施推断.Yoshikuni［9］等以Biot固结理论为基础，得到了考虑径向和竖向组合渗流的解答.高木俊介公布了逐步加荷条件下砂井地基固结的核算方式，这种方式和Terzaghi 公布的近似修正法相比更加准确，但该方法使用范围更加广泛.由最初的Terzaghi 一维固结理论进步到Biot的真三维固结理论，再到之后Barron 公布了砂井的固结理论，在这一过程中有不同的人针对固结理论给出了不同观点，但在实际工程中，专家们更多的是使用Terzaghi 与Barron 的固结理论，之后再综合修正系数加以修正.此外现在的各种关于真空预压的规定均使真空荷载等效当做堆载实施沉降预测.一方面因为上述理论计算方面，工程经验较多，另一方目前其他理论尚未成熟，计算稍显复杂，难以满足工程需要，而有限元进行三维计算由于建模难度以及土体本构及参数选取问题未能广泛使用.3 固结计算实际工程中，荷载大多是分级加载.分级加载下，工程中常用的地基固结度计算主要有下列两种方法.3.1 改进的太沙基法基本思想为:各级荷载增量导致的固结进程是各自实施的;各级荷载为在加载起讫时间的中点一次瞬时加足的;其中各点时间的总平均固结度为此时每个级别荷载作用下固结度的加和.改进的太沙基法表达式为:公式中加荷修改之后的平均固结度;表示多级加荷修改之后的平均固结度; 表示瞬间加荷的平均固结度，ti，ti-1 为指的是第i 级加荷的开始与结束时间;Δp 为指的是第i 级荷载增加量.3.2 改进的高木俊介法依照巴伦原理，利用多级等速加荷使砂井地基在径向与垂直向条件下推断出其平均固结度的精准值，其主要优点为无需精确求取瞬时加荷条件下的地基固结度，能直接求取已修正的平均固结度，可适用于多种排水条件，具有通用性.修正后的平均固结度为:式中，α，β 的计算公式可根据不同的排水条件，查表得到.4 实例分析建筑场地为近年新淤积的海滩，含水量高，压缩性大，抗剪强度低，采用预压法进行地基加固.软弱土层厚度为12m，下部为不透水层.竖向排水通道采用塑料排水板，规格为100mm3.5mm，三角形布置，间距1.2m，穿透受压土层.经过室内土工实验获得相关指标，竖向固结系数是1.1×10－3cm2/s，径向固结系数是2.6×10－3 cm2/s.加载计划为0d ～20d，加荷50kPa;30d ～50d，加荷50kPa;70d ～90d，加荷40kPa;110d ～120d，加荷30kPa;140d ～160d，加荷20kPa.塑料排水板换算直径，塑料排水板径向排水范围的等效直径，井径比，根据改进的高木俊介法在Excel 中输入了公式，编制了相应的表格，计算了160d 各级荷载的固结度，如表1 所示.表1 各级荷载固结度加载级数加载大小(kPa)单级荷载开始时间(d) 单级荷载终止时间(d) 工程结束时间(d)加载速率(kPa/d)单级荷载固结度1 50 0 20 160 2.50 26.31%2 50 30 50 160 2.50 26.27%3 40 70 90 160 2.00 20.76%4 30 110 120 160 3.00 14.51%5 20 140 160 160 1.00 5.20%总固结度93.04%5 结论(1)本文论述了预压法在处理地基方面的发展过程，解释了真空预压与堆载预压的巩固原理，对真空预压巩固进行了深度估算，真空预压区地下水位的变化情况以及正负压联合作用机理还有待进一步研究.并从应力变化，加压系统的设计，处理深度等比较了两者加固机理的不同点.(2)目前研究者提出了许多竖井固结理论，考虑了不同的模型简化问题，但在工程实践中工程师们仍然广泛的使用Terzaghi 和Barron 固结理论然后结合修正系数进行修正方法.更加符合实际，更能满足工程设计需要的固结理论需要进一步研究.(3)介绍目前常用的固结计算方法，它们在长期被使用，积累了大量的经验.并通过工程实例，运用改进的高木俊介法进行了计算.手算过程略显复杂，故本文编制了Excel 表格进行计算.参考文献:［1］唐羿生，矫德全，杨玉玺.真空联合堆载预压加固软基试验研究［J］.港口工程，1986，06:4－15.［2］ Tang M，Shang J Q，CHU J，et al.Vacuum Preloading Consolidation of Yaoqiang Airport runway［J］.Ground and Soil Improvement，2004:44. ［3］陈环，鲍秀清.负压条件下土的固结有效应力［J］.岩土工程学报，1984，6(5):39－47.［4］阎澍旺，陈环.用真空加固软土地基的机制与计算方法［J］.岩土工程学报，1986，8(2):35－43.［5］ Leong EC，Soemeitro RM，Rchardjo H.Soil Improvement by Surcharge and Vacuum Preloading［J］.Geotechnique，2000(5):601－605. ［6］龚晓南，岑仰润.真空预压加固软土地基机理探讨［J］.哈尔滨建筑大学学报，2002，35(2):7－10.［7］ Carrillo N.Simple Two and Three Dimensional Cases In the Theory of Consolidation of Soils［J］.Journal of Mathematics and Physics，1942，21(1):1－5.［8］ Barron R A.Consolidation of Fine－grained Soils by Drain Wells ［J］.1900.［9］ Yoshikuni H，Nakanodo H.Consolidation of Soil by Vertical Drain Wells with Finite Permeability［J］.Soil and Foundations，1974，14(2):35－46.。
龚晓南地基处理若干问题的几点思考.
