第四章 排水固结法ppt课件
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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
第4章排水固结法
降水预压法
通过降低地下水位，减小 地基中的孔隙水压力，使 土体固结，适用于处理地 下水位较高的软土地基。
加压荷载确定方法
等效荷载法
根据建筑物的荷载和地基的承载力，计算出等效的预压荷载，使地 基在预压期间达到与建筑物荷载作用下相同的固结度。
分级加载法
将预压荷载分成若干级，逐级施加，每级荷载作用下地基达到一定 的固结度后再施加下一级荷载，直至达到设计要求的固结度。
监测与调整
在加压期间对地基进行实时监测，包括沉降、水平位移、 孔隙水压力等指标，根据监测结果及时调整加压荷载或采 取其他措施保证地基稳定。
PART 04
监测与检验方法
监测项目设置及仪器选择
孔隙水压力监测
采用孔隙水压力计进行监 测，以了解排水固结过程 中超静孔隙水压力的变化 情况。
沉降监测
通过沉降板或水准仪进行 监测，以掌握地基的沉降 变形情况。
塑料排水板设计
根据工程要求和地质条件，选择 合适的塑料排水板类型和规格， 确定其布置方式和间距。
竖向排水体设计
普通砂井设计
确定砂井的直径、间距和深度，选择 合适的砂料和施工方法。
袋装砂井设计
根据工程要求和地质条件，确定袋装 砂井的直径、间距、深度和施工工艺 。
施工方法与注意事项
施工方法
根据设计要求和地质条件，选择合适的施工机械和方法，如静压法、振动法或 射水法等。
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第4章排水固结法
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目 录
• 排水固结法基本原理 • 排水系统设计与施工 • 加压系统设计与施工 • 监测与检验方法 • 工程案例分析与讨论 • 发展趋势与展望
第4讲 排水固结法
②地面沉降水平位移：堆载坡脚外加2～3排观测点， ≤4mm/天；
③ u 观测：布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度 处。
4.3.3 超载预压法设计
超载预压法与堆载预压法不同的是如何确定超载预压荷载。
超载预压适合对s有严格控制的工程，σ超载，附加>σ建筑荷载，附加
时，固结后，无 s主，且降低了 s次。
真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。
此外，由于降低地下水位法、真空预压法、电渗法 不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以很软 的粘性地基土也适用。
§4.2 排水固结法加固机理
§4.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是在建筑物建造之前，对地基土进行预 压加载，使其固结沉降基本完成，增大 fk。
（2）改进的高木俊介法
该法是根据砂基固结度计算的巴隆理论推导出来 的，可直接求出修正后的：
∑ ( ) ( ) U
′
t
=
n i =1
qi ∑ Δp
⎡ ⎢⎣
T2i−1 − T2i−2
− α e−βt β
e − e βT2i−1
β T2 i−2
⎤ ⎥⎦
式中， qi —第 i 级荷载的平均加速度率（kPa/d）；
α、β 见表1。
T2i-1, T2i-2的单位为天（d）。
3、影响砂井固结度的几个因素
（1）地基中应力分布及初始孔隙水压力：上述公式
中，均假定u0＝p地面，同时认为整个地基中附加应力σ
相同。一般达不到要求，但当荷载面的宽度等于砂井 的长度时，误差可忽略不计。
（2）关于砂料的阻力：砂料对渗流也有阻力，通常 中粗砂井阻很小，细砂大些；从巴隆理论解知：井径 比n＝7～15，de< H 砂井时，阻力影响很小。
③ u 观测：布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度 处。
4.3.3 超载预压法设计
超载预压法与堆载预压法不同的是如何确定超载预压荷载。
超载预压适合对s有严格控制的工程，σ超载，附加>σ建筑荷载，附加
时，固结后，无 s主，且降低了 s次。
真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。
此外，由于降低地下水位法、真空预压法、电渗法 不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以很软 的粘性地基土也适用。
§4.2 排水固结法加固机理
§4.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是在建筑物建造之前，对地基土进行预 压加载，使其固结沉降基本完成，增大 fk。
（2）改进的高木俊介法
该法是根据砂基固结度计算的巴隆理论推导出来 的，可直接求出修正后的：
∑ ( ) ( ) U
′
t
=
n i =1
qi ∑ Δp
⎡ ⎢⎣
T2i−1 − T2i−2
− α e−βt β
e − e βT2i−1
β T2 i−2
⎤ ⎥⎦
式中， qi —第 i 级荷载的平均加速度率（kPa/d）；
α、β 见表1。
T2i-1, T2i-2的单位为天（d）。
3、影响砂井固结度的几个因素
（1）地基中应力分布及初始孔隙水压力：上述公式
中，均假定u0＝p地面，同时认为整个地基中附加应力σ
相同。一般达不到要求，但当荷载面的宽度等于砂井 的长度时，误差可忽略不计。
（2）关于砂料的阻力：砂料对渗流也有阻力，通常 中粗砂井阻很小，细砂大些；从巴隆理论解知：井径 比n＝7～15，de< H 砂井时，阻力影响很小。
《排水固结法地大》课件
排水固结法的优缺点
优点
缺点
• 成本低，适用范围广。 • 节省施工时间，可用于短期工期要求高的工程。
• 处理效果不稳定，可能会出现新问题。 • 需要选择合适的施工时机和施工技术，否则
处理效果不理想。
排水固结法的实施步骤
前期准备工作 现场施工 后期管理
调查勘测、设计方案、施工图纸制定、材料设备 准备等。
《排水固结法地大》PPT 课件
# 排水固结法地大 了解排水固结法地大的概述、应用、优缺点、实施步骤、成功案例以及展望。
什么是排水固结法地大
解决问题
排水固结法通过控制地下水位，加强地基土体的固结，以解决基础沉降、地面下陷等地基问 题。
原理与作用
排水固结法通过降低地下水位，减小土颗粒受水分子吸引的力，使土颗粒间的摩擦力增大， 形成坚实土体。
开挖坑槽、安装管道、连接排水管、浇灌加固材 料等。
施工验收、效果监测、质量评估、维护管理等。
成功案例
成功案例分析
排水固结法成功解决了某栋建筑物的沉降问题，而 且效果明显且持久。
案例效果展示
排水固结法成功加固了某地基土体，提高了地基的 稳定性和承载能力，确保了工程顺利进行。
排水固结法未来发展前景
未来，排水固结法将会在环保化和智能化的发展趋势下不断得到升级和改进， 成为更加高效、先进、可持续的地基处理技术。
未来可能遇到的挑战
然而，排水固结法在面临复杂地质和地形环境、气候变化等方面可能会遇到 挑战，需要不断探索新的技术和方法，以应对多样化的需求与挑战。
排水固结法的应用1Fra bibliotek建筑物基础处理
2
排水固结法可用于改善建筑物基础承载
能力和抗沉降能力，从而提高建筑物耐
排水固结法
真空预压是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力 来增加有效应力的，这种方法和降水预压一样都是在负超孔 隙水压力下排水固结，因而称为负压固结。
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
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
第四章 排水固结法PPT优质课件
预压时间、预压加载范围等。
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
p1
1 K
Nccu
(1
0.2
b l
)(1
0.2
