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。
排水固结法地大
03
排水固结法的实施步骤
准备工作
现场调查
对施工场地进行详细调查，了 解地质条件、水文气象等环境
因素。
制定方案
根据调查结果，制定详细的排 水固结法施工方案。
清理场地
对施工区域内的杂物、障碍物 进行清理，确保施工顺利进行 。
设备与材料准备
根据方案需要，准备相应的排 水固结法施工设备和材料。
布置排水系统
对土质有一定要求
对于一些渗透性较差的土质，排水固结效果可能不太理想。
可能引起地面隆起或侧向变形
在排水过程中，如果土体中的水压力过大，可能会导致地面隆起或侧 向变形。
改进方向
优化排水系统设计
通过优化排水系统的设计，提高排水效率， 减少排水通道堵塞的可能性。
采用复合排水固结法
将排水固结法与其他地基处理方法相结合， 以提高处理效果。
案例二：某建筑工地的地基处理
总结词：有效加固
详细描述：某建筑工地在施工前对软弱地基进行处理，采用排水固结法进行加固，显著提高了地基的承载力和稳定性，保证 了建筑工程的安全和质量。
案例三：某工业园区的土壤改良
总结词
改善土壤质量
详细描述
某工业园区为了改善土壤质量，采用排水固结法进行土壤改良，有效提高了土壤的渗透性和强度，为 园区的可持续发展提供了保障。
排水固结法的应用领域
软土地基处理
排水固结法广泛应用于软土地基 处理，如河流、湖泊、沼泽等地
区的土体加固。
填海工程
在填海工程中，由于填海材料的压 缩性较大，排水固结法可以有效地 提高填海区域的承载力和稳定性。
地下工程
在地下工程中，如地铁、隧道等， 排水固结法可以用于提高地基的承 载力和稳定性。
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
排水固结法
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：
2 堆载预压法设计计算
2.1 堆载预压的计算步骤
1. 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。 一般可按斯开普顿极限荷载的半经验公式作初步估算：
p1
1 K
5 cu (1
0.2
B)(1 0.2 A
D) D
B
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
排水路径
l
de
l
de
正方形排列时： de
4 l 1.13l
4. 砂井的布置范围:
不小于建筑物基础外缘的范围。
5. 砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的 渗流水。砂垫层的厚度不小于0.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂 料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。预压区边缘应设 排水沟，预压区内应设与砂垫层相连的排水盲沟，间距不宜大于20m
2 堆载预压法设计计算
预压期间沉降量的计算：
sT Ut s f
其中 Ut 为地基平均固结度在竖向排水情况下，采用太
沙基固结理论计算；对于布置竖向排水体的地基，采用 沙井固结理论。
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： （1）每一级荷载所引起的固结过程是独立 的，与上一级荷载引起的固结度无关；
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。
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
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31
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
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。
(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。
地基处理第八章排水固结法
02
预压荷载大小应根据设计要求确定。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理，超载量大小应根据预压时间内要求完成的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加应力。预压荷载顶面的范围应等于或大于建筑物基础外缘所包围的范围。
加载速率应根据地基土的强度确定。当天然地基土的强度满足预压荷载下地基的稳定性要求时，可一次性加载，否则应分级逐渐加载，待前期预压荷载下地基土的强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性要求时方可加载。
计算预压荷载下饱和粘性土地基中某点的抗剪强度时，应考虑土体原来的固结状态。对正常固结饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下式计算： τft= τf 0 +⊿σz·Uttancu 式中 τft — t 时刻，该点土的抗剪强度 （kPa）； τf 0 —地基土的天然抗剪强度 （kPa）； ⊿σz —预压荷载引起的该点的附加竖向应力 （kPa）； Ut —该点土的固结度； cu —三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角 （ 0）；
02
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。
03
真空预压的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的平均固结度应大于 90%。
04
04
03
01
02
当建筑物的荷载超过真空预压的压力，且建筑物对地基变形有严格要求时，可采用真空—堆载联合预压法，其总压力宜超过建筑物的荷载。
降低地下水位法是利用井点抽水降低地下水位以增加土的有效应力，从而达到加速固结的目的。降水法最适用于砂性和软粘土层中存在砂或粉土的情况。
电渗法是在土中插入金属电极并通过以直流电，使土中水分由阳极流向阴极。如将阳极积集的水排除，土体中孔隙水就会减少，有效应力增大导致沉降固结。
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
排水固结法
第四章 排水固结法排水固结法：是利用天然在地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建筑物自重使土体中孔隙水逐渐排出、土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法，或者利用井点降水，利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加，从而使土体逐渐压密的方法。
排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--⎪⎩⎪⎨⎧联合法电渗法降低地下水位法真空法堆载法加压系统砂垫层水平排水体塑料排水带袋装砂井普通砂井竖向排水体排水系统排水固结 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。
该系统是由水平排水层和竖向排水体构成。