1+1=？
岩土工程规范问题 概念统一问题
1+1=？
1+1 如：真空预压+堆载预压；土工布+砂井
土钉与锚杆；土钉与水泥土挡墙
1+1（的效果）﹥2（1的效果+1的效果） 少数
1+1（的效果） =2
地基处理若干问题的思考
岩土工程学科特点 学科特点对地基处理的影响 复合地基的形成条件 路堤下桩体复合地基性状 地基处理优化设计和综合应用 1+1=？ 岩土工程规范问题 概念统一问题
地基处理若干问题的思考
岩土工程学科特点
学科特点对地基处理的影响 复合地基的形成条件 路堤下桩体复合地基性状 地基处理优化设计和综合应用 1+1=？ 岩土工程规范问题 概念统一问题
为了改善柔性基础下复合地基性状，充分发挥 桩体的承载潜能，应在复合地基加固区上设置 刚度较大的垫层，如土工格栅加筋垫层，灰土 垫层等。
不加垫层的，桩土相对模量较大的复合地基在 柔性基础下应慎用。
路堤下复合地基设计的几点意见
将建筑基础下复合地基计算方法照搬到路堤下复 合地基的计算是不妥的，也是不安全的
路堤下复合地基设计还要满足稳定分析要求
为了改善路堤下复合地基性状，应设置刚度较大 的垫层，如灰土垫层，或土工格栅加筋垫层等
路堤下复合地基计算采用的参数应与建筑基础下 采用的参数不同
桩承堤法
土工 格栅
路堤
承台 软土层
桩
硬土层
地基处理若干问题的思考
岩土工程学科特点 学科特点对地基处理的影响 复合地基的形成条件 路堤下桩体复合地基性状
排水固结施工方法
先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排水带。
2）膜下管道施工
真空管路的连接应严格密封，在真空管路中应设置止回阀和截门。
滤水管应设在砂垫层中，其上覆盖厚度100～200mm的砂层。
滤水管采用钢管或塑料管，外包尼龙纱或土工织物等滤水材料。水
平向分布滤水管可采用条状、梳齿状及羽毛状等，滤水管布置宜形成
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）堆载施工
质量检验
❖ 一、施工观测
❖
排水固结法的施工观测是保障安全施工和有效加固地基的重要手段，
施工当中常进行的观测和检测项目包括：孔隙水压力观测、沉降观测、边
桩水平位移观测、地基土物理力学指标检测。
❖ （1）孔隙水压力观测
❖ （2）加荷速率的控制与优化
❖ 1) 有效应力途径法
❖ 2) u／P比值控制法
❖ （3）沉降与边桩水平位移观测
❖ （4）卸荷标准
❖ 预压到某一程度后可卸载，卸载标准为：
固结度及沉降计算
输入 输入 输入
输入 输入
处理方式
加荷时间
路基 填高
h （m ）
填筑土 重度
（KN/m ³）
超载 高度
△ h(m)
加荷 速率 总荷载 qi Σ△ （Kpa p(Kpa) /d)αΒιβλιοθήκη Cv（垂 Ch（水β
直固结 平固结 系数 ㎡ 系数㎡
/d） /d）
Fr
F
涂抹区 水平渗 透系数
Ks
qw（竖 井纵向 通水量 （cm³ /s）
s（涂 砂层 抹区直 的渗 径ds与 透系 竖井直
数 径dw的 比值)
5E-08 5E-08 18 2.2049 19 2.1961 2.77 0.01599 4.98 1E-08
25
2
9.8E-08 6.5E-08 2.5 2.2838 20.6 2.2761 2.77 0.0006 5.05 2E-08
1.3 0.07 0.1 0.004 1.365 270 0.396
1.3 0.07 0.1 0.004 1.365
270 0.505 0.901
不考虑 井阻及
涂抹
考虑井 阻及涂 涂抹 井阻
抹
输入 输入 输入
（可取 （1/5 ～ 1/3Kh ）
塑排板 输入 砂井计 算
可取＝ 2.0～ 3.0， 对中等 灵 敏粘性
水平渗 垂直渗 H
透系数 透系数 （软
Kh
Kv 土厚
（cm/s （cm/s 度，
Fn
井径 Fn(n>1 比n 5)
Fs
）
） m）
?塑排板预压考虑井阻涂抹计算时将系数中的fn用f代替计算公式里面t4代替04输入输入输入输入输入处理方式加荷时间路基填筑土填高重度hknmm?加荷超载速率总荷载高度qikpapkpahmdcv垂直固结系数dch水平固结系数d第0天第90天51921478133081001000674000674排水板排水板第0天第30天第30天第90天341919191267133081001000727000758133081001000727000758计算公式里面t4代替04不考虑井阻及涂抹考虑井阻及涂涂抹井阻抹可取1513kh塑排板输入砂井计算可取2030对中等灵敏粘性输入输入输入水平渗透系数khcms垂直渗h透系数软kv土厚cms度mfn井径fnn1比n5fsfrfs涂qw竖涂抹区砂层抹区直井纵向水平渗的渗径ds与通水量透系数透系竖井直cm?ks数径dw的s比值1e082525e085e081822049192196127700159949898e0865e0825228382062276127798e0865e0825228382062276127700006505000065052e082e08252522输入输入输入de砂井有效影响范围直径126输入塑排塑排桩间板当板宽距d量直度径dp塑排板厚度t天u120070100042700824130071300701000413650100041365270039627005050901