d b
)
0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
提高以后的地基强度为cu1，
cu1 (cu cu )
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度， cu z Uttgcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一 级荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （Fellenius公式）
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
p1
1 K
Nccu
(1
0.2
b l
)(1
0.2
d b
)
0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
提高以后的地基强度为cu1，
cu1 (cu cu )
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度， cu z Uttgcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一 级荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （Fellenius公式）
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。
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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临时超载 填土
砂垫层
砂井
对沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基。经 超载预压后，如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总应力时，则今后在建筑物荷载作用 下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小次固结变形， 并推迟次固结变形的发生。
可缩短预压时间 Ø超载量应根据预压期间要求消除的变形量通过计算确定， 一般超载应控制小于设计荷载的30％。 Ø预压荷载的分布应与建筑物的设计荷载分布大致相同。加 载范围不应小于建筑基础外缘所包括的范围。
（5）对初步确定的加荷计划应进行每级荷载下地基的稳定 性验算，如稳定性不满足要求，则需调整加荷计划。
（6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉 降量。
目的：确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载 作用下所完成的沉降量已达到设计要求，所剩余的沉降是建 筑物所允许的。
二、超载预压：预压荷载大于永久荷载的情况。
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （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，
第4章 排水固结法 Consolidation
4.1 概述 4.2 排水固结的原理 4.3 堆载预压设计计算 4.4 砂井排水固结设计计算 4.5 真空预压设计计算 4.6 施工方法 4.7 真空-堆载联合预压法 4.8 质量检验
4.1 概述（Introduction）
排水固结法(Consolidation )定义:
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
真空预压地基处理
真空预压管网铺设
排水板真空预压处理剖面示意图
Vertical Wick Drains
芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优Fra bibliotek袋装砂井
排水固结法的设计，主要是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定 竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确 定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地 基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。
预压时间、预压加载范围等。
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
1
bd
p 1K N ccu(10.2l)1 (0.2b)0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
△e
初次加载曲线，在
b
f
外加荷载△σ′＝
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：
目的：确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开始 施加的时间。
（4）根据第（2）步所得到的增长后的地基强度值计算 第二级所能施加的荷载p2。
再同样求出在p2作用下地基达到设定固结度时（70％～ 80％）的抗剪强度cu2以及所需时间。依次类推，可计算以 后各级荷载及其间隔时间，从而制定出初步加载计划。
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
t Tv ·H 2 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 了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱 土层的排水固结。
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。
作用 采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水
固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。
2．稳定问题：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。
原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中 的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生 固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散， 有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。
排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
普通砂井
适用 适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲 填土等饱和粘
性土地基。
排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方 面问题：
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较大 的沉降。
原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力 进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建 筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷 载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于 地基土的容许承载力。