可以由在土中打设的砂井、袋装砂井、或塑料排水带等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成；也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土；当软土层较薄，或土的渗透性较好时，而施工工期允许时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。
加压系统：起固结作用的荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。
根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为：堆载预压法；砂井（袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法；真空（砂井、袋装砂井、塑料排水带）预压法；堆载——真空预压法、降水预压法和电渗法。
降水预压法和电渗法费用较高，在我国工程应用极少。
堆载预压法和砂井预压法的区别：堆载预压法是利用天然地基作为排水系统，其固结排水过程是一维排水过程；而砂井预压法则是在地基中设置了竖向排水体，其固结排水过程为三维排水过程。
如果饱和软土较薄（〈5m 〉或固结系数较大（s cm c v /1022->）或土层内为“千层糕”状土时，则不需要很长时间就可获得较好的预压效果；反之，饱和粘土层比较深厚（10m ），而固结系数又较小（s cm c v /1023-<），则排水固结所需的时间很长，堆载预压的地基就受到了限制，则宜在软土中设置竖向排水体。
排水固结法
排水固结法排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)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上先行加载预压，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。
基本信息•中文名称排水结固法•用于解决地基的沉降和稳定问题•途径荷载作用下•特点空隙比减小排水固结的原理是地基在荷载作用下，通过布置竖向排水井(砂井或塑料排水袋等)，使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。
排水固结法主要用于解决地基的沉降和稳定问题。
为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，设置竖向排水井(砂井或塑料排水袋)，以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成;并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。
排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，但对渗透性极低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。
堆载预压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。
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。
真空预压法真空预压指的是砂井真空预压。
即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。
地基处理：排水固结法
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如果考虑逐级加荷，则时间t 从加荷历时的 一半起算；如为双面排水，H 取土层厚度 的一半。
二、袋装砂井和塑料排水板预压法 用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或 施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保 持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。 近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井 和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井 不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结， 节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。
(一)袋装砂井预压法 目前国内应用的袋装砂井直径一般为70-120mm， 间距为1.0m-2.0m(井径比n约取15-20)。砂袋可采用 聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够 的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂 袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂 应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证 伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。
3）砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或梅花形，在大面 积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为 了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等 面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的 直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：
梅花形布置 正方形布置
de 2 3 l 1.05l
一、砂井堆载预压法 二、袋装砂井和塑料排水板预压法 三、天然地基堆载预压法 四、真空预压法和降水位预压法
一、砂井堆载预压法
软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的 历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中 孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道 (砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水 砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改 善地基渗透性能。
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。
排水固结法68p
抽气前后地下水位降低，此范围内土体由浮重度变为湿重度，土体固结压力 增加。
❖封闭气泡排出，土的渗透性加大。
如果饱和土体中含少量封闭气泡，在正压作用下，该气泡堵塞孔隙，使土 的渗透性降低，固结过程缓慢，但在真空吸力下，封闭气泡被吸出，使土渗透 性增加，固结过程加速。
堆载预压与真空预压在加固机理方面区别： • 1 ．堆载预压法中，土体中的总应力是增加的，而真空预
【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即100kPa的 预压荷载。但在实际工程中，根据目前的技术能力，使地基达到完全真空 是不可能的，一般能达到85～90kPa。
• 下列哪一种或几种预压法不需控制加荷速率?
