排水固結(jié)課件

1、第五章 排 水 固 結(jié)一、概述 排水固結(jié)加固地基是通過對地基施加預(yù)壓荷載，使軟黏土地基土體中的孔隙水排出，土體產(chǎn)生排水固結(jié)，土體孔隙體積減小、抗剪強(qiáng)度提高，達(dá)到減小地基工后沉降和提高地基承載力的目的。 太沙基一維固結(jié)理論： 固結(jié)度(30%時）： 豎向固結(jié)時間因素： 豎向固結(jié)系數(shù)：排水固結(jié)法包括： 排水系統(tǒng)：水平向排水體（砂墊層或砂墊層加土工合成材料復(fù)合而成），豎向排水體（普通砂井、袋裝砂井、塑料排水帶等），亦可不設(shè)人工豎向排水通道（地基土體滲透系數(shù)大或有較多的水平砂層“千層糕”）。 加壓系統(tǒng)： 真空預(yù)壓法（vacuum preloading)、堆載預(yù)壓法（preloading，包括超載預(yù)壓法）

2、、降低地下水位法、電滲法、聯(lián)合法（真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法、真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法）。 通常，當(dāng)軟土地基厚度小于4.0m時，可采用天然地基堆載預(yù)壓法處理，當(dāng)軟土地基厚度超過4.0m時，為加速預(yù)壓過程，應(yīng)采用塑料排水帶、砂井等豎向排水預(yù)壓法處理。 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法： 工程實踐表明，真空預(yù)壓和堆載效果可以疊加，條件是兩種預(yù)壓必須同時進(jìn)行。對真空預(yù)壓工程，必須在地基內(nèi)設(shè)置排水豎井。 適用范圍： 淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭土和充填土等飽和黏性土地基。 對超固結(jié)土，只有當(dāng)土層的有效上覆壓力與預(yù)壓荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力水平明顯大于土的先期固結(jié)壓力時，土層才發(fā)生明顯的固結(jié)。 對泥炭土、有機(jī)質(zhì)土和其它次固結(jié)變形占很大比例的土效果

3、較差。 二、加固機(jī)理(p76)1、堆載預(yù)壓加固機(jī)理 在飽和軟土上施加荷載（堆載）后，孔隙水被緩慢排出，孔隙體積隨之減少，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時隨著超孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增加。2、真空預(yù)壓加固機(jī)理 在加固地基中預(yù)埋排水管道，表面鋪設(shè)砂墊層，用封閉薄膜使其與大氣隔絕，抽氣，形成真空，增加地基的有效應(yīng)力，提高地基的強(qiáng)度。三、設(shè)計理論（p77） 加固周期盡量短，固結(jié)沉降要快、充分增加強(qiáng)度 1) 瞬時加荷條件下固結(jié)度計算 不同條件下平均固結(jié)度計算公式見下表1:2) 一級或多級等速加載下，當(dāng)固結(jié)時間為t時， 對應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度為：式中：qi第i級荷載的加荷速率；

4、各級荷載的累加值。 T i-1,Ti第i級荷載的起始和終止時間。 根據(jù)地基排水條件確定的參數(shù)(表1)。 與固結(jié)系數(shù)、排水距離等有關(guān)，綜合反映了土層的固速率，單位：1/t。 算例見p843) 考慮井阻、涂抹作用： 豎向排水體（普通砂井、袋裝砂井、塑料 排水帶）對滲流的阻力作用稱為井阻作用。 采用擠土方式設(shè)置豎向排水體過程中，井壁涂抹以及對周圍土的擾動而使土的滲透系數(shù)降低，因而影響土層的固結(jié)速率，稱為涂抹作用。4）豎向排水體存在有效長度。當(dāng)豎向排水體超過 有效長度后，所增加的排水體加速固結(jié)的效果 很差，甚至沒有效果。5) 土體固結(jié)抗剪強(qiáng)度增長計算（p83）： 荷載作用下，地基土體固結(jié)，孔隙水壓力消

5、散，有效應(yīng)力增大，地基土體抗剪強(qiáng)度提高。 蠕變（creep）導(dǎo)致地基土體抗剪強(qiáng)度降低。 式中， 地基中某點初始抗剪強(qiáng)度 考慮蠕變及其他因素對土體抗剪強(qiáng)度的折減系數(shù) K 土體有效內(nèi)摩擦角的函數(shù) 土體有效內(nèi)摩擦角的函數(shù)四、堆載預(yù)壓法設(shè)計計算1、設(shè)計包括的內(nèi)容： 1）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、 間距和深度； 2）確定預(yù)壓范圍、預(yù)壓荷載大小、加荷速率和 預(yù)壓時間。 3）計算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長和變形等。塑料排水帶構(gòu)造插板機(jī)2、堆載預(yù)壓法的設(shè)計: 1）排水豎井分普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶。 豎向排水體長度超過20m，建議采用普通砂井 普通砂井直徑為300-500mm; 袋裝砂井直徑為

