地基处理 第四章 排水固结法
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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 H2
1.5 10 3
750 2
3 30 86400
0.024
式中的第一项，则有
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
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：
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。
u
2u
2u 1 u
t
CV
Fra Baidu bibliotekz 2
Cr ( r 2
r
) r
采用分离变量原理，则上式可分解成
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CV
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ur t
C
r
(
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u
2
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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
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。
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
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
Uz
1
8
2
2
exp( 4
Tv )
1
8
2
exp(
2Cz
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
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
• 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
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
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
• Ut=0.817 • St=21.5cm
• 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
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 H2
1.5 10 3
750 2
3 30 86400
0.024
式中的第一项，则有
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
i0
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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
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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：
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。
u
2u
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采用分离变量原理，则上式可分解成
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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
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。
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
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
Uz
1
8
2
2
exp( 4
Tv )
1
8
2
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2Cz
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
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
• 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
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
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
• Ut=0.817 • St=21.5cm
• 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