• (A)砂井堆载预压 (B)堆载 水预压 (E)超载预压
(C)砂井真空预压 (D)降
• 理论上, 真空预压法可产生的最大荷载为：
• (A)50kPa (E)120kPa
(B)75kPa
(C)80kPa
(D)100kPa
【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即100kPa 的预压荷载。
工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为： (A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa
ft f 0 zUt tan cu
• 5) 沉降量计算
• 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结 沉降三部分。
• 瞬时沉降时在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载 作用下立即发生的。
• 固结沉降是由孔隙水的排出而引起土体积减小造成的，占 总沉降量的主要部分。
• 次固结沉降则是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至。次固结的大小与土的性质有关。
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。
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排水固结法排水固结法即指给地基预先施加荷载,为加速地基中水分的排出速率,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,使得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。
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基本完成或大部分完成，使建筑物在使用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。
实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
排水系统是一种手段，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量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。
通过计算确定回填的堆载计划、地基处理分区和施工要求，既经济合理，又满足了施工工期的要求。
排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。
采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。
使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，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部分共同组合而成的。
设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水途径，它由竖向的排水井和水平向的排水垫层构成。
由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板作为竖向排水通道在工程上的应用日益增加，塑料排水板可在工厂制作，运输方便，尤其适合象三门这样的缺乏砂源的地区使用，可同时节省投资。
加压系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差，不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，这不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。
所以，排水系统和加载系统在设计时总是需要结合起来考虑。
根据沉降变形分析计算，采用塑料排水板堆载预压法处理软弱土层，要求将各处理区场地整平后，在滩涂面上铺设一层土工布和0.8m厚的碎石垫层，再插打塑料排水板。
塑料排水板采用SPB-IB型标准排水板，宽度100mm，厚度为4mm，呈梅花形布置，间距1.5m。
排水板的深度应穿透淤泥层的底面，如图1所示。
各地基处理分区所需的塑料排水板见表2。
图1塑料排水板布置图表2各地基处理分区塑料排水板表地基处理分区处理区平面面积(ha)塑料排水板数量(根)处理区场地标高(m)T3-26.5033358约0~4.2T1-27.7739876约-1.0~2.0T2-1-220.48105104约-1.0~2.5合计34.75178338为适应地基处理区和直接回填区地基的变形，防止在分界线处因地基固结程度相差较大而引起的地基开裂和承载力突变，在处理区内靠近直接回填区约20m的范围内，塑料排水板的间距从1.5m过渡到2.0m，其打设深度亦可适当减小。
4堆载计划的确定根据土层特性，计算其在堆载回填预压荷载下的沉降变形量，进而估计达一定固结度的时间及堆载预压后地基强度增长量，以此来评价地基条件，并提出合理的回填堆载计划及地基处理方案。
因施工面较大，故假定大面积堆载。
堆载回填材料为开挖山体的土石方，计算中取岩石堆密度r=17.0kN/m3，回填层平均高度7.0m。
软弱土层（包括淤泥层和淤泥质软粘土）计算层厚14.0m（厂区南侧滩涂），固结系数Ch=Cv=2×10-3cm2/s，Cu=10.0kPa（十字板剪切试验），三轴固结不排水剪土的内摩擦角jcu=10.0°。
4.1最终沉降计算结果回填高度为7.0m时，预压荷载下地基的最终变形为：=1.50m式中：Sf--最终竖向变形量；e0i--第i层中点土自重压力所对应的孔隙比；e1i--第i层中点土自重压力和附加压力之和所对应的孔隙比；hi--第i层土层厚度；x--经验系数，1.1~1.4，荷载较大，地基土较软弱时取较大值。
4.2不采取处理措施的情况根据费连纽斯(Fellenius)公式，天然地基容许施加的第一级荷载P1：=42.83kPa其中：Cu--天然地基的不排水抗剪强度，由现场原位十字板剪切试验结果测定。
