第5節(jié)排水固結(jié)法1

第5節(jié)排水固結(jié)法1第一頁，共57頁。5.1概述

排水固結(jié)法（Consolidation）是處理軟黏土地基的有效方法之一。該法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。排水固結(jié)法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭土和沖填土等飽和粘性土地基。第二頁，共57頁。排水固結(jié)法通常由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。

第三頁，共57頁。第四頁，共57頁。

塑料排水板插板機(jī)第五頁，共57頁。第六頁，共57頁。塑料排水板地基處理第七頁，共57頁。塑料排水板施工工藝流程圖塑料排水板施工現(xiàn)場(chǎng)第八頁，共57頁。真空預(yù)壓地基處理真空預(yù)壓管網(wǎng)鋪設(shè)第九頁，共57頁。真空管網(wǎng)鋪設(shè)第十頁，共57頁。

真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布縫接第十一頁，共57頁。真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè)

第十二頁，共57頁。真空系統(tǒng)土工膜的密封

第十三頁，共57頁。

出膜連接與真空系統(tǒng)安裝出膜連接出膜管與真空泵連接第十四頁，共57頁。

試抽真空第十五頁，共57頁。

排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問題：（1）沉降問題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。（2）穩(wěn)定問題。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。第十六頁，共57頁。5.2排水固結(jié)法的原理第十七頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第十八頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第十九頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第二十頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第二十一頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第二十二頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第二十三頁，共57頁。一級(jí)或多級(jí)等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時(shí)間為t時(shí)，對(duì)應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度可按下式計(jì)算：第二十四頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算當(dāng)排水豎井采用擠土方式施工時(shí)，應(yīng)考慮涂抹對(duì)土體固結(jié)的影響。當(dāng)豎井的縱向通水量與天然土層水平向滲透系數(shù)的比值較小，且長(zhǎng)度又較長(zhǎng)時(shí)，尚應(yīng)考慮井組影響。第二十五頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算瞬時(shí)加載條件下，考慮涂抹和井組影響時(shí)，豎井地基徑向排水平均固結(jié)度可按下式計(jì)算：第二十六頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算第二十七頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算反映井阻作用影響的參數(shù)的表達(dá)式為：第二十八頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計(jì)算一級(jí)或多級(jí)等速加載條件下，考慮涂抹和井阻影響時(shí)豎井穿透受壓土層地基的平均固結(jié)度可按下式計(jì)算：第二十九頁，共57頁。例題1某建筑場(chǎng)地為淤泥質(zhì)粘土層，固結(jié)系數(shù)為，受壓土層厚度為10m，袋裝砂井直徑70mm，砂井采取等邊三角形布置，間距L等于1.4m，深度為10m，砂井底部為透水層，砂井打穿受壓土層，預(yù)壓荷載為100kPa，一次等速施加，加載速率為每天10kPa，按《建筑地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算：加荷開始后50d受壓土層平均固結(jié)度是多少？如使受壓土層平均固結(jié)度達(dá)到90%，需要多少天？第三十頁，共57頁。例題1解：第三十一頁，共57頁。例題1解：第三十二頁，共57頁。

堆載預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算12對(duì)深厚軟粘土地基，應(yīng)設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當(dāng)軟土層厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結(jié)速率能滿足工期要求時(shí)，可不設(shè)排水豎井。預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。

加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強(qiáng)度確定。當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載，否則應(yīng)分級(jí)逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)滿足下一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)方可加載。堆載過快易失穩(wěn)第三十三頁，共57頁。5.4砂井排水固結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算

DesignProcedureofSandDrain

1925年，丹尼爾.莫蘭將垂直砂井用于費(fèi)城－－奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，1926年獲得專利。砂井法問世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。1940～1942年，巴?。˙arron）根據(jù)太沙基的固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。我國(guó)從20世紀(jì)50年代起，開始應(yīng)用砂井法。第三十四頁，共57頁。

砂井法主要適用于沒有較大集中荷載的大面積荷重或堆土荷重工程，例如水庫(kù)土壩、油罐、倉(cāng)庫(kù)、鐵路路堤、貯礦場(chǎng)以及港口的水工建筑物等工程。一、砂井設(shè)計(jì)砂井設(shè)計(jì)包括砂井直徑、間距、深度、排列方式、范圍、砂料選擇和砂墊層厚度等。（1）砂井直徑和間距砂井直徑一般為300～400mm；袋裝砂井直徑為70～120mm。第三十五頁，共57頁。塑料排水板的換算直徑為：

