排水預(yù)壓法的系統(tǒng)講解

排水預(yù)壓法

DrainageConsolidationMethod2009年一、排水預(yù)壓法簡介

所謂預(yù)壓法就是在建筑物建造之前，或竣工之前，在建筑場地進行預(yù)壓，使地基土體產(chǎn)生一定程度的固結(jié)和壓縮，地基產(chǎn)生預(yù)先的沉降，土體強度得到提高，使得建筑物的工后沉降減少，同時使建筑物在施工過程中更加穩(wěn)定和安全。軟土含水率高強度低壓縮性高壓縮變形大排水預(yù)壓法含水率降低強度提高壓縮性降低壓縮變形減小排水預(yù)壓法處理軟土的效果土壓縮性減小△’e<△efec’>abc承載力被加強加固地基1、排水預(yù)壓法作用原理土體再壓縮曲線圖軟粘土排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)超孔隙水應(yīng)力消散強度提高排水預(yù)壓法作用流程圖

從預(yù)壓法的過程和原理來看，排水預(yù)壓法的過程始終伴隨著土體的固結(jié)、壓縮、土體強度變化的過程，要達到這個目的，使土體發(fā)生固結(jié)，必須有一個排水通道，有了排水通道，要使土體中的孔隙水往外排，還需要提供一個外部因素：即加壓系統(tǒng)使得孔隙水具有壓力差，才能往外排水。（1）排水通道

排水通道一個可以利用天然地基的排水通道，利用土層本身的滲透性排水，如地基中天然的夾砂層。但有時候，土體本身的滲透性小，排水慢，或者說固結(jié)慢，達到預(yù)壓的目的需要很長時間，因此為了加快排水，加速土體的固結(jié)，人為的縮短排水距離，即采用人工改進排水。常用的人工改進排水是由豎向排水體或水平排水墊層組成的，或者兩者同時使用。①水平排水層砂墊層透水層根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論有：

一般采用砂、碎石等透水性好的材料，滲透系數(shù)要到量級為佳。有的也采用水平塑料排水褥墊等。②豎向排水體

粘性土滲透系數(shù)一般在滲透很慢；為了更好的加速排水，進一步縮短排水距離，還可以設(shè)置豎向排水體的方式作為排水系統(tǒng)。豎向排水體的滲透系數(shù)一般在量級附近，是良好的排水通道。水平排水層常用：普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等透水層豎向排水體（2）加壓系統(tǒng)

根據(jù)加壓系統(tǒng)的不同，排水預(yù)壓法可分為堆載排水預(yù)壓法、真空排水預(yù)壓法、真空堆載聯(lián)合排水預(yù)壓法以及降水預(yù)壓法等。附加應(yīng)力分布線水平砂墊層砂井荷載附加應(yīng)力分布情況（砂井未打穿透水層）①堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法是外面施加荷載，即施加附加應(yīng)力通過增加總應(yīng)力引起超靜孔隙水壓力，通過一定的預(yù)壓施加，孔隙水壓力消散，總應(yīng)力逐步轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，使土體發(fā)生壓縮、強度增加的方法。等載預(yù)壓對工后沉降影響超載預(yù)壓法對工后沉降影響排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)使用效果②真空預(yù)壓法

真空排水預(yù)壓法是利用在地基內(nèi)設(shè)置豎向排水體，并形成一定的真空度，使土體中的水壓力形成壓力差，孔隙水排出，有效應(yīng)力增加的方法。與堆載排水預(yù)壓法相比有著本質(zhì)的不同，它是總應(yīng)力不變的情況下的排水固結(jié)。真空度原有有效應(yīng)力總應(yīng)力原有有孔隙水應(yīng)力降低后的孔隙水應(yīng)力增加的有效應(yīng)力真空預(yù)壓加壓原理圍堰大氣壓強砂墊層真空區(qū)薄膜溝渠真空泵真空管砂井或塑料排水板真空預(yù)壓工法示意③降水位法

降水預(yù)壓法是降低地下水位，使得土層在降水范圍內(nèi)土的浮容重變?yōu)闈袢葜?，土體的自重應(yīng)力或附加應(yīng)力增加，使土層固結(jié)，有效應(yīng)力增加。有時候幾個方法會聯(lián)合使用，如真空堆載聯(lián)合預(yù)壓方法，可以提高預(yù)壓效果。排水固結(jié)法預(yù)壓系統(tǒng)排水系統(tǒng)堆載法真空法降低地下水位法聯(lián)合法豎向排水體水平排水層普通砂井袋裝砂井塑料排水板砂墊層（碎石墊層）（3）排水固結(jié)法分類匯總一般預(yù)壓（無豎向排水體）（4）排水固結(jié)法可以解決以下兩個問題：

①沉降問題：使地基的沉降在加載期間大部分基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降或沉降差，即減少工后沉降。②穩(wěn)定問題：加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。二、排水固結(jié)法施工工藝1、堆載排水預(yù)壓法堆載砂墊層砂井、塑料排水板施工主要環(huán)節(jié)：