K--安全系数。
在P1荷载作用下，固结度U=70%时提高以后地基强度为Cu1：式中：h--为考虑剪切蠕变的强度折减系数；Ut--地基平均固结度；--预压荷载引起的附加竖向压力；相应的所需时间t：=12.11yr由以上计算可知，在允许的P1荷载作用下，达到70%固结度所需的时间长达12.11年之久，无法满足施工工期的要求，而且地基抗剪强度增长不大，仅为37.6%。
堆载厚7.0m，预压5年后地基固结度和强度的增长为17.44kPa，故地基抗剪强度仅提高7.44kPa左右。
结论分析：?在7.0m厚堆载下预压5年后，?软弱土层固结度仅达44.7%，?不?能满足施工时沉降固结的要求；?直接堆载7.0m厚土层，?荷载P0=119kPa＞42.83kPa（第一级容许施加荷载），?地基将发生剪切?破坏；?由以上两点可知，?必须进行地基处理。
考虑到工程特点、地基条件及施工期等各种因素，?采用预压排水固结法处理，?排水系统采用塑料排水板。
4.3采取预压排水固结措施的地基简化方法计算i.采用标ii.准型塑料排水板（宽度b=100mm，iii.厚度d=4mm）排水，iv.排水板施工长度打穿软粘土层，v.即长度为14.0m。
则塑料排水板的换算直径：=66.2mm。
vi.塑料排水板等边三角形布置，vii.间距l=1.5m，viii.则等效圆直径：=1.575m。
ix.计算中进行了一些简化，x.不xi.考虑软弱土层的竖向排水固结，xii.只考虑向内径向排水固结。
第一级容许荷载P1=42.83kPa（堆载厚度H1=2.52m）作用下地基最终沉降量S1=0.65m。
达到90%固结度时的沉降量S1′=0.59m，提高后的地基不排水抗剪强度Cu1=15.12kPa，所需时间计算（此处忽略竖向排水引起的固结度）：=23.8t1=0.273yr=3.28mo重复以上计算，结果列于表3。
表3简化法计算固结沉降量由表3可知，加三级荷载共12.46m厚，大于7.0m（厂平要求需达到的计算回填厚度）和1.50m（最终沉降量）之和。
按最终回填厚度8.50m计算的抗剪强度Cu=29.64kPa。
在插打塑料排水板的情况下，分三级加荷，总堆载高度8.50m，经过0.82年，沉降量为1.50m，固结度达90%，地基的抗剪强度可由原来10.0kPa的提高到29.64kPa。
4.4改进高木俊介法计算改进高木俊介法计算是地基处理规范推荐采用的方法。
塑料排水板的形式和布置如上所述，考虑分级等速加载的条件下，t时间对应总荷载的地基平均固结度Ut：式中：--第i级荷载的加载速率；--各级荷载的加载速率；--分别为第i级荷载加载的终止和起始时间（从零点起算）。
采用改进高木俊介法计算固结沉降量的结果列于表4，相应的地基承载力安全系数如表5。
表4改进高木俊介法计算固结沉降量表5施工期加载地基承载力安全裕度虽然上表中地基承载力的最小安全裕度偏小，最低值为1.0，但考虑到大面积的回填区，由于土层的相互镇压作用，地基不会滑动。
且该值是一个瞬时值，由于塑料排水板良好的排水作用，孔隙水压力消散较快，地基土固结，相应的承载力也会增长。
所以，有理由认为地基是安全的。
4.5两种计算方法的总结和比较采用简化方法与按规范所用的计算结果两者基本一致，如表6所示。
表6简化方法与规范推荐方法计算结果比较项目达90%固结度时间（天）最小安全系数加载方式最终沉降（m）简化方法300（三级）1.2分级瞬时1.50规范推荐方法370（四级）1.0分级等速1.744.6堆载方案根据工程地质条件和回填后场地的用途不同，堆载回填区分成三类：承载回填区、控制回填区、一般回填区。
承载回填区作为建筑物、构筑物承载地基的回填，如T1-2区。
控制回填区作为施工现场区域、施工临建区及设备材料堆场的回填，需进行地基处理的T2-1-2和T3-2属于该区。
一般回填区为备用场地的回填，主要是不须进行地基处理的区域。
堆载均采用开山石料回填，填料级配要求良好，粗石料中最大块体尺寸为500mm，且不超过每层铺设厚度的2/3，石料中500mm块石体积含量不大于20%，回填时要分散布置。
T1-2承载回填区压实系数为0.92～0.95，T2-1-2和T3-2控制回填区压实系数为0.9～0.92。
地基处理区采用塑料排水板堆载预压法处理软土地基，最大堆载高度按8.5m考虑（其中包括回填厚度7m和地基沉降1.5m），分四级加荷，加载厚度分别为2.5m、2.5m、2.5m 和1m。
加载历程见图2，施工加载计划的每一级之间的时间差均可满足土石方开挖施工进度的要求。
第一级堆载厚度包括了0.8m碎石滤水垫层。
为了便于施工操作，每级又可分2层回填，但每层回填高度不能太大，约1~1.5m。
只有第一级全部填完才可开始填筑第二级。
两级之间在同一固定区域的回填时间差应大于4~5个月。
对回填厚度较小的区域，最后一级回填高度须根据场地自然标高和要求的厂平标高且考虑了回填沉降和找平设计的需要确定。
但分级回填荷载的高度仍受2.5m的限制，分级间隔时间也需满足。
图2加载时间历程属于承载回填区的T1-2区顶部1.5m的范围，距建筑物周边1m以内，不得有粒径超过100mm的石块；距建筑物5m内，粗石料回填层每层铺筑厚度为0.75m，并将超过500mm 粒径的石块去除。
5地基处理施工要求回填施工过程中应符合下列要求：鱼、虾塘内的水应提前排干，并清除表面的淤泥和杂物。
在稳定山坡上填方，应清除基底上的植被。
填方施工应接近水平地分层回填和压实，在检验其压实系数和压实范围符合设计要求后，才能进行上层填筑。
按滩涂场地自然坡度，以各施工分区为单元进行场地整平，按10m×10m的方格网验收，整平后的加固区内地面高差在±20cm以内，整平材料为碎石。
碎石垫层含泥量小于3%，渗透系数不小于1×10-2cm/s。
对于塑料排水板要求竖向排通量＞40×10-6m2/s，排水板的滤膜要求采用中长或长丝无纺布，渗透系数＞2×10-2cm/s，有效孔径＜0.006mm，采用自动和粘胶自动包装。
0.8m厚碎石垫层须采用颗粒级配良好且粒径≤50mm的碎石或卵石。
回填前，应对填方基底和已完隐蔽工程进行检查和中间验收，并作好记录。
在下层密实度经检验合格后，方可进行上层施工。
不合适的材料禁止用于堆载回填，包括：泥炭、木材、有机物及易腐烂的材料；易自燃的材料；液限超过80以及塑性指数超过55的粘土、泥浆；含水量大于规范中此种材料允许最大值的材料。