式中：

b——塑料板寬度；

δ——塑料板厚度；

α——換算系數(shù)，當(dāng)b=100mm，δ=3～4mm時(shí)取α=0.75，求得Dp=50mm；若不考慮排水井內(nèi)部的水頭損失，α=1，Dp=66mm。第三十六頁，共57頁。根據(jù)固結(jié)理論，砂井直徑越大，間距越密，固結(jié)速率越快。如果比較砂井的直徑和間距對(duì)固結(jié)度的影響，又可看出，在同一井徑的條件下，砂井間距縮小一半，固結(jié)時(shí)間約縮短三倍，而在同一間距條件下，井徑增大一倍，固結(jié)時(shí)間只減小約三分之一。因此，縮短間距比增大井徑對(duì)加速固結(jié)的效果更好。所以，采用“細(xì)而密”的方案是合理的。

第三十七頁，共57頁。按施工條件，砂井的間距一般不小于1.5m。為了保證排水暢通，在砂井預(yù)壓地表鋪一層砂，厚一般為0.5～1.0m，水下為1～2m。

第三十八頁，共57頁。

（2）砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。一般為10～25m。（3）砂井排列砂井在平面上可布置成正三角形（梅花形），以正三角形排列較為緊湊和有效。在實(shí)際進(jìn)行固結(jié)計(jì)算時(shí)，由于多邊形作為邊界條件求解很困難，巴隆建議每個(gè)砂井的影響范圍由多邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來求解。第三十九頁，共57頁。第四十頁，共57頁。

正方形排列時(shí)de＝1.13l

正三角形排列時(shí)de＝1.05l

de為砂井的有效直徑，l為砂井間距。（4）砂井布置范圍砂井的布置范圍一般可由基礎(chǔ)的輪廓線向外增大約2～4m。（5）砂料宜選用中粗砂，其含泥量不能超過3％。（6）砂墊層砂井頂部鋪設(shè)砂墊層，可使砂井排水有良好的通道，將水排到工程場(chǎng)地以外。第四十一頁，共57頁。二、沉降計(jì)算

地基土的總沉降一般包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分。瞬時(shí)沉降是在荷載作用下由于土的畸變所引起，并在荷載作用下立即發(fā)生的固結(jié)沉降是由于孔隙水的排出而引起土體積減小所造成的，占總沉降的主要部分。次固結(jié)沉降則是由于超靜水壓力消散后，在恒值有效應(yīng)力作用下土骨架的徐變所致。對(duì)于一般粘性土，數(shù)值不大，但如果是塑性指數(shù)較大時(shí)，正常固結(jié)的軟粘土，尤其是有機(jī)土，次固結(jié)沉降就不能忽略。第四十二頁，共57頁。沉降計(jì)算第四十三頁，共57頁。沉降計(jì)算第四十四頁，共57頁。沉降計(jì)算第四十五頁，共57頁。沉降計(jì)算第四十六頁，共57頁。第四十七頁，共57頁。例題2

某場(chǎng)地資料如下：土層號(hào)壓力p/kPa025507510012515017520025011.121.081.041.000.970.950.930.910.890.8720.980.950.930.910.890.870.850.840.830.82室內(nèi)壓縮試驗(yàn)資料如下表所示：按地基規(guī)范計(jì)算，當(dāng)大面積預(yù)壓荷載為100kPa，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取1.3，固結(jié)度達(dá)80%時(shí)地基的豎向變形量。第四十八頁，共57頁。例題2

解：（1）自重應(yīng)力下土層中點(diǎn)的孔隙比第四十九頁，共57頁。例題2

（2）自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的孔隙比第五十頁，共57頁。例題2

第五十一頁，共57頁。例題3

有一飽和軟粘土，厚度為6m，壓縮模量為1.5MPa，地下水位與飽和軟粘土層頂面相齊。現(xiàn)準(zhǔn)備分層鋪設(shè)80cm砂墊層（重度為18），打設(shè)塑料排水板至飽和軟粘土層底面。然后采用80kPa大面積真空預(yù)壓3個(gè)月，固結(jié)度達(dá)到85%。請(qǐng)問此時(shí)的殘留沉降是多少？（沉降修正系數(shù)取1.0，附加應(yīng)力不隨深度變化）第五十二頁，共57頁。例題3

解：第五十三頁，共57頁。5.5施工方法

ConstructionMethods要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度考慮，主要應(yīng)重視以下三個(gè)環(huán)節(jié)：鋪設(shè)水平墊層、設(shè)置豎向排水體和施加固結(jié)壓力。砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋鉆成孔法和爆破法。灌入砂袋中的砂宜用干砂，并應(yīng)灌致密實(shí)。第五十四頁，共57頁。袋裝砂井成孔的方法有錘擊打入法、水沖法、靜力壓入法、鉆孔法和振動(dòng)貫入法五種。塑料排水袋和袋裝砂井砂袋埋入砂墊層中的長(zhǎng)度不應(yīng)小于500mm.塑料排水袋的性能指標(biāo)必須符合設(shè)計(jì)要求。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)妥加保護(hù)，