排水固结法

2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
井阻和涂抹作用
在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体 的扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个“涂 抹区”，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。
在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产 生的阻力也会影响土层的固结速率。
井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分 显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载205天 后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均 固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.81倍。
施工顺序
二、横向排水体施工 考虑地基土条件采用不同施工方法。
三、加压系统施工 建筑物本身荷载 外加预压荷载（面积、速率、计划） 减小孔隙水压力
5.5 加固效果检验（自学） 5.6 工程案例
作业
某建筑地基的地层为淤泥质黏土，中等灵敏度，固
结系数 Ch Cv 1.8103 cm2 / s ，受压土层厚20m， 袋装砂井为等边三角形排列，间距l＝1.4m，深度
e
e2 s
e1
z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
p
5.2 加固原理（堆载预压法）
排水
普通砂井 袋装砂井 塑料排水板 砂垫层
UZ
1
8
2
exp( 2Tv
/ 4)
Tv
cv H2
t
cv
k (1 e1)
a
砂井
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
5.3排水固结法的设计与计算－堆载预压
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺 寸、间距、排列方式和深度； 二、确定排水砂垫层材料和厚度； 三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载 分级、加载速率和预压时间； 四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑 稳定性和变形
5.3排水固结法的设计与计算－堆载预压 砂井 dw
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
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。
排水固结法
(1)堆载预压法 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) (3)真空预压法 (4)降低地下水位法 (5)电渗排水法
（1）堆载预压
2 1
堆载过快易失稳
分级堆载
竖向排水砂井、塑料排水板
水平排水垫层
真空预压不会失稳
f c tg
（1）堆载预压
等载预压
超载预压
堆载预压的加载速率 p t
数为1.8×10-3cm2/s，受压土层厚20m，袋装砂井直径 700mm，呈等边三角形排列，间距1.4m，深度20m， 底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为 100kPa，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压 120d后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂 抹影响）。
解：
解：
8
(3)真空预压法
密封膜
大气压 大气压
塑料排 水管
真空抽水
真空预压排水固结法
NS真空预压法
NS真空预压法对传统真空预压法进行了改进，不需 要铺设排水砂垫层，在处理场地上打插塑排水板后，每隔 两排塑料排水板布置一条水平管道，并使用连接器将塑料 排水板露出部份紧密连接到水平管道上。
NS真空预压法
无疏水砂层真空预压法适用于大面积软土地基加固， 如机场跑道、公路、港口、码头以及岸堤填海造陆的水下 软土等的地基处理施工，特别是对于吹填土和新近淤泥堆 积的超软土有特别好的加固效果，且节省了铺设砂垫层的 大量投入，真空度传递效果好，具有施工工期短，经济节 约的独特优势。从而使水平向排水板系统和垂直向排水板 系统连成一个有机的整体，铺膜后使用抽真空装置进行真 空预压施工。
t2)
et (et3
et2
)
6 100
(10
0)
0.081 e (e 0.0251120 0.025110 0.0251
e0 )
4 100
(40
30)
0.081 e (e 0.0251120 0.025140 0.0251
e0.025130 )
0.93
7、地基土的沉降计算
s sd sc ss
(4)降低地下水位法
——借助井点抽水降低地下水位，增加土体有效应力 而使得土体得到加固的一种地基处理方法。
(4)降低地下水位法
与堆载预压法相比，不会破坏土体结构，无需控制加 荷速率，可一次降水到预定深度。 缺点：可能会引起邻近建筑物的附加差异沉降，且施 工需要专门设备和专人管理和维修。
3、瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑 涂抹和井阻影响）
4、多级逐级加荷条件下砂井地基固结度计算 （考虑涂抹和井阻影响）
qw
kw
d
2 w
4
qw为砂井竖向通水量，为每单位水力梯度下单位时间的排水量；
kw为砂井的渗透系数，210－3cm/ s
工程实例1： 某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系
加荷速率和加荷大小：取决于地基土的强度和稳
定性
1、利用地基土的天然抗剪强度—第一级容许施 加的荷载P1。
P1＝5.52cu/k
2、计算第一级荷载P1下地基强度值。
p
Cu1 (Cu Cu' 1)
o
t
3、计算P1作用下达到固结度70％所需的时间 （可由固结度与时间的关系求得） ——确定第二级荷载开始施加的时间。 4、根据Cu1计算第二级所施加的荷载P2。
• 井点降水原理视频 • 井点降水施工视频
排水固结法的主要目的：
• 减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间 大部分或基本完成；
• 通过排水固结，加速地基土抗剪强度的增长， 提高地基强度及稳定性；
• 消除欠固结软土地基中桩的负摩阻力，并可消 除竣工后地基的不均匀沉降等。
