地基處理新技術3(排水)

1、排水固結技術（排水固結法）Drain Consolidation地基處理新技術地基處理新技術New Technical of Soil Improvement n土的固結：土的固結：飽和土體在壓力作用下，孔隙中水隨時間的增長逐漸被排出，孔隙體積隨之減少，土的強度逐漸增長的過程。n壓縮固結過程壓縮固結過程： a）土體孔隙中自由水逐漸排出；b）土體體積逐漸減少；c）孔隙水壓力逐漸轉移到土骨架來承受，成為有效應力。以上三方面為飽和土體固結作用，即 排水排水、壓縮壓縮和壓力轉移。壓力轉移。 模擬飽和土中一點單向模擬飽和土中一點單向滲透固結過程的機械模型滲透固結過程的機械模型n我國沿海地區(qū)、內陸湖泊和河

2、流谷地分布著大量的軟弱黏性土。這種土的特點是含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差、很多情況埋藏較深。n在軟土地基上直接建造建筑物或進行填土時，地基將由于固結和剪切變形會產生很大的沉降，甚至由于強度不足而產生地基土的破壞。 概概 述述排水固結法排水固結法是在軟土地基的建筑場地正式是在軟土地基的建筑場地正式修筑工程之前，先堆砂石等材料，對地基修筑工程之前，先堆砂石等材料，對地基進行進行預壓預壓，使地基產生大量沉降而壓密，使地基產生大量沉降而壓密，從而提高地基的強度，減少實際工程的沉從而提高地基的強度，減少實際工程的沉降量。降量。 排水固結法排水固結法能解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定能解決軟粘土地基的沉

3、降和穩(wěn)定問題?？墒沟鼗某两翟陬A壓期間基本完成或問題?？墒沟鼗某两翟陬A壓期間基本完成或大部分完成，保證建筑物在使用期間不致產生大部分完成，保證建筑物在使用期間不致產生過大的沉降和沉降差。同時可增加地基土的抗過大的沉降和沉降差。同時可增加地基土的抗剪強度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。剪強度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。二、預壓法的原理與作用二、預壓法的原理與作用 1.預壓法分類預壓法分類（1）堆載預壓法：堆載預壓法：上世紀四十年代美國首次上世紀四十年代美國首次用于處理沼澤地段路基成功。用于處理沼澤地段路基成功。 堆載材料一般用砂石或填土；也可以結構物堆載材料一般用砂石或填土；也可以結構物自重分級加

4、載預壓。自重分級加載預壓。（2）真空預壓法：）真空預壓法：因堆載需大量土石材料外因堆載需大量土石材料外運、費錢，運、費錢，1952年瑞典皇家地質學院提出年瑞典皇家地質學院提出真空預壓法。真空預壓法。58年美國費城國際機場跑道擴年美國費城國際機場跑道擴建工程首次應用真空預壓成功，利用大氣壓建工程首次應用真空預壓成功，利用大氣壓力代替實際土石加壓。力代替實際土石加壓。2.預壓法適用土質預壓法適用土質預壓法適用于處理深厚的淤泥、預壓法適用于處理深厚的淤泥、淤泥質土和沖填土等飽和黏性土地基。淤泥質土和沖填土等飽和黏性土地基。按照使用目的可以解決兩個問題沉降問題 穩(wěn)定問題 n3.預壓法原理預壓法原理 右

5、圖為室內固結試驗e-p曲線： 當固結壓力由p0增至p1，相應土 的孔隙比由e0減小至e1，如圖中 ab曲線，此為壓縮曲線。接著卸荷，由p1 減小至p0，bd卸荷回彈曲線。然后再加荷壓縮，由p0至p1，孔隙比由ed到e1，如db虛線，稱再壓縮曲線。l上述曲線上述曲線ab相當于預壓，曲線相當于預壓，曲線db相當于正式工程壓相當于正式工程壓縮。由圖可見再壓縮曲線縮。由圖可見再壓縮曲線db的斜率（即壓縮系數(shù)）遠的斜率（即壓縮系數(shù)）遠小于原始壓縮曲線小于原始壓縮曲線ab的斜率。此即預壓法的原理。的斜率。此即預壓法的原理。l4.打砂井加快固結時間打砂井加快固結時間 淤泥軟土滲透系數(shù)k很小，土層很厚，預壓荷

6、載作用下孔隙水排出所需時間很長?？稍谲浲林邢却蜇Q向砂井再預壓，可加速固結，稱為砂井堆載預壓法砂井堆載預壓法。排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)l 排水系統(tǒng)：主要在于改變地基原有的排水排水系統(tǒng)：主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離。距離。（1）豎向排水情況）豎向排水情況（2）砂井排水情況）砂井排水情況比如某淤泥土層厚比如某淤泥土層厚20m，通過預壓要求達到通過預壓要求達到80的的固結度，計算所需時間要固結度，計算所需時間要10年左右；若在天然土層年左右；若在天然土層中設砂井，假定排水距離中設砂井，假定排水距離縮短為縮短為2m

7、，根據(jù)太沙基，根據(jù)太沙基固結理論：在達到同一固結理論：在達到同一固結度時，固結所需時間固結度時，固結所需時間與排水距離的平方成正比，與排水距離的平方成正比，由此估算有了砂井之后土由此估算有了砂井之后土的固結時間為的固結時間為5個月。個月。20m2m打砂井排水固結打砂井排水固結（紅色）（紅色）與沒有砂井排水固結與沒有砂井排水固結（藍色）（藍色） 實測沉降實測沉降-時間曲線對比時間曲線對比排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)有水平排水墊層和豎向排水體構成的有水平排水墊層和豎向排水體構成的。加 固 軟 土 層豎 向 排 水 體排水墊層水平排水盲溝加壓系統(tǒng)l加壓系統(tǒng)：加壓系統(tǒng)：指對地基施行預壓的荷載，它使地基土的固結壓力