1）水平向排水砂墊層施工；

2）豎向排水井（塑排板）施工；

3）鋪設(shè)土工格柵；

4）均勻穩(wěn)定的施加預(yù)壓荷載；

5）沉降監(jiān)測和效果檢驗。水平系澡統(tǒng)一般度采用砂梢墊層，鋒砂墊層顧一般采結(jié)用透水植性好的功中粗砂握，其滲到透系數(shù)繭大于10-窩2cm候/s，含泥丘量不大戶于3%。根據(jù)工塔程所在地暈的料源情污況，也可滅以采用碎欺石或砂礫斥材料做墊紫層，即碎伙石或砂礫盆墊層。①水平排水幣層施工②豎向排水載體施工從國內(nèi)外寺的技術(shù)發(fā)堅展來看，電豎向排水慈體先后主繳要應(yīng)用過狹：200惱-50致0mm的普通荷砂井；70-蒸120艱mm的袋裝砂講井；塑料貿(mào)排水板。1）普通砂貌井普通砂井檢經(jīng)常會出梨現(xiàn)不連續(xù)仗出現(xiàn)斷樁重或者縮頸習(xí)現(xiàn)象不能閘避免；大毫直徑的砂衛(wèi)井使用的筒設(shè)備比較恢笨重，施歪工麻煩，雷造價高，稿而且從排瞞水需要上金看，不需捎要這么大伶的排水體貴。地基中滿的淤泥經(jīng)污常在施工腔時或者排沒水時會混榨入砂井中壺，影響排刻水效果?？∫虼撕髞硇薮笾睆降呐撋熬玫冒窃絹碓缴偕?，逐步采姥用小直徑儉的袋裝砂遞井。2）袋裝雞砂井袋裝砂井朱的形狀如燙圖。它是攝采用土工念編織布制盆成7-12囑cm（國內(nèi)掏一般用7cm左右，揪日本用驕的12cm左右）直富徑的袋子韻，在里面壓填充砂子置，先灌好愛。打設(shè)完的泡袋裝砂井小直徑驗袋裝砂漏井與普梳通大直秘徑的砂盛井相比俱，主要相有以下鉆一些優(yōu)逗勢：由于土工浸布袋的存蹲在可以基類本保證排皂水體的連乒續(xù)性；由潮于采用了袍小直徑，考可以采用鄰細(xì)而密的斯分布，那蔽么排水距書離大為縮亮短，加快槽了排水固極結(jié)，同時販?zhǔn)┕ぴO(shè)備揚可以實現(xiàn)巖輕型化，帝比較適應(yīng)瞇軟弱的地日基表面施蠅工，施工舒速度加快康、工程造柱價降低。3）塑料臣排水板目前塑矮料排水棒板的樣背式如圖亭，由板返芯和濾籍膜組成蹤蝶。廠家鏡、型號暖很多，筐我國實去際工程赴目前采猶用的最企多的是米這種芯系板截面越為并聯(lián)康十字型側(cè)而組成擋口琴狀怪。塑排板截杏面圖外層過濾臟纖維顯微尤結(jié)構(gòu)成卷的塑勺料排水板打設(shè)完脫的塑料出排水板塑料排孔水板加燙固軟土鈴地基的癢優(yōu)點：1）濾水識性好，排巧水暢通，煩排水效果腫有保證。2）材料有除良好的強逐度和延展濾性，能適維合地基變吵形能力而狹不影響排額水性能（膊袋裝砂井膀容易折斷傍）。3）排水盤板斷面布尺寸小捉，施打揀排水板吧過程中械對地基患擾動小逃。4）可在超膚軟弱地基異上進行插頃板施工。5）施工快鍬、工期短托，材料可姜工廠化生況產(chǎn)，造價程比袋砂井培低。普通砂宮井和塑北料排水裝板，土攝擾動范嶄圍對比①將塑料帶暗通過導(dǎo)管樣從管靴穿姻出；將塑挪料帶與樁強尖連接貼法緊管靴并香對準(zhǔn)樁位宣；②靜壓伏沉入導(dǎo)裕管達設(shè)眨計深度艇；③拔管，遮塑料排水顫板與軟土榴粘接錨固臭留在軟基如內(nèi)；④在砂墊王層中預(yù)留30cm以上，剪家斷塑料排猶水板，將拍塑料排水細(xì)板板頭埋齊入到砂墊押層中；⑤將塑料痰排水板與幅樁尖再連稀接，移位此重新打設(shè)訪。塑排板蹤蝶打設(shè)流猜程：當(dāng)塑料精排水板牲帶出長款度大于0.5宣m時將進行脹補打。塑胃料排水板既搭接時，翁搭接長度鴿在20cm以上。塑料排水訂板的打設(shè)③預(yù)壓荷載芒的施工（1）填筑孫實體材鴨料注意控制沸加載速率仔，確保穩(wěn)混定。（2）真空系預(yù)壓荷王載的施咳加。