建筑地基处理技术规范2012
1总则1.0.1为了在地基处理的设计和施工中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定本规范。
1.0.2本规范适用于建筑工程地基处理的设计、施工和质量检验。
1.0.3地基处理除应满足工程设计要求外，尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源等。
1.0.4建筑工程地基处理除应执行本规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
经处理后的地基计算时，尚应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007 的有关规定。
2术语和符号2.1术语2.1.1地基处理ground treatment提高地基强度，改善其变形性质或渗透性质而采取的技术措施。
2.1.2复合地基composite foundation部分土体被增强或被置换，形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。
2.1.3地基承载力特征值characteristic value of subgrade bearing capacity由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。
2.1.4换填垫层cushion挖去表面浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实形成的垫层。
2.1.5加筋垫层reinforced cushion在垫层材料内铺设单层或多层水平向加筋材料形成的垫层。
2.1.6预压地基preloading foundation对地基进行堆载预压或真空预压、或联合使用堆载和真空预压，形成的地基土固结压密后的地基。
2.1.7堆载预压drift preloading对地基进行堆载使地基土固结压密的地基处理方法。
2.1.8真空预压vacuum preloading通过对覆盖于竖井地基表面的不透气薄膜内抽真空排水使地基土固结压密的地基处理方法。
2.1.9压实地基compacted foundation利用平碾、振动碾或其它碾压设备将填土分层密实的处理地基。
土塑性力学龚晓南课后答案
土塑性力学龚晓南课后答案由直剪实验得到的抗剪强度线在纵坐标上的截距、与水平线的夹角分别被称为：[单选题] *（A）粘聚力、内摩擦角(正确答案)（B）内摩擦角、粘聚力（C）有效粘聚力、有效内摩擦角（D）有效内摩擦角、有效粘聚力答案解析：直剪实验不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力，所以不能获得有效抗剪强度指标，三轴压缩试验能严格控制排水条件，能量测孔隙水压力，试样的破坏面为真正的薄弱面，能获得有效抗剪强度指标。
抗剪强度线在纵坐标上的截距为粘聚力（内聚力），与水平线的夹角为内摩擦角。
固结排水条件下测得的抗剪强度指标适用于： [单选题] *（A）慢速加荷排水条件良好地基(正确答案)（B）慢速加荷排水条件不良地基（C）快速加荷排水条件良好地基（D）快速加荷排水条件不良地基答案解析：三轴压缩试验分为固结排水、不固结不排水和固结不排水三种剪切试验方法，固结排水是在施加周围压力时允许排水固结，待固结完成后，再在排水条件下施加竖向压力至并待试样剪切破坏。
由此可见，慢速加荷排水条件良好地基与固结排水试验条件接近。
当摩尔应力圆与抗剪强度线相离时，土体处于的状态是： [单选题] *（A）破坏状态（B）安全状态(正确答案)（C）极限平衡状态（D）主动极限平衡状态答案解析：当摩尔应力圆与抗剪强度线相离时，说明土体中任一面上所受剪应力均小于土的抗剪强度，土体处于安全状态；当摩尔应力圆与抗剪强度线相切时，说明土体在切点所对应的面上所受剪应力等于土的抗剪强度，土体处于极限平衡状态；当摩尔应力圆与抗剪强度线相交时，土体处于破坏状态。
某土样的排水剪指标Cˊ =20 kPa ，ˊ = 30 ，当所受总应力 1 =500kPa ， 3 = 1 20kPa 时，土样内尚存的孔隙水压力u＝ 50kPa ，土样所处状态为： [单选题] *（A）安全状态（B）破坏状态(正确答案)（C）静力平衡状态（D）极限平衡状态答案解析：土体用有效应力表示的极限平衡条件为 1 ˊ = 3 ˊtan 2 （ 45 + ˊ/2） + 2 Cˊ（tan45 + ˊ/2），式中： 1 ˊ、 3 ˊ分别为有效最大、最小主应力（有效应力σˊ=σ-u 。
浅谈“排水固结法+强夯法(结合井点降水)”在地基处理中的应用
浅谈“排水固结法+强夯法(结合井点降水)”在地基处理中的应用摘要：本文以长江下游某码头工程后方陆域形成地基处理为例，浅谈“排水固结法+强夯法（结合井点降水）” 综合处理方法在后方陆域回填地基处理中的应用，为类似工程软基处理提供借鉴。
