地基处理 第四章 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。
排水固结法的原理
排水固结法的原理排水固结法是一种通过排水来加速土壤固结并降低地基沉降的工程处理方法。
它的原理是通过有效排水将地下水位降低，使土壤颗粒间的水分压力减小，从而引起土壤的固结。
在土壤中存在两种主要的水分：排水介质和吸力水。
排水介质是土壤中间隙的水分，它能够排除土壤中的多余水分，并通过排水系统排出。
吸力水则是被土壤颗粒固定的水分，它对土壤的稳定性和固结性质有重要影响。
排水固结法的原理可以分为排水阶段和固结阶段。
在排水阶段，采用合理的排水系统将排水介质从土壤中排出，降低土壤中的含水率和地下水位。
此时，土壤颗粒间的吸力水通过毛细作用逐渐被抽离，土壤颗粒之间的接触力得到增加，土壤团粒变得更加紧密。
排水过程中也会带走一部分颗粒与水经过筛网，这种淘洗作用将土壤中的粉状颗粒带走，使土壤结构的稳定度增加。
随着排水的进行，土壤中吸力水的减少使得土壤的孔隙压缩，颗粒之间的接触力增大，土壤的固结效应逐渐显现。
在水分排出后，土壤中存在若干气体和颗粒间的有机物、胶体物等杂质。
这些物质在排水后容易与土壤颗粒结合并沉积，从而进一步增加土壤的密实度。
在固结阶段，土壤的有效应力逐渐增加，土壤的压实程度也逐渐增大。
土壤的孔隙随着颗粒之间的接触而消失，土壤的导水能力进一步减小，使地下水位进一步下降。
同时，土壤的体积也逐渐减小，从而引起地基的沉降。
排水固结法的原理是基于排水和土壤固结之间的紧密联系。
通过排水可以有效地减小土壤中的水分压力，改变土壤的物理性质，使土壤颗粒间的接触力增大，从而加快土壤的固结过程。
通过控制排水的速度和水位的降低，可以实现对土壤的有效固结和地基沉降的控制。
需要注意的是，排水固结法的应用需要充分考虑地下水对地基的保护作用。
如果地下水起到承压支撑地基的作用，过快地排水可能会导致地基下沉和破坏。
因此，在进行排水固结处理时，需进行合理的排水方案设计和施工监控，以确保地基的安全稳定。
地基处理工程施工—排水固结法(地基与基础工程施工)
知识点4.3.2排水固结法分类一、按照荷载施加方法的不同，可分为一、按照荷载施加方法的不同，可分为::堆载预压、真空预压排水固结法分类堆载预压真空预压在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。
加载预压加水预压是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。
真空--堆载联合预压法真空加压系统砂垫层塑料排水带袋装砂井普通砂井水平排水体竖向排水体降低地下水法真空法堆载法电渗法排水固结法排水系统在堆载预压法和真空预压法，都需要设置竖向排水体。
普通砂井普袋装砂井大样塑料排水板4.3.3施工工艺流程知识点4.3.3知识点1铺设水平排水砂垫层3施加固结压力目录2竖向排水体施工施工工艺流程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虑，主要应重视以下三个环节:: Array➢铺设水平垫层➢设置竖向排水体➢施加固结压力01铺设水平排水砂垫层输入文本一、铺设水平排水砂垫层（一）材料：渗水好的砂料、常用级配良好的中粗砂厚度。
30~50cm厚度。
（二）厚度：一般应选用30~50cm（二）厚度：一般应选用：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆然后用推土（三）垫层施工（三）垫层施工：机或人工摊平02竖向排水体施工输入文本二、竖向排水体施工03施加固结压力输入文本三、施加固结压力（一）堆载加压注意事项：1.堆载预压的材料2.堆载面积3.超软地基的堆载预压4.加荷速率4.3.1排水固结法的概念和知识点4.3.1知识点适用范围1排水固结法概念3应用目录2适用范围排水固结法的概念和适用范围依据土的固结理论，黏性士固结所需时间与排水距离的平方成正比。
01排水固结法概念输入文本一、排水固结法概念排水固结法亦称预压法，是利用地基土排水固结的特性，通过增设各种排水体（排水垫层、砂井、塑料排水带等），并施加预压荷载，以加速饱和软黏土固结过程的一种软土地基处理方法。
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
地基处理4 排水固结法
37
（3）竖向排水体的布置范围 （4）地表排水砂垫层设计
38
4.4 4.4.1
真空预压法作用原理 真空预压法与堆载预压法不同的是加压系统， 两者排水系统基本相同。真空预压法是通过在砂 垫层和竖向排水体中形成负压区，在土体内部与 排水体间所形成的压差，迫使软土地基中水排出，
39
40
4.4.2 1 2 3 4
4 排水固结法
本章教学要求 了解排水固结法的概念及适用范围；了解排水 固结法的加固原理和计算理论;掌握堆载预压法、真 空预压法的设计计算及其施工方法；熟悉排水固结 法的现场检验与竣工质量检验的目的、方法、内容 和操作要求。