2、真空預(yù)知壓法真空預(yù)揮壓荷載丈施加，客是在被頭加固軟倡土表面姿和深度岡范圍內(nèi)吃完全密洋封抽真提空特定飽條件下倚，被加殊固軟基工內(nèi)外形戰(zhàn)成大氣現(xiàn)壓差，子并以此底作為預(yù)廉壓荷載澆，當(dāng)設(shè)摟計荷載誼超過80~速90k面Pa時，可與章堆載預(yù)壓遭聯(lián)合使用末，稱為“熊真空聯(lián)合駱堆載預(yù)壓板排水固結(jié)遭法”。真空聯(lián)垮合堆載擴預(yù)壓法1）真空勒預(yù)壓法說施工步疾驟：⑴鋪設(shè)50cm厚砂礫墊蒸層，并打瞎設(shè)塑料排夸水板；⑵在螞砂礫墊層蓄中埋設(shè)主條、濾管；⑶填10c餡m厚細(xì)砂丙墊層；⑷鋪統(tǒng)設(shè)復(fù)合土閣工布和密掘封膜；⑸在炒加固區(qū)邊挨緣挖溝、明填溝、安撐裝并連接刷抽氣管道右和射流泵跌；⑹檢竿驗土工膜汽密封情況漢；⑺土坐工膜上鋪竊設(shè)20c祥m厚細(xì)砂層暮和30c衡m厚的粘土鞭層,以保護繭密封膜惹；⑻開撞始抽氣，蔑密切注意棉膜下真空渠度的變化辯，發(fā)現(xiàn)漏命氣，及時顛處理，當(dāng)何膜下真空闊度穩(wěn)定到能設(shè)計值后百，連續(xù)抽梁氣一周左命右，進行采上部堆載醬填筑。2）砂墊層傭的鋪設(shè)①墊層甲材料去：墊層羽材料應(yīng)絹采用透依水性好躬的砂料殘，采用50c黎m厚砂礫墊洪層，并在舒其上鋪設(shè)10c藝m細(xì)砂。②墊層尺四寸：墊層挺厚度為50c他m砂礫+10洞cm細(xì)砂共倘計60c絕m。平面尺油寸為加固個區(qū)周圍向國外各延伸1m，以保證眠滲出的水嫂能夠沿砂撲墊層排出扎。③墊層蕩施工：場墊層的棒施工方錢法采用垮機械分鴨堆攤鋪斜法，即旬先堆成款若干砂固堆，然習(xí)后用機港械攤平突。施工木時避免巾對軟土撇表層的語過大擾鉗動，以巴免造成座砂和淤溉泥混合孟，影響醋墊層的棋排水效酒果。4）真空預(yù)仁壓的施工抽真空系藏統(tǒng)包括主料、濾管及搞其布置、哲密封膜的葵鋪設(shè)及抽初真空設(shè)備康。①主、戶濾管及圾其布置主管、現(xiàn)濾管的孤幾種布旨置形式憤如下圖坦所示：真空預(yù)壓絮（已打設(shè)欲塑料排水蛛板）主管、濾賽管的幾種拾布置形式濾管的鋪復(fù)設(shè)真空預(yù)壓泳（鋪設(shè)真遮空管）②封閉膜吉的鋪設(shè)加工好的忘密封膜面信積要大于始加固場地削面積，固一般情況董下，密封察膜每邊大影于加固區(qū)雷相應(yīng)邊1m以上。為勝了保證整蔑個預(yù)壓過場程中的密呀封性，塑忠料膜鋪設(shè)毀了2層，每房誠層膜鋪寫好后進對行檢查榨和粘補裳破漏處失。封閉膜蘭的鋪設(shè)密封溝設(shè)能計示意圖密封溝施堆工③抽真空域設(shè)備的努施工抽真空近設(shè)備主撈要包括幼出膜裝聽置和真劇空射流評泵。出疲膜裝置未是指膜翼下的主拍管與膜遣外的抽媽真空裝甘置相聯(lián)斧接的一布種裝置斑。真空丹射流泵州包括離愈心泵、幼射流噴宜嘴和循判環(huán)水箱健，射流繞噴嘴和酸循環(huán)水尺箱由玻奧璃鋼制傷成。真空預(yù)壓伴（真空泵寄工作中）①、孔隙弓水壓力賞觀測1）利用孔島隙水壓力松觀測資料如反算固結(jié)娃系數(shù)。2）利用孔躲隙水壓力瘦觀測資料康控制加荷桃速度。②、沉降觀棕測③、側(cè)向位壞移觀測3、施工努質(zhì)量和預(yù)開壓效果?？讐河嬳摰穆裨O(shè)怒情況監(jiān)測點埋棒設(shè)的密封三、排卸水固結(jié)里法的設(shè)蒙計理論1、豎向啄排水體斃的設(shè)計①直徑和間銹距關(guān)于直欺徑，目肥前國內(nèi)桂使用的煎是袋裝辜砂井和泊塑料排騰水板。徹袋裝砂補井普遍君采用7cm的直徑榆。塑料排水援板來說，瓶設(shè)計計算淡時常把其候換算成圓燭柱體來分絞析，對界策面寬度為b，厚度服為δ的塑料偽排水帶養(yǎng)，其當(dāng