关键词：排水固结法+强夯法地基处理应用Abstract: This paper taking the lower reaches of the Yangtze River Wharf Engineering rear land formation foundation as an example, on the” drainage consolidation method combining with dynamic consolidation method (a combination of well point precipitation )” integrated processing in rear land backfill ground processing application, for similar project soft base processing to provide reference.Key words: drainage consolidation method and dynamic compaction foundation treatment; application;前言地基处理技术发展至今，已经成为一门综合性的应用科学技术，如何经济合理地解决好地基处理问题，在工程建设中具有重要意义。
本文根据笔者参与某码头工程建设管理的实践，阐述“排水固结法+结合强夯法（结合井点降水）”地基加固综合处理技术在本工程中的应用情况和处理效果。
1 工程概况长江下游某码头工程堆场总面积为33.32万m2，道路面积为18.14万m2,地基需要加固的总面积为50.34万m2。
排水固结计算
排水固结计原始数据输入项单位袋装砂井直径d w=7cm砂井间距L=140cm砂井深度H1=2000cm加荷时间t=1E+07s土的固结系数Cv=Ch=0.0018cm²/s受压土层厚度H=3000cm砂井以下剩余土层厚度H2=1000cm土层的天然抗剪强度τf0=16kPa土的内摩擦角 υ=15度预压荷载总压力σz=100kPa安全系数 K=1.3基底压力P=120kPa第i层中点土自重应力所对应的孔隙比e0i=1.28第i层中点土自重应力和附加应力之和相对应的孔隙比e1i=1.12第i层厚度 Δhi=7m(通常堆载预压取m=1.1~1.4；真空预压取m=0.8~1.0)m=1.2砂料渗透系数kw=0.02cm/s土层水平向渗透系数k h=1E-07cm/s涂抹区土的渗透系数ks=kh/5=2E-08cm/s(不考虑井阻和涂抹作用时取S=1，考虑时取S=2)S=2一级荷载加荷量q1=60kPa二级荷载加荷量q2=40kPat0=0天t1=10天t2=30天t3=40天t=120天（1）单向压缩固结沉降计算第i层的压缩量 Δsi=(e0i-e1i)*Δhi/(1+e0i)=0.49总压缩量为S c=∑_(i=1)^n式中e0i—第i层中点土自重应力所对应的孔隙比；e1i—第i层中点土自重应力和附加应力之和相对应的孔隙比；Δhi—第i层厚度e0i和e1i从室内固结试验所得的e-σ'c曲线上查得。
（2）最终沉降S∞的计算最终沉降量 S∞=mSc=0.59瞬时沉降量 Sd=S∞-Sc=0.10荷载作用下地基沉降随时间的发展式 St=Sd+Ut*Sc=1.55（不考虑井阻和涂抹影响）瞬时加荷（砂井未打穿土层）等效圆直径 de=1.05L=147袋装砂井纵向通水量qw=kw*πd²w/4=0.769井径比 n=de/dw=21井径比 n=de/dw=21径向固结时间因数 Th=Ch*t/de²=0.86与井径比n有关的参数 Fn=In（n）-3/4=2.29与井径比n有关的参数 Fn=[n²*In（n）/n²-1]-[(3n²-1)/4n²]=2.30井阻影响 Fr=（π²H²/4）*（kh/qw）=1.28竖向固结时间因数 Tv=Cvt/H²=0.0021涂抹扰动影响 Fs=（kh/ks-1）*InS=2.77径向排水平均固结度 Ur=1-e^-8*Th/Fn=0.95综合影响参数 F=Fn+Fr+Fs=6.35竖向排水平均固结度 Uz=1-[（8*e^-π²*Tv/4）/π²]=0.19α=8/π²=0.81竖向地基总的平均固结度 Urz=1-(1-Ur)*(1-Uz)=0.96β=(8Ch/Fde²)+(π²Cv/4H²)=0.0092第一级荷载的平均加荷速率为 q'1=Δq1/Δt1=6第二级荷载的平均加荷速率为 q'2=Δq2/Δt2=4竖向排水距离 H＇=(1-aQ)H=1082.46第一级荷载固结度Ut1=q'1/Δσz*[(t1-t0)-(α/β)*e^-βt*(e^βt1-e^βt0)=0.43Q=H1/(H1+H2)=0.67第一级荷载固结度Ut3=q'2/Δσz*[(t3-t2)-(α/β)*e^-βt*(e^βt3-e^βt2)=0.25βr=8*Ch/Fn*de²=2.89482E-07Ut=Ut1+Ut3=0.68βz=π²*Cv/4*H²=4.9298E-10a=1-√βz/（βr+βz）=0.96Tv=Ch*t/H'²=0.016砂井以下土层平均固结度 U'z=1-[（8*e^-π²*Tv/4）/π²]=0.22整个土层的平均固结度 Ut=Q*Urz+(1-Q)*U'z=0.71抗剪强度 τft=τf0+Δσz*Ut*tan υ=34.7承载力P≈5.52*τft/K≈147.2地基承载力计算结果满足设计要求固结计算砂井以下土层的平均固结度计算计算预压完成后地基抗剪强度及承载力砂井范围土层平均固结度计算平均固结度计算（考虑井阻和涂抹影响）二级等速加荷（砂井打穿土层）。