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
P2＝5.52cu1/k
5、计算P2作用下地基固结后强度值Cu2。
Cu 2 (Cu1 Cu' 2 )
依次按上述步骤，算出各级加荷荷载Pi和加荷 时间，直到超出设计荷载。 6、需进行每一级荷载下地基稳定性验算。
堆载预压 设计的 关键问题
四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳 定性和变形。
根据各级荷载下不同时间的固结度，推算 地基强度的增长值，分析地基的稳定性，确定 相应的加荷计划。
de 1.05l de 1.13l
dw
等边三角形 de
正方形
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、 间距、排列方式和深度；
1、dw：（原则上越密越好） 普通砂井 300～500mm；
袋装砂井 70～120mm。
塑料排水带
2(b ) dw
2、间距l ——可按井径比n选用。
n＝de/dw 塑料排水带或袋装砂井n＝15～22；
)i
•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
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 •水冲法 •钻孔法 2、袋装砂井 •导管式振动打设机械
3、塑料排水板 •矩形导管式振动打设机械
0.81
2
8Ch Fn d e2
2Cv
4H 2
de 1.05l 1.47m, n de / dw 1.47 / 0.07 21
则Fn
n
n2 2
1
ln(
n)
3n2 1 4n2
2.3
8Ch Fn d e2
2Cv
4H 2
8 1.8 103 2.31472
2 1.8103 4 20002
2.90810（7 1/ s） 0.0251(1/ d )
H=20m。砂井底部为不透水层，砂井打穿受压土层，
预压荷载总应力P=100kpa,分两级加载，如图所示。
计算地基堆载预压120d后，地层的平均固结度?考虑
井阻和涂抹作用。
qw
kw
d
2 w
4
kh 1 107 cm / s
qw为砂井竖向通水量，为每单位水力梯度下单位时间的排水量；
kw为砂井的渗透系数，210－3cm/ s
普通砂井n＝6～8
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺 寸、间距、排列方式和深度；
3、深度
应根据建筑物对地基的稳定性、变形要 求和工期确定。（反复试算）
至少应超过最危险滑动面2m。
5.3排水固结法的设计与计算－堆载预压
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺 寸、间距、排列方式和深度； 二、确定排水砂垫层材料和厚度； 三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载 分级、加载速率和预压时间； 四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑 稳定性和变形
(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) 袋装砂井施工——视频
（3）真空预压
-u
真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫 层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与 大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水 管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的 有效应力。
第一级加荷速率为60 /10 6(kPa/ d )
第二级加荷速率为40 /10 4(kPa/ d )
则解地：基预压120d后总固结度为
n
Ut ' i1
qi p
(Ti
Ti1)
et (eTi
e
Ti1
)
q1 p
(t1
t0 )
et (et1
et0
)
q2 p
(t3
Ai
Ai1 Esi
p0 Esi
(zi i
zi1 i1)
s
n
si
i 1
n i 1
p0 Esi
( zi
i
zi1 i1 )
C、次固结沉降计算
次固结段（基本上是一 条直线）的斜率反映土 的次固结变形速率，一
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
5.2 加固原理
土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程， 这一过程遵循有效应力原理：
u
5.2 加固原理
u
U st u 1 u
s
加压系统
堆载预压 降水预压 真空预压 联合预压
5.2 加固原理（堆载预压法）
原位自重应力 s 加压 建筑物附加应力 z
预加压力 t=(1.2~1.5) z （超载预压法）
四、固结度计算 1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算 3、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑
涂抹和井阻影响） 4、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
（考虑涂抹和井阻影响）
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
0.64
0.56
0.68 0.89 1.12 1.27 1.62 2.00
平均值
0.85 0.95 1.15 1.52 1.96 2.25 2.88 3.70
刚性基础
0.79 0.88 1.08 1.44
— 2.12
— —
注：平均值指柔性基础面积范围内各点的平均值
B、固结沉降计算
si
si si1
二、确定排水砂垫层材料和厚度；
1、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于3％， 砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石，渗 透系数大于10－2 cm/s。 2、厚度：小于500mm。
5.3排水固结法的设计与计算－堆载预压
三、确定预压区范围、预压荷载大小、 荷载分级、加载速率和预压时间；
堆 载 预 压 加 荷 设 计 与 计 算 流 程
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
中点
1.00 1.12 1.36 1.78 2.23 2.53 3.23 4.00
矩形角点， 圆形周边