8、指對地基施行預壓的荷載，它使地基土的固結壓力增加而產生固結。其材料有固體（土石料）、增加而產生固結。其材料有固體（土石料）、液體（水）、真空負壓力荷載等。液體（水）、真空負壓力荷載等。臨時填土堆載預壓臨時填土堆載預壓n加壓方法：加壓方法：a.若預壓是為了減小建筑物沉降，可采用預先堆若預壓是為了減小建筑物沉降，可采用預先堆載加壓使地基沉降產生在建筑物建造之前；載加壓使地基沉降產生在建筑物建造之前；b.預壓目的主要是增加地基的強度可用自重加壓，預壓目的主要是增加地基的強度可用自重加壓，即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基強度增長與建筑物荷重的增加相適應。

9、如路堤、強度增長與建筑物荷重的增加相適應。如路堤、土壩、貯礦場、油罐、水池等。土壩、貯礦場、油罐、水池等。三、堆載預壓法三、堆載預壓法1.預壓荷載的大?。侯A壓荷載的大?。海?）等載預壓（）等載預壓（2）超載預壓）超載預壓2.堆載平面范圍：應大于建筑物基礎外緣所包圍堆載平面范圍：應大于建筑物基礎外緣所包圍的范圍。的范圍。大出基礎輪廓線大出基礎輪廓線24m。3.加載的速率：應分級加載，控制加載速率與地加載的速率：應分級加載，控制加載速率與地基土的強度增長相適應。各階段均應進行地基基土的強度增長相適應。各階段均應進行地基穩(wěn)定計算并應每天進行現(xiàn)場觀測（沉降速率、穩(wěn)定計算并應每天進行現(xiàn)場觀測（沉降速率、

10、邊樁位移、孔隙水壓力）。邊樁位移、孔隙水壓力）。4. 砂墊層砂墊層 在砂井頂面應鋪設排水砂墊層，以連接砂井，引出從在砂井頂面應鋪設排水砂墊層，以連接砂井，引出從上 層 排 入 砂 井 的 滲 流 水 。 砂 墊 層 的 厚 度 一 般 為上 層 排 入 砂 井 的 滲 流 水 。 砂 墊 層 的 厚 度 一 般 為0.30.5m(水下砂墊層厚度為水下砂墊層厚度為1.0m左右左右)。如砂料缺乏，。如砂料缺乏，可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層?？刹捎眠B通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層。Horizontal Drains水平排水體（排水盲溝）l5.技術發(fā)展技術發(fā)展：l真空預壓法真空預壓法真空膜真

11、空膜密封真空膜密封真空膜抽氣設備抽氣設備1.真空預壓設備（抽氣設備、真空管路）和密封膜2.膜下真空度：應保持在600mmHg以上。3.平均固結度：達80以上。4.排水砂井：真空預壓處理地基，必須設置排水砂井，否則地表密封膜下的真空度難以傳到地基深處，因而達不到預壓的效果。真空預壓處理現(xiàn)場鳥瞰真空預壓處理現(xiàn)場鳥瞰l預壓效果預壓效果1.1.中南某造船廠中南某造船廠l該廠地基為房碴雜填土，厚該廠地基為房碴雜填土，厚5m5m；其下為淤泥，；其下為淤泥，厚厚6m6m。采用砂井預壓加固：堆土高。采用砂井預壓加固：堆土高3.553.55，即加，即加載載50kPa50kPa。砂井直徑。砂井直徑48cm48cm

12、，間距，間距5m5m（偏大），（偏大），深度深度11-16m11-16m。預壓時間。預壓時間4 4個月。個月。l預壓效果：計算沉降量預壓效果：計算沉降量S=24.6cm,S=24.6cm,實際降為實際降為9cm9cm；壓縮模量；壓縮模量EsEs由由2.3MPa2.3MPa增至增至5.6MPa5.6MPa，等于，等于原來的原來的244244。2.2.某大型油罐某大型油罐該油罐直徑該油罐直徑31.28m31.28m，高，高14.07m14.07m，容積，容積1 1萬萬m m3 3。地基表層為硬殼層，厚地基表層為硬殼層，厚1.6m1.6m；下為淤泥質粘土；下為淤泥質粘土與淤泥質粉質粘土，深達與淤泥質

13、粉質粘土，深達17.5m17.5m。采用砂井預。采用砂井預壓方案。壓方案。油罐建成，分油罐建成，分4 4級充水預壓：充水水位高分別級充水預壓：充水水位高分別為為5 5，9 9，1212與與14.07m14.07m，歷時，歷時160160天。基底壓力天?；讐毫闉?91.4kPa191.4kPa。計算穩(wěn)定安全系數(shù)為。計算穩(wěn)定安全系數(shù)為1.261.26。計算。計算油罐基底中點沉降量油罐基底中點沉降量s s190.26cm190.26cm，與實際沉，與實際沉降量接近，效果良好。降量接近，效果良好。3.3.連云港堿廠連云港堿廠該廠地為厚層海相淤泥，含水量高達該廠地為厚層海相淤泥，含水量高達6060，為，為高壓縮性軟土。由化工部滄州勘察公司進行袋裝高壓縮性軟土。由化工部滄州勘察公司進行袋裝砂井真空預壓法加固地基。砂井真空預壓法加固地基。抽氣抽氣3 3天，膜下真空度達到天，膜下真空度達到600mmHg600mmHg，共抽氣，共抽氣128128天，實測預壓沉降量達天，實測預壓沉降量達660mm6