第5讲 排水固结法
u
5.2 排水固结原理和计算理论
u
st u u U 1 s
加压系统
堆载预压 降水预压 真空预压 联合预压
5.2 排水固结原理和计算理论
原位自重应力 s 建筑物附加应力 z 预加压力 t=(1.2~1.5) z （超载预压法） 堆载预压法加固原理
p
Cu1 (Cu Cu' 1 )
(η-折减系数)
o
t
5.2 排水固结原理和计算理论
3、计算P1作用下达到固结度70％所需的时间（可由 固结度与时间的关系求得）——确定第二级荷载开 始施加的时间。 4、根据Cu1计算第二级所施加的荷载P2。 P2＝5.52cu1/k 5、计算P2作用下地基固结后强度值Cu2。
5.2 排水固结原理和计算理论 求解，得到
U t 1 (1 U zt )(1 U rt )
—固结度
增加井径dw 与减小间距de 哪个有效？
re de —井径比 n rw d w
其中
U zt f (Tv ) U rt f (Tr , n)
cvz t Tv 2 H cvr t Tr 2 de
5.2 排水固结原理和计算理论
7、地基土的抗滑稳定性验算
采用条分法计算抗滑力矩与滑动力矩之比定义 为抗滑稳定系数。
工程实例1：
某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系数为 1.8×10-3cm2/s，受压土层厚20m，袋装砂井直径700mm，呈 等边三角形排列，间距1.4m，深度20m，底部不透水，砂井 打穿受压土层。预压荷载总压力为100kPa，分两级等速加 载，如下所示，计算堆载预压120d后，地层的平均固结度。 （不考虑竖井井阻和涂抹影响）。
真空预压排水固结法设计及计算详细
8
2
,
8ch Fde2
2cv
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。
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 )，3 Nhomakorabea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
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。
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。
• 根据上述观测资料综合分析，判断地基稳定性。
• 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。
石油化工钢储罐地基与基础施工及验收规范SH∕T3528-2005
3.1.4条参考《建筑地基基础施工质量验收 规范》GB50202 第4.1.5条制定。
对灰土地基、砂和砂石地基、土工合成材料地基、 粉煤灰地基、强夯地基、注浆地基、预压地基， 其竣工后的结果（地基强度或承载力）必须达到 设计要求的标准。检验数量，每单位工程不应少 于3点，1000m2以上工程，每100m2应至少有1点， 3000m2以上工程，每300m2至少有１点。每一 独立基础下至少应有1点，基槽每20延米应有1点。
3.2.5
土方开挖工程的质量标准应符合表 1 规定。
本条文与竖向工程施工验收规范5.1.10条 数据略有不同。
3.2.8 填方施工过程中应检查排水措施。填方应 分层进行，当设计文件无要求时，每层厚度及压 实遍数应符合表2的规定。
本条文与竖向工程施工验收规范5.3.7条 相同。
3.2.9 回填土不得用淤泥、泥炭、耕土、膨胀土、 冻土及有机杂质含量超过5%的土料，回填土宜为 最优含水量，填料若用碎石，碎石粒径不宜大于 50 mm。 填土中的含水量是影响压实效果的重要因素。 土粒间含有适量水，可在压实过程中起润滑作用。 含水量过大，土体处于饱和状态，而水又是不 可压缩的，施加的压实功的一部分为水所承受， 则土体不可能压实。最优含水量时，土最易压实。
a ）钢筋混凝土环墙（环梁）圆周（中心圆）长度大于 40 m时，在钢筋连续的原则下，宜留后浇缝分段浇注；
b）环墙（环梁）上表面砼应一次压光，不得二次抹灰； c）环墙上排水孔的排水坡度不小于 3%，由里向外，收 水口采用粒径不小于30 mm的卵石滤水； d）后浇缝宽度宜为500 mm～900 mm（见图3），待环 墙（环梁）混凝土养护28 d后，将接缝处混凝土表面凿毛 或均匀涂刷粘结剂；垫层压实过程中适当洒水有利于压实。
双面排水条件下未打穿竖井地基固结计算
双面排水条件下未打穿竖井地基固结计算
周开茂;谢康和;应宏伟;来方勇
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2007(041)001
【摘要】通过在竖向排水井底面以下土层中设置虚拟砂井,得到了双面排水条件下考虑土层三维渗流从而更符合实际情况的解析解.根据所得解编制了计算程序,分析了在双面排水情况下未打穿竖向排水井地基的固结性状,并与单面排水情况进行了比较,比较显示双面排水使未打穿砂井地基固结速率大为提高.同时,以此解为基准,对现有未打穿竖向排水井地基平均固结度近似计算公式和方法进行了较为详细的比较,得出了现有近似计算公式及方法适用的范围.