1
4.1 4.1.1 4.1.2
排水固结法系统构成 排水固结法由排水系统和加压系统两大部分 组成。排水系统由竖向排水体和水平向排水体构 成。竖向排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排 水板，水平排水体为砂垫层。
20
2 一般预压荷载大小取建筑物的基底压力值。 超载预压法时，其预压荷载大于基底压力值。 （1）正常加载预压的计算
21
22
23
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（2）超载预压的计算
30
31
32
4.3.3 1）竖向排水体材料选择
33
34
2 3 (1)竖向排水体直径
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(2)竖向排水体排列形式与间距
真空预压法计算内容
41
4.4.3
真空-堆载联合预压法设计
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43
4.5 4.5.1 1 （1）砂井施工 （2）袋装砂井施工
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（3）塑料排水带施工
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2 3
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。
第四章 排水固结法
排水固结法的适用条件，除了要有砂 井 (袋装砂井或塑料排水带)的施工机械 和材料外，还必须要有:1)预压荷载;2)预 压时间;3)通用的土类等条件。预压荷载 是其中的关键问题。
第四节 施工方法（施工自学，后有录像观看）
一、堆载预压施工方法 主要做好以下三个环节:铺设水平排水垫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、 设置竖向排水体和施加固结压力。 1 水平排水垫层的施工 l）垫层材科2）垫层尺寸3）垫层施工 二、竖向排水体施工 要求：1)保持砂井连续和密实，并不出现 缩颈现象2)尽量减小对周围土砂井施工的扰 动3)砂井的长度、直径和间距应满足设计要 求
软基堆载预压
现场打塑料排水板
真空预压法地基处理
真空联合堆载法
排水固结法是由排水系统和 加压系统两部分共同组成。
• 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。
• 加压系统指对地基施行预压的荷载，它使
地基土的固结压力增加而产生固结。 • 其材料有固体（土石料等）、液体 （水等） 真空负压力荷载等。 • 排水固结法一般根据预压目的选择 加压方法：1)减少沉降;2)提高承载力
2 袋装砂井施工 (1)施工机具 (2)砂袋材料的选择 (3)施工要求 3 塑料排水带施工 (1)塑料排水带材料 (2)塑料排水带性能 (3)塑料排水带施工 1)插带机械 2)塑料排水带导管靴与械尖
二、真空预压施工方法
(一)真空预压 1 加固区划分 2 工艺设备 3密封系统 4抽气阶段施工要求与质量要求
排水系统和加压系统相辅相成
排水系统中如没有加压系统，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，强 度不能及时提高，加载也不能顺利 进行。
地基处理-排水固结法p(1)
地基处理-排水固结法p(1)地基处理-排水固结法地基处理是指对土壤进行加固、稳定处理的工程技术。
在土建工程中，土壤的性质是非常重要的因素，不同的土壤在面对荷载和环境条件的时候，表现不尽相同。
为了确保工程的稳定和安全，需要对地基进行适当的处理，而排水固结法则是广泛应用的一种实用方法。
一、排水固结法概述排水固结法是一种通过控制土壤水分来实现地基加固的方法。
其主要原理在于，通过排除土壤内部的多余水分，来使土壤达到一定的稳定状态。
通俗地说，就是把水分“挤出来”。
在土壤水分减少的情况下，土壤粘结力增大，地基的荷载能力也随之提高。
二、排水固结法的作用排水固结法的主要作用在于提高地基的荷载能力和稳定性。
同时，通过排除土壤中的多余水分，还能改善土壤的工程性质，增加土壤的压缩性和稠度，有效地控制地基沉降，提高土壤的强度和稳定性。
三、排水固结法的分类排水固结法可以根据不同的排水方式，分为水平排水法和垂直排水法。
水平排水法适用于需降低水位的区域，其目的是迫使地下水自然流动，达到降低水位的效果。
而垂直排水法则通过在土壤中设置垂直排水系统，将土壤内的多余水分排泄到地表，以实现排水固结的目的。
四、排水固结法的实施实施排水固结法时，首先需要确定工程所在的区域土壤性质和含水情况。
然后根据实际情况，选择合适的排水方式和排水系统，并在土壤中设置相应的排水材料和设备。
需要注意的是，在排水固结的过程中，还需要进行周期性监测，以保证加固效果的稳定和可持续性。
