排水固结法地基处理讲义
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第4章 排水固结法 Chapter 4 Consolidation
4.1 概 述
排水固结法（Consolidation）是处理软 粘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。
水力坡 降线 A
B
预压法的设计，实质上是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安 排加压系统与排水系统，使地基在预压过程中 快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑 物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增 加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的 稳定性。
4.3 堆载预压法设计计算 4.3 Design Procedure of Preloading
（1）排水系统 由水平排水垫层和竖向排水
体构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋 装砂井或塑料排水板。
（2）加压系统 即是起固结作用的荷载，它
使地基土的固结压力增加而产生固结。
工程上广泛使用且行之有效的增加固结压 力的方法是堆载法，此外，还有真空法、 降低地下水位法、电渗法和联合法。
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。
(2)真空预压加固机理
真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后， 在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂 垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再 用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度， 利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应 力，以利于土体排水固结。
真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘 性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于 在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没 有采取隔断措施时，不宜采用该法。
u
U u 1 u
t 0 时， u 0 U 0
0 t 时， u 0 U 1
t 时， u 0 U 1
4.2 排水固结法的加固机理
(1)堆载预压加固机理
堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排 水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级 逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预 压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结， 地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。
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。
一wenku.baidu.com堆载预压的计算步骤
因软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建筑 物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必 须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足 以加下一级荷载时才可加下一级荷载。具体计算步 骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划， 然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降，其 步骤如下：
排水固结法分类
根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加 固地基的方法：
美国跨越金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路 堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa，其固 结时间将需要30—40年，为了支撑路堤和加速所 预计的2m沉降量,采用如下方案：
1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均 匀沉降；
1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容
许施加的荷载p1，对饱和软粘土可采用下列公式估
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。
排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和 冲填土等饱和粘性土地基。
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。
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。
抽水井管
抽水前水位线
抽水后水位降落线
滤水管
降水预压原理
(4) 电渗预压加固机理
电渗预压是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， 将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层 的压缩固结。电渗预压与降水预压一样，是在总应 力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的 有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆载作为 预压荷载，也不会使土体发生破坏。
砂井堆载预压法
基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用 钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在 砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系 统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力， 使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平 砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承 载力之目的 。 主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、 码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积 地基则不适用。
2、使用轻质填料以减轻荷载；
3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；
4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等 。
4.2 排水固结法的加固机理
土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体 随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长， 这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消 散、有效应力增长的过程。
4.1 概 述
排水固结法（Consolidation）是处理软 粘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。
水力坡 降线 A
B
预压法的设计，实质上是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安 排加压系统与排水系统，使地基在预压过程中 快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑 物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增 加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的 稳定性。
4.3 堆载预压法设计计算 4.3 Design Procedure of Preloading
（1）排水系统 由水平排水垫层和竖向排水
体构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋 装砂井或塑料排水板。
（2）加压系统 即是起固结作用的荷载，它
使地基土的固结压力增加而产生固结。
工程上广泛使用且行之有效的增加固结压 力的方法是堆载法，此外，还有真空法、 降低地下水位法、电渗法和联合法。
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。
(2)真空预压加固机理
真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后， 在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂 垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再 用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度， 利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应 力，以利于土体排水固结。
真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘 性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于 在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没 有采取隔断措施时，不宜采用该法。
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4.2 排水固结法的加固机理
(1)堆载预压加固机理
堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排 水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级 逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预 压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结， 地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。
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。
一wenku.baidu.com堆载预压的计算步骤
因软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建筑 物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必 须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足 以加下一级荷载时才可加下一级荷载。具体计算步 骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划， 然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降，其 步骤如下：
排水固结法分类
根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加 固地基的方法：
美国跨越金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路 堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa，其固 结时间将需要30—40年，为了支撑路堤和加速所 预计的2m沉降量,采用如下方案：
1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均 匀沉降；
1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容
许施加的荷载p1，对饱和软粘土可采用下列公式估
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。
排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和 冲填土等饱和粘性土地基。
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。
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。
抽水井管
抽水前水位线
抽水后水位降落线
滤水管
降水预压原理
(4) 电渗预压加固机理
电渗预压是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， 将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层 的压缩固结。电渗预压与降水预压一样，是在总应 力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的 有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆载作为 预压荷载，也不会使土体发生破坏。
砂井堆载预压法
基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用 钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在 砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系 统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力， 使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平 砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承 载力之目的 。 主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、 码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积 地基则不适用。
2、使用轻质填料以减轻荷载；
3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；
4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等 。
4.2 排水固结法的加固机理
土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体 随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长， 这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消 散、有效应力增长的过程。