【总页数】6页(P151-156)
【作者】周开茂;谢康和;应宏伟;来方勇
【作者单位】浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学,岩土工程研究所,浙江,杭州,310027;宁波机电工业研究设计院,浙江,宁波,315012
【正文语种】中文
【中图分类】TU470
【相关文献】
1.未打穿竖井地基中竖井长度的计算方法和影响因素分析 [J], 陈俊生;王国新
2.未打穿半透水下卧层的竖井地基固结解析研究 [J], 王瑞春;童恺旻;赖泉水
3.变荷载作用下未打穿竖井地基固结分析 [J], 任昌真
4.未打穿竖向排水井地基固结理论 [J], 谢康和;周开茂
5.复杂荷载作用下考虑下卧层三维渗流的未打穿竖井地基固结分析 [J], 耿雪玉;蔡袁强;徐长节
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《固结度计算例题》
整理课件
t1=10
t2=30
t3=40
整理课件
解题：
对逐渐加载条件下的竖井地基平均固结度的计算， 规范采用的是改进的高木俊介法
（该公式理论上是精确解，无需先计算瞬时加载条 件下的固结度，再根据逐渐加载条件进行修正，而 是两者合并计算出修正后的平均固结度，而且公式 适用于多种排水条件，可应用于考虑井阻及涂抹作 用的径向平均固结度计算）。
本题受压土层平均固结度包括两部分：径向平均固 课本
P41
结度和向上竖向排水平均固结度。按下式计算：
公式
•
（3.13）
n
U t i 1
q i p[T (i整T 理i 课1件) et(eT i eT i 1)]
整理课件
整理课件
固结度计算例题2
• 地基为淤泥粘土层，水平向渗透系数kh=1×10-7cm/s， Ch=Cv=1.8×10-3cm2/s，砂料渗透系数kh=2×10-2cm/s，涂 抹区土的渗透系数kh=0.2×10-7cm/s。取s=2，袋装砂井为 等边三角形排列，间距l=1.4m，深度H=20m，砂井打穿 受压土层。预压荷载总压力p=100kPa,分两级等速加载， 如下图所示。（受压土层厚度20m,袋装砂井直径 dw=70mm）
对逐渐加载条件下的竖井地基平均固结度的计算规范采用的是改进的高木俊介法该公式理论上是精确解无需先计算瞬时加载条件下的固结度再根据逐渐加载条件进行修正而是两者合并计算出修正后的平均固结度而且公式适用于多种排水条件可应用于考虑井阻及涂抹作用的径向平均固结度计算
固结度计算例题1
地基为淤泥粘土层，固结系数Ch=Cv=1.8×10-3cm2/s，受 压土层厚度20m,袋装砂井直径dw=70mm,袋装砂井为 等边三角形排列，间距l=1.4m，深度H=20m，砂井打 穿受压土层。预压荷载总压力p=100kPa,分两级等速加 载，如下图所示。
排水固结计算
排水固结计算排水固结计原始数据输入项单位袋装砂井直径d w=7cm砂井间距L=140cm砂井深度H1=2000cm加荷时间t=1E+07s土的固结系数Cv=Ch=0.0018cm2/s受压土层厚度H=3000cm砂井以下剩余土层厚度H2=1000cm土层的天然抗剪强度τf0=16kPa土的内摩擦角υ=15度预压荷载总压力σz=100kPa安全系数 K=1.3基底压力P=120kPa第i层中点土自重应力所对应的孔隙比e0i=1.28第i层中点土自重应力和附加应力之和相对应的孔隙比e1i=1.12 第i层厚度Δhi=7m(通常堆载预压取m=1.1~1.4；真空预压取m=0.8~1.0)m=1.2 砂料渗透系数kw=0.02cm/s土层水平向渗透系数k h=1E-07cm/s涂抹区土的渗透系数ks=kh/5=2E-08cm/s(不考虑井阻和涂抹作用时取S=1，考虑时取S=2)S=2一级荷载加荷量q1=60kPa二级荷载加荷量q2=40kPat0=0天t1=10天t2=30天t3=40天t=120天（1）单向压缩固结沉降计算第i层的压缩量Δsi=(e0i-e1i)*Δhi/(1+e0i)=0.49总压缩量为S c=∑_(i=1)^n式中e0i—第i层中点土自重应力所对应的孔隙比；e1i—第i层中点土自重应力和附加应力之和相对应的孔隙比；Δhi—第i层厚度e0i和e1i从室内固结试验所得的e-σ'c曲线上查得。