五、排水固结法的适用范围排水固结法适用于以下情况：1. 土壤含水率较高，需要排水以提高土壤的稳定性和荷载能力。
2. 土壤性质较弱，需要采取加固措施以确保地基的安全稳定。
3. 工程面积较大，需要采用较为经济的加固方案。
4. 工程施工周期较长，需要采用可持续性的加固方法。
综上所述，排水固结法是一种简单、经济而有效的地基处理方法，可以在保证工程稳定和安全的同时达到节约成本、提高工程效率等多重效果。
地基处理——排水固结法
地基处理——排水固结法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，通过加压和排水的共同作用,使饱和软土排水固结,消除大部分沉降,提高土体密实度和强度一种加固方法。
它由排水系统和加压系统组成。
常用的排水系统、加压系统见下图：堆载预压是传统的排水固结加固软土地基的方法,是依靠大量的堆载料的荷载达到排水的作用。
真空预压法广泛采用塑料排水板作为竖向排水通道,以砂垫层、砂沟和排水滤管作为横向排水通道,铺膜,采用真空泵将土体中的水、气混合物抽出,达到软土加固的效果。
真空联合堆载预压法是在真空预压的基础上,在密封膜上加铺堆载料,以增加外荷的方法,加快软土的固结,增加地基的承载力。
真空预压与堆载预压相比,它不需要堆载料,施工简便且快,可降低工程造价三分之一、节约能源三之一、缩短加固时间三分之一。
在港口工程中,从20 世纪80 年代后期开始,主要采用的加压系统是真空预压、真空联合堆载预压，其次是堆载预压。
2.加固机理排水固结法加固软土地基的机理是设排水系统,改善排水边界条件,缩短排水路径,加速排水,在加压系统作用下，孔隙水排出,孔隙水压力降低并转化为有效应力的增加,土体固结,消除大部分沉降而提高密实度和强度,而且卸除预压荷载后,虽会产生些微回弹,但大部分压缩变形为不可逆的塑性变形,土体相对加固前处于超密实状态,从而可有效提高地基的承载能力和减少沉降量。
土体的排水固结是一个复杂的过程。
其固结度和固结速度与固结压力大小、作用时间长短、排水距离、土的渗透系数等因素有关,其中土的工程性质取决于土的颗粒组成和土同水相互作用的性质。
软粘土的工程性质主要与次生矿物中粘土矿物(它粒径一般小于0.005mm,俗称粘粒)有关。
而由粘土矿物不同的晶体构造和排列形式形成的土颗粒与水的相互作用将引起土颗粒周围结合水的复杂变化,并对土的塑性、压缩性、膨胀性、渗透性和强度等产生重要影响。
颗粒很细的粘粒使土的比表面积增大、粒间隙小、渗透性差。
排水固结
2、抽气抽水系统和密封膜设计
设 计 内 容
抽气抽水系统由水平向分布滤管、真空管路和真空泵组成铺设密封膜， 能否形成封闭系统是真空预压法成败关键之一。膜内真空度应稳定维 持在650mmHg以上，且应分布均匀。
3、固结度与时间
土体固结过程中水平位移方向 堆载法 真空法 竖井深度范围内土层的平均固结度应大于90％，达到相同的固结度， 向堆载四周 向加固区中心 间距越小，所需时间越短。
普通砂井 n=6~8
袋装砂井 塑料排水带
n=15~22
4、排水砂垫层设计
砂垫层用于连通各砂井以使水排出工程场地外。 砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层， 以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。
竖向排水体的布置范围 一般要比建筑物大一些， 砂垫层采用中粗砂。 砂垫层厚度一般≥500mm， 向外增大2～4m，以利 含泥量≤3％。 水下施工时为1000mm. 于提高地基稳定性，减 小侧向变形引起的沉降。
t
具体步骤：
1、利用地基的天然抗剪强度计算第一级允许施加的荷载p1
p1 1 B D 5 cu 1 0.2 1 0.2 D K A B
2、计算第一级荷载下地基强度增长值 cu1 cu cu p1 U tancu cu 3、计算p1作用下达到所确定固结度与所需时间 4、根据第二级所得的地基强度计算第二级所施加的荷载p2 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 6、计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期的沉降量。
第四章 排水固结
定义：排水固结法，亦称预压法，是对天然地基 采取措施，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结变 形，同时强度逐步提高的方法。
采取的措施—— 增设排水条件 施加预压荷载 这也是排水固结法必须满足的两个基本要素
(整理)第四章排水固结法
第四章排水固结法第一节概述我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。
这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。