抗剪强度τf
预压后，土体
处于超固结状态，
d
其抗剪强度要比处
f
c
b
于正常固结状态时
a
o
固结压力σc′
的强度高。
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、
提高以后的地基强度为cu1， cu 1 (cu cu)
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度，
cu zU tt gcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一级 荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
（3）计算p1作用下达到所确定固结度（70％～80％）所 需时间。
砂垫层
砂井
对沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基。经 超载预压后，如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总应力时，则今后在建筑物荷载作用 下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小次固结变形， 并推迟次固结变形的发生。
可缩短预压时间 Ø超载量应根据预压期间要求消除的变形量通过计算确定， 一般超载应控制小于设计荷载的30％。 Ø预压荷载的分布应与建筑物的设计荷载分布大致相同。加 载范围不应小于建筑基础外缘所包括的范围。
（5）对初步确定的加荷计划应进行每级荷载下地基的稳定 性验算，如稳定性不满足要求，则需调整加荷计划。
（6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉 降量。
目的：确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载 作用下所完成的沉降量已达到设计要求，所剩余的沉降是建 筑物所允许的。
二、超载预压：预压荷载大于永久荷载的情况。
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （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，
第4章 排水固结法 Consolidation
4.1 概述 4.2 排水固结的原理 4.3 堆载预压设计计算 4.4 砂井排水固结设计计算 4.5 真空预压设计计算 4.6 施工方法 4.7 真空-堆载联合预压法 4.8 质量检验
4.1 概述（Introduction）
排水固结法(Consolidation )定义:
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
真空预压地基处理
真空预压管网铺设
排水板真空预压处理剖面示意图
Vertical Wick Drains
芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优Fra bibliotek袋装砂井
排水固结法的设计，主要是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定 竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确 定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地 基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。
预压时间、预压加载范围等。
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
1
bd
p 1K N ccu(10.2l)1 (0.2b)0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
△e
初次加载曲线，在
b
f
外加荷载△σ′＝
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：
目的：确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开始 施加的时间。
（4）根据第（2）步所得到的增长后的地基强度值计算 第二级所能施加的荷载p2。
再同样求出在p2作用下地基达到设定固结度时（70％～ 80％）的抗剪强度cu2以及所需时间。依次类推，可计算以 后各级荷载及其间隔时间，从而制定出初步加载计划。
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
t Tv ·H 2 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 了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱 土层的排水固结。
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。
作用 采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水
固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。
2．稳定问题：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。
原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中 的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生 固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散， 有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。
排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
普通砂井
适用 适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲 填土等饱和粘
性土地基。
排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方 面问题：
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较大 的沉降。
原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力 进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建 筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷 载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于 地基土的容许承载力。
抗剪强度τf
预压后，土体
处于超固结状态，
d
其抗剪强度要比处
f
c
b
于正常固结状态时
a
o
固结压力σc′
的强度高。
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、
提高以后的地基强度为cu1， cu 1 (cu cu)
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度，
cu zU tt gcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一级 荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
（3）计算p1作用下达到所确定固结度（70％～80％）所 需时间。