排水加固技术

3.2.2真空预压法加固机理
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在软土地基中打设计竖向排水体后，在地面铺设砂垫层和抽 气管线，然后再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空 装置进行抽气，使排水系统系统形成一个较高的真空度。即利 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。
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3.3.1 堆载预压法设计计算
设计内容： 1.选择竖向排水体，确定其尺寸，间距，排列方式
2.确定预压荷载的大小，范围，速率和预压时间
3.计算地基的固结度，强度增长 4.进行稳定性和变形计算 5.例3-1
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2）竖向排水体平面布置
a)竖向排水体的直径和间距 排水体的直径和间距由土的固结性质和施工期限要求确定。 常采用细而密的原则：一般不同砂井直径：300-500mm,袋装 砂井为70-120mm.塑料排水板常用当量换算直径表示，可按 下式计算：
dp
2(b )

式中：dp ：塑料排水板当量换算直径，mm； b ：为塑料排水带宽度，mm； :为塑料排水带厚度，mm。
真空膜
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真空预压模型试验
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3.2.3 降水预压加固机理 借助井底抽水，降低地下水位，增大土体有效自 重应力，从而使土体得到加固的一种地基处理方法。
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堆载预压法就是利用该原理，先在建筑场地上施 加一个与上部建筑物相同的压力进行预压，使土 层完成大部分固结沉降，并增强地基土抗剪强度； 然后卸除荷载，再建造建筑物。这样，建筑物所 引起的沉降即可大大减小。 当预压荷载大于建筑物荷载时，即所谓超载预压， 则效果更好。因为经过超载预压，当土层的固结 压力大于使用荷载下的固结压力时，原来的正常 固结土层将处于超固结状态，从而减小土层在使 用荷载下产生的沉降。
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3.3 预压法的设计与计算
排水固结法的设计，实质上就是进行排水系 统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排水 固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地基 稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预 压的时间。
3.3.1 堆载预压法设计计算
3.3.2 真空预压法设计计算
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荷载的大小通常取建筑物的基底压力值，对于沉降要求
严格的建筑，应采取超载预压法。 1. 利用天然地基的抗剪强度，计算第一级荷载p1
斯开普敦极限荷载的半经验公式
p1 5Cu B D 1 0.2 1 0.2 D K A B
2.计算第一级荷载p1作用下地基强度的增长值。地基在荷载 作用下，经过一段时间预压，地基强度逐渐提高到：
) cu1 (cu cu
：p1作用下地基因固结而增长的强度，与土层的固结 cu 度有，一般可先假定一固结度，通常假定为70%； ：考虑剪切蠕动的强度折减系数（0.75-0.90）
与堆载预压法相比，降低地下水位法使土中孔隙 水压力降低，所以不会使土体发生破坏，不需要控 制加荷速率，可一次降水至预定深度。该方法的优 点是：施工简单、方法经济。 缺点是：降低地下水位可能会引起临近建筑物的 附加差异沉降，并且施工时还需要一套专门的设备 和专人管理与维修。
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排水固结法必须由加压系统和排水系统两部 分共同组成。
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排水固结法的模式图
排水垫层
水平排水盲沟
竖 向 排 水 体 加 固 软 土 层
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加压系统： 目的在于对地基施加预压荷载，使地基土孔隙 中的水产生压力差，从饱和地基土中自然排出， 使地基土固结产生压缩。其材料主要有固体（土 石料等）、液体（水等）、真空负压力荷载等。 排水系统： 目的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，加快排水 速度，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的 沉降量，并及时提高地基土强度。该系统由水平 排水垫层和竖向排水体构成。
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系统组成------加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
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水气收集管道系统
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真空预压法
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承压水、稳定控制、沉降控制量等)一般10-25米。
竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好， 扩大的范围大出基础轮廓线2-4m。
3．砂井排列
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竖向排水体在平面上可布置成等边三角形（梅花形）或正 方形。在进行固结计算时，多边形作为边界条件求解较困难。 为简化起见，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（等效有效排水直径）。
K：安全系数，1.1-1.5
Cu：天然地基土的不排水抗 剪抗剪强度。
对于饱和粘土
5.14 Cu p1 D K
D：基础埋深
A,B：基础的长边与宽边 γ：基底标高以上土的重度
对于长条形填土,用Fellenius公式
5.52 Cu p1 K
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3.1 概述
排水固结法亦称预压法，是通过在天然地基 中设置竖向排水体（砂井或塑料排水板）和水 平向排水体，利用建（构）筑物自身重量分级 逐渐加载，或在建（构）筑物建造前先对地基 进行加载预压，使土体中孔隙水排除，使土体 提前完成固结沉降，增加地基强度的一种软土 地基加固方法。
3.2.4 电渗预压加固机理
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。 德国卡萨格兰德(L.Casagrande)于1939年首先将电 渗用于排水和边坡稳定加固，此后该法应用于不同类 型的软黏土加固工程，我国于 20世纪50年代末期开 始对电渗降水和加固进行试验研究，近年来在软粘土 电渗加固方面取得一定工程经验。 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。适用于饱 和软粘土地基。
地基土层的固结过程就是超静孔隙水压力不断消散 （孔隙水排出）和有效应力不断增长的过程，同时土体 被逐步挤压密实、抗剪强度增大。
堆载预压法,真空预压法,降水预压法，电渗预压法
3.2.1 堆载预压法加固机理
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孔隙比减小
堆载预压时的压缩曲 线为abc（上图），相应 的抗剪强度提高曲线为 abc（下图）； 卸除压力后的曲线为 cef，在压缩曲线则为 fec’，这表明大部分压 缩变形（e-e）都在 预先施压过程中消除了！
4
l2
2 3 2 d （ l）
2