在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。
另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。
所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。
排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，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，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。
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。
排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。
加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。
设置排水系统则是为了改善地基原有的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，从而加速地基土的排水固结进程。
如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。
反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。
因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。
当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。
当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。
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′；
地基处理之排水固结法
• 设计要点: • (1)排水竖井得间距可按堆载法选用。(2)
砂井得砂料应选用中粗砂,其渗透系数应 大于 1×10-2cm/s。 • (3)真空预压区边缘应大于建筑物基础轮 廓线,每边增加量不得小于 3 0m。每块预 压面积宜尽可能大且呈方形。 • (4)真空预压得膜下真空度应稳定地保持 在650mmHg以上,且应均匀分布,竖井深 度范围内土层得平均固结度应大于 90%。
继续保持安静
• (一)选择塑料排水带或砂井,确定其断面尺寸、间 距、排列方式和深度;
• (1)排水竖井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水 带。普通砂井直径可取 300~ 500mm,袋装砂井直 径可取 70~120mm。塑料排水带得当量换算直径 可按下式计算:
dp
2(b )
• 式中 dp———塑料排水带当量换算直径 (mm);b———塑料排水带宽度 (mm);δ———塑 料排水带厚度 (mm)。
30
• 式中:τf1——p1作用下,经过一段时间,地基 中某点得抗剪强度;τf0——地基土得天然 抗剪强度,由十字板剪切试验测定;∆τfc— —该点由于固结而增长得强度,通常取固 结度为70%;η——土体由于剪切蠕动而 引起强度衰减得折减系数,可取0、75~0、 9 ,剪切力大取低值,反之取高值。
3
• 加压系统就是指对地基施加得荷载。 • 排水系统与加压系统总就是联合使用得。 • 目前,实际工程中应用较多得排水固结
法有砂井(塑料排水板)加载预压和砂井(塑 料排水板)真空预压。 • 排水固结一般适用于饱和软粘土、吹 填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土 及泥炭土地基。应用范围包括路堤、仓库、 罐体、飞机跑道及轻型建筑物等。
12
• (2) 排水竖井得平面布置可采用等边三角形或
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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• Ut=90% • Tv=0.848 • t=1.38年
• 常规一维太沙基固结时间长，工程中往往工 期很紧？这时候怎么办？
• 工程中如何解决工后沉降问题？
加压系统
s
d
排水系统
排水预压
排水系统 加压系统
竖向排水
水平排水 堆载法 真空法
预压排水法系统组成 （a）排水系统（b）加压系统分类
通过预压，减少由结构荷载产生地基沉降或工后沉 降是十分显著 地基中设置排水系统，固结过程加快，地基强度增 加和变形稳定周期显著缩短 若在预压荷载作用下，地基中土体固结应力增加至
pb= pa+p， 当pb＞pd时，称为超载（surcharge）预压 当pb≤ pd时，则称为一般预压(等载预压）