6、 70-120mm，宜用風(fēng)干砂，含泥 量應(yīng)小于3%。 塑料排水帶的當(dāng)量直徑： 塑料排水帶施工所用套管應(yīng)采用菱形斷面或出口 扁矩形斷面，不應(yīng)全長都采用圓形斷面，以防止塑料 排水帶扭曲。 2）豎井的有效排水直徑與間距的關(guān)系（p88圖）： 等邊三角形排列： de =1.05L 正方形排列 ： de =1.13L 豎井的間距可按井徑比選用：n= de / dw (dw豎井的 直徑)，普通砂井n=6-8；袋裝砂井和塑 料排水帶n=15-22。 3）預(yù)壓荷載的大?。簯?yīng)根據(jù)設(shè)計要求確定，對 沉降有嚴(yán)格要求時，采用超載預(yù)壓法。 預(yù)壓荷載的范圍：應(yīng)等于或大于基礎(chǔ)外緣的范圍。 預(yù)壓荷載的速率(p88驗算)：根據(jù)地

7、基土強(qiáng)度確定，每 級荷載下應(yīng)滿足地基的穩(wěn)定要求方 可加下級荷載。 4）預(yù)壓荷載下地基的最終沉降量：式中：e0i第i層自重應(yīng)力所對應(yīng)的孔隙比； e1i第I層中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對應(yīng)的孔隙比。 經(jīng)驗系數(shù)：對正常固結(jié)粘性土取1.1-1.4 5）施工 地表應(yīng)鋪設(shè)與砂井相連的砂墊層，厚度大于500mm；預(yù)壓區(qū)邊緣應(yīng)設(shè)置排水溝；砂井的砂料采用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，滲透系數(shù)宜大于1x10-2cm/s。6）現(xiàn)場檢測設(shè)計（p90） 一般包括地面沉降、地表水平位移觀測和地基土中孔隙水壓力觀測。 一般情況下，沉降速率應(yīng)控制在1020mm/d。 水平位移應(yīng)控制在4mm/d。 五、真空預(yù)壓法豎井的斷面尺寸

8、、間距、深度；預(yù)壓區(qū)面積；真空預(yù)壓工藝；要求達(dá)到的真空度和固結(jié)度；預(yù)壓后地基強(qiáng)度的增長計算等。砂井的設(shè)計基本同堆載預(yù)壓法，滲透系數(shù)應(yīng)大于1x10-2cm/s ；膜下的真空度應(yīng)保持在650mmHg以上。豎井范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度應(yīng)大于90%。地基沉降計算同堆載預(yù)壓法，但經(jīng)驗系數(shù)取0.8-0.9，采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法時取0.9 。真空預(yù)壓法能取得相當(dāng)于7892kPa的等效荷載堆載預(yù)壓法的效果。建筑物對地基變形有嚴(yán)格要求時，可采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法，其總壓力應(yīng)超過建筑物荷載。若在加固區(qū)內(nèi)地基存在水平透水性較好的土層，尚須在四周設(shè)置止水帷幕，否則難以在加固區(qū)內(nèi)地基中形成負(fù)壓區(qū)。堆載預(yù)壓荷載應(yīng)分級逐漸

9、施加，確保每級荷載下地基的穩(wěn)定性，而對真空預(yù)壓工程，可一次連續(xù)抽真空至最大壓力。真空膜宜鋪設(shè)3層，膜周邊可采用挖溝埋膜、平鋪并用黏土覆蓋壓邊、圍埝溝內(nèi)及膜上覆水等方法進(jìn)行密封。射流真空泵 工程實例（武鋼工業(yè)港軟基處理工程） ：工藝流程：1.清淤整平場地 抽水清淤，然后填筑整平； 原地面應(yīng)清除雜草、樹根等雜物，對于場地中的粗大石塊等影響插板作業(yè)的障礙應(yīng)予以清除；該工序是第一道，但可以分塊與其他工序交叉作業(yè)。作業(yè)前要測繪大比例尺地形圖，以利工程計量的準(zhǔn)確。造地平臺要達(dá)到設(shè)計高程，才能保證效果。2.砂墊層鋪筑 砂墊層鋪筑須做到厚度均勻，先鋪設(shè)30cm厚中粗砂墊層，打設(shè)塑料排水板后再鋪設(shè)20cm中粗砂

10、墊層；攤鋪砂墊層時應(yīng)盡量減少對地基的擾動，盡量避免泥土、雜物等混入砂層，厚度的誤差不能太大。3.塑料排水板施工 采用插板機(jī)將塑料排水板打設(shè)到設(shè)計規(guī)定深度，并做好詳細(xì)記錄；鋪設(shè)第二層20cm砂墊層前將打設(shè)好的塑料排水板端部回折入砂墊層中。4.布置抽真空主濾管5.鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?抽真空管道鋪設(shè)完畢后，應(yīng)揀除砂墊層表面的尖棱小石子、尖銳貝殼及其它雜物；埋設(shè)完真空表測頭及其它觀測儀器后，在砂墊層上鋪設(shè)無紡?fù)凉げ家粚樱员Ｗo(hù)密封膜。土工布要求采用克重不小于250g/m2的無紡?fù)凉げ迹患庸虆^(qū)邊緣預(yù)留一定寬度的土工布，使其能在周邊密封溝處起到保護(hù)密封膜作用； 6.鋪設(shè)密封膜 將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場

11、地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實；6.鋪設(shè)密封膜 將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實；6.鋪設(shè)密封膜 將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實；6.鋪設(shè)密封膜 將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實；7.出膜連接及抽真空系統(tǒng)安裝 抽真空設(shè)備主要包括出膜裝置和真空射流泵。真空主管通過鋼絲膠管和閥門與射流真空泵連接；出膜部