（2）最终沉降S∞的计算最终沉降量S∞=mSc=0.59瞬时沉降量Sd=S∞-Sc=0.10荷载作用下地基沉降随时间的发展式 St=Sd+Ut*Sc=1.55（不考虑井阻和涂抹影响）瞬时加荷（砂井未打穿土层）等效圆直径 de=1.05L=147袋装砂井纵向通水量qw=kw*πd2w/4=0.769井径比 n=de/dw=21井径比 n=de/dw=21径向固结时间因数 Th=Ch*t/de2=0.86与井径比n有关的参数Fn=In（n）-3/4=2.29与井径比n 有关的参数 Fn=[n2*In（n）/n2-1]-[(3n2-1)/4n2]=2.30井阻影响Fr=（π2H2/4）*（kh/qw）=1.28竖向固结时间因数 Tv=Cvt/H2=0.0021涂抹扰动影响 Fs=（kh/ks-1）*InS=2.77径向排水平均固结度 Ur=1-e^-8*Th/Fn=0.95综合影响参数 F=Fn+Fr+Fs=6.35竖向排水平均固结度 Uz=1-[（8*e^-π2*Tv/4）/π2]=0.19α=8/π2=0.81竖向地基总的平均固结度 Urz=1-(1-Ur)*(1-Uz)=0.96β=(8Ch/Fde2)+(π2Cv/4H2)=0.0092第一级荷载的平均加荷速率为q'1=Δq1/Δt1=6第二级荷载的平均加荷速率为q'2=Δq2/Δt2=4竖向排水距离 H＇=(1-aQ)H=1082.46第一级荷载固结度Ut1=q'1/Δσz*[(t1-t0)-(α/β)*e^-βt*(e^βt1-e^βt0)=0.43Q=H1/(H1+H2)=0.67第一级荷载固结度Ut3=q'2/Δσz*[(t3-t2)-(α/β)*e^-βt*(e^βt3-e^βt2)=0.25βr=8*Ch/Fn*de2=2.89482E-07Ut=Ut1+Ut3=0.68βz=π2*Cv/4*H2=4.9298E-10a=1-√βz/（βr+βz）=0.96Tv=Ch*t/H'2=0.016砂井以下土层平均固结度U'z=1-[（8*e^-π2*Tv/4）/π2]=0.22整个土层的平均固结度 Ut=Q*Urz+(1-Q)*U'z=0.71抗剪强度τft=τf0+Δσz*Ut*tan υ=34.7承载力P≈5.52*τft/K≈147.2地基承载力计算结果满足设计要求固结计算砂井以下土层的平均固结度计算计算预压完成后地基抗剪强度及承载力砂井范围土层平均固结度计算平均固结度计算（考虑井阻和涂抹影响）二级等速加荷（砂井打穿土层）。
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涂抹区直 径与竖井 直径比
土层水平 固结系数
土层竖向 固结系数
砂井深度
dw
Kw
m
cm/s
0.07
Kh 10-7cm/s 0.02
Ks
S
10-7cm/s
1
0.2
Ch
Cv
H
cm2/s cm2/s m
2 0.0018 0.0018
20
U rz
1 (1 Ur )(1 Uz )
1
8 2
e(
8Ch Fnde2
42HC2v
)t
8 (
8Ch
Fd
2 e
4
2Cv H2
)t
U 1 e rz
2
竖井未打穿受压层平均 固结度计算
U QUrz (1 Q)Uz
1、理想 井固结计 算(竖井 打穿受压 土层)
公式
公式 公式 公式
输入 输入
1
8 2
e 4
2Cv H2
t
Ur
1 e
8Ch Fnde2
t
UZ
1
8 2
e
4
2Cv H2
t
Ur
1
e
8Ch Fde2
t
F Fn Fs Fr
竖井以下部分土层的平均固结 度
Uz
公式 径向排水固结
Ur
输入
径向参数 α
α
公式 径向参数β β
公式
公式
井径比有关参 数
井径比
CFhn
n
0.950279826
输入 公式
第1级荷载开始 加载时间
第2级加荷 完成时间
第2级加荷开始 时间
计算固结度时 间点
第1级加荷 完成荷载值
第2级加 荷完成荷 载值
各级荷载 累加值
t0
t3
t2
t
P1
P2
P
天
天
天
天
KN
KN
KN
0
40
30
120
60
40
100
t(天)
p（KN/m2）
0
0
10
60
30
60
40
100
120
100
120 100
de
L
Fs
Kh
Ks
S
ds
dw
Fr
m
m
10-7cm/s 10-7cm/s
m
m
1.47
1.4 2.772589
1
0.2
2 0.14 0.07 1.282283
输入' 公式' 输入' 输入' 公式 公式 公式 公式 输入
袋装砂井 直径
等效圆直 径
砂井间距
固结时间
砂层以下 固结度
未打穿土 层段竖向 排水距离
概念
竖井地基固 竖向排水 竖向固结 竖向固结参数 竖向排水 土层竖向
结度
固结 参数α β
距离 固结系数
物理参数 Urz
Uz
α
β
H
单位
m
0.96015963 0.198708 0.810569 1.11033E-09
Cv
Ur
cm2/s
20 0.0018
2、非理 想井固结 计算
公式
公式 公式 公式
输入' 输入'
dw
m
21
0.07
输入'
公式
输入'