超载预压时，对应结构荷载，地基土体应力水平处 于超固结状态 超载预压加固效果相对更佳，尤其对于次固结变形 （有机质含量较高的淤泥质土）相对较大的地基， 可以有效降低蠕变特性对地基沉降的不利影响。
• 例题
• 设厚度为10m的粘土层边界为上下排水，均 匀荷载192.6kPa，初始孔隙比0.9，渗透系 数k=2.0cm/年=6.3×10-8cm/s，压缩系数 a=0.025×10-2/kPa，试求：1）加荷1年后 地基沉降量，2）加荷后历时多久，粘土层 固结度达到90％？
• S=a/(1+e)szH=26.3cm • Cv=k(1+e)/a/gw=4.88×10-3cm2/s • Tv=0.616
第四章 排水固结法
讲授：邓永锋博士
预压排水法：是对天然地基，或先在地基中设置 竖向排水井（Prefabricated Vertical Drains－ PVDs），然后在预压荷载（Preloading）作用下， 加速饱和软粘土地基固结 适用于饱和的、渗透性低的、软土埋藏较深的软 弱粘性土地基加固 工作机理，加速渗透固结，缩短沉降周期，降低 工后沉降，提高地基承载力 应用范围：广泛用于路基填筑工程，工业和民用 建筑以及机场跑道工程
i0
exp( Ai2Cvt /(2L)2 ) Ai2
其中
Ai (2i 1)
Barron(1948)根据等应变条件，其水平向固 结度的计算公式为
Ur
1 exp( 8Tr Fn
)
其中
Tr
Crt
d
2 e
Fn
n ln n n2 1
3n 2 1 4n 2
Carrillo（1942）根据前述分离变量原理，解得：
Uz
1
8
2
2
exp( 4
Tv )
1
8
2
exp(
2Cz
排水预压法加固原理
预压排水法原理与计算
一、预压排水法原理
预压排水法加固地基原理可以采用elogp 压缩曲线和pf强度曲线说明。 初始地基自重应力状态对应pa和土体初始 孔隙比ea 预压固结应力pb= pa+p，对应固结完成 时应孔隙比降低到eb
实际结构荷载作用下，土体中相应固结
应力为pd。
水平向固结系数。 Cr 2.94 10 3 cm2 / s 求在均 匀荷载下，预压3个月后的固结度。
解 1. 竖向固结度Uz计算
因为是双面排水，垂直向最大渗径H=750cm
TV
Czt H2Βιβλιοθήκη 1.5 10 3 750 2
3 30 86400
0.024
式中的第一项，则有
算，并乘以一折减系数=0.751.0。即：
dw
2(b )
最新研究表明，塑料排水板折角等对当 量直径有折减。更简单、更适用的一种换算 方法（Rixner et al，1986）
dw
b
2
式中 b，—分别为PVDs的宽度和厚度。
二、砂井固结理论
砂井（或塑料排水板）地基的固结度计算属于 三维问题。 在轴对称条件下，单元井固结课题，Rendulic －Terzaghi固结理论
1 U (1 U r )(1 U z )
或
U 1 (1 U r )(1 U z )
卡里罗定律
例题 饱和软粘土层厚度2H=15m，其下卧砂层。
砂井穿透该土层，进入下卧砂土层。
砂井直径dw=30cm， 平面布置为等边三角形，间距s=2.5m。
地基土的垂直向固结系数 Cz 1.5 10 3 cm2 / s
普通砂井直径一般为，d w 300 mm ~ 500 mm
设计参数径井比
n
de dw
一般采用n=68；
袋装砂井直径一般为 d w 70mm ~ 100 mm ，径
井比一般为n=1530。
塑料排水板（PVDs）采用当量直径的概念，
径井比一般为n=1530。
PVDs当量直径根据等排水面积原理计
历史
Before 1920’s, the use of preloading was unsystematic;
1930’s,sand and wick vertical drains were made ; In the early 1940’s, preloading began to be used
u
2u
2u 1 u
t
CV
z 2
Cr ( r 2
r
) r
采用分离变量原理，则上式可分解成
u z t
CV
2u z 2
ur t
C
r
(
2 r
u
2
1 u ) r r
竖向固结的求解，可以采用Terzaghi解答，其固结 度的计算公式为
U z
18
解决软基的沉降：沉降在加载预压期间完成 稳定性：地基强度增长
• 考虑砂井/塑料排水板的二维固结问题
等面积元原理，竖向排水井影响圆直径de与 排水井间距s关系如下
等边三角形布置
de
2 3 s 1.05s
矩形布置
de
4 s 1.13s
d
h=0.87s de
d de
s s
竖向排水井平面布置和影响范围 （a）梅花形布置（b）矩形布置
for highway engineering in USA; 1945~1965,PRELOADING WAS USED WIDRLY IN USA; Since 1965, increased even more and
encompassed large development site;
太沙基固结