d2 （
4

2 l）
三角形排列时： de
2 3

l 1.05l
正方形排列时： de
4

l 1.13l
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二. 地表砂垫层的设计
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。
3.2 预压法加固原理
排水固结法的加固原理实质上就是使地基土产生排水 固结。在土力学中，土体在某一压力作用下，孔隙水被 逐渐排出，孔隙体积随之减少，有效应力逐渐提高，土 体的密实度和强度随时间逐渐增长的过程称为土的固结 过程。
f c' ' tan ' c'( u ) tan
垫层材料：采用透水性良 好的的中粗砂。 垫层厚度：陆上施工时， 不应小于0.5m;水下施工时， 一般为1.0m. 砂垫层宽度应大于堆载宽 度或建筑物宽度。 horizontal drain system is 砂料贫乏地区，可采用连 通竖向排水体的纵，横砂 installed to collect water squeezed into the crushed stone 沟代替整片砂垫层。
3.计算p1作用下达到所定固结度所需要的时间。 达到某一固结度所需时间可根据固结度与时间的关 系求得。这一步计算的目的是确定第一级荷载停歇的时 间，亦即第二级荷载开始施加的时间。
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4.根据第2步所得到的地基强度Cu 计算第二级所能施 加的荷载p2，即
blanket.
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三. 预压荷载的计算 1) 制定加荷计划
1. 利用天然地基的抗剪强度，计算第一级荷载p1 2. 计算第一级荷载p1作用下的地基增长值 3. 计算p1作用下达到所定的固结度（70%）所需时间。 4. 根据第二步得到的地基强度确定第二级所加荷载p2 5. 按上述加荷计划进行每一级的地基稳定性计算 6. 计算预压荷载下的地基最终沉降量和预压期间的沉降量
三角形排列时：d e
2 3

l 1.05l
正方形排列时：d e
4

l 1.13l
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砂井排列
正三角形排列
正方形排列
排水路径
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等效直径算法
d 2
8
3 2 Biblioteka Baidul 4
d 2
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排水固结系统如下图所示。
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系统组成-排水系统
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系统组成---加压系统
堆载
桥头高填土堆载预压
场地高填土堆载预压
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塑料排水带已标准化，一般相当于6-7cm.
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砂井直径与间距的关系，可有井径的比来反映：
de n dw
de ：竖向排水体有效排水等效圆直径，mm； dw ：竖向排水体的直径，mm；
普通砂井井径一般6-8，塑料排水带和袋装排水为15-22。
c) 竖向排水体深度和布置范围 根据现场各种因素定 (土层厚、有无透水层、压缩层厚度、
5.52Cu p2 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 时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次可计算出以 后各级荷载和停歇时间，初步的加荷计划也就确定下来。 5. 对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，则调整加荷计划。 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。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间， 这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求， 所剩留的沉降为建筑物所允许。
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地基处理技术 Technical of Soil Improvement
排水固结技术
Drain Consolidation
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第二讲 排水固结技术
概述 预压法加固机理 预压法的设计与计算 预压法施工 施工质量监测与检验 工程实例
一. 竖向排水体的设计
竖向排水体的设计工作为选择竖向排水体材料；竖 向排水体的平面布置；竖向排水体排列；竖向排水体 深度和布置范围等
1）竖向排水体材料
可采用普通砂井，袋装砂井，塑料排水带，若竖向 排水超过20m,建议采用袋装砂井和塑料排水带。
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