土层竖向固结 系数
径向排水 固结
径向参数α
Cv
cm2/s
Ur
α
0.0018 0.9502798
公式
输入
公式 公式
径向参数β
土层水平固 结Байду номын сангаас数
井径比有 关参数
井径比
β
Ch
Fn
n
cm2/s
1 2.89482E-07 0.0018 2.302009
21
输入
输入
输入
输入
输入
80 60 40 20
0 0
20
40
输入 输入
砂井间距 固结时间
L
t
m
天
1.4
120
公式' 输入' 公式 输入 公式 公式 输入 输入 公式
等效圆直 径
砂井间距
涂抹扰动 有关参数
原状土渗 透系数
涂抹区土 的渗透参 数
涂抹区直 径与竖井 直径比
涂抹区直 径(一般 为成孔直
袋装砂井 直径
井阻影响 参数
1
8 2
e(
8Ch Fnde2
2Cv 4H2
)t
8 (
8Ch
Fd
2 e
2Cv 4H2
)t
U 1 e rz
2
竖井未打穿受压层平均 固结度计算
U QUrz (1 Q)Uz
竖向排水平均固结度 计算
径向排水固结计算
竖向排水平均固结度 计算
径向排水固结计算
竖井部分土层的平均固结度
U rz
UZ
概念
竖井地基固 竖向排水 竖向固结 竖向固结参数 竖向排水 土层竖向
结度
固结 参数α β
距离 固结系数
物理参数 Urz
Uz
α
β
H
单位
m
0.73009483 0.198708 0.810569 1.11033E-09
Cv
Ur
cm2/s
20 0.0018
3、竖井
未打穿受
压土层平
均固结度
的计算
公式
公式 公式 公式
公式 输入'
概念
砂井未打穿 受压层平均 固结度
竖井地基 固结度
竖向排水 固结
竖向固结参数 α
竖向固结 砂井竖向 参数β 排水距离
物理参数 U
U rz
Uz
α
β
H
单位
m
0.69242122 0.96016 0.198708 0.810569469 1.11E-09
20
4、逐级
加荷条件
下地基固
结度的计
算（96页
例题：
0~10天均
匀加载到
60KN/m2,
10~30天
固结，
30~40天
均匀加载
40KN/m2,
40~120天
固结）
公式
公式 公式 公式
公式 输入
第1级加 第1级加
概念
t时刻多级 荷对各级 荷对各级 等速加荷修 荷载累加 荷载累加 第1级荷载加载 正后的地基 值而言的 值而言的 速率 平均固结度 平均固结 平均固结
第2级荷 第1级加
载加载速 荷完成时
率
间
度
度
物理参数 Ut
U1
U2
q1
q2
t1
单位
kn/m2/d
kn/m2/d 天
0.68156571 0.430405 0.251161
6
4
10
理想井排水条件固结 度的计算
非理想井排水条件固 结度的计算（考虑井 阻效应及施工对周围 土涂抹和扰动作用）
U rz
1 (1 Ur )(1 Uz )
砂井间距
α
β
F
Fn
Fs
Fr
n
1/d
0.810569 0.009164 6.349394 2.294522 2.772589 1.282283
de
L
m
m
21 1.47
1.4
图表标题
系列1
40
60
80
100 120 140
输入 输入
输入'
砂料渗透 土层水平渗透 系数 系数
固结时间
Kw
Kh
t
cm/s
10-7cm/s
竖井地基 固结度的 计算（分 别求出竖 向排水固 结度及径 向排水固 结度，然 后求出整 个竖井影 响范围内 的土样平 均固结 度） 一、瞬间 加载条件 下竖井地 基固结度 的计算 （若软土 层较厚时 可不计竖 向排水固 结）
瞬间加载条件下竖井 地基固结度的计算
理想井排水条件固结 度的计算
非理想井排水条件固 结度的计算（考虑井 阻效应及施工对周围 土涂抹和扰动作用）
天
0.02
1
120
输入 公式
公式
公式 公式
竖井部分 竖井以下压缩 土层厚度 层范围厚度
参数βz
参数βr
竖向固结 时间因素
H1
H2
m
m
20
βz
βr
Tv
10 4.9348E-10 2.89E-07 0.015926
输入 输入
输入
公式 输入 输入 输入 输入
袋装砂井 直径
砂料渗透系数
土层水平渗透 系数
涂抹区土 的渗透参 数
参数Q
参数a
受压层厚 度
dw
de
L
t
Uz
H1
Q
a
H
m
m
m
天
m
m
0.07 1.47
1.4
120 0.156944 10.82506 0.666667 0.958747
30
公式 公式 公式 公式 公式 公式 公式 公式 输入
参数α
参数β
综合参数
井径比有 关参数
涂抹扰动 有关参数
井阻影响 参数
井径比
等效圆直 径
1 2.89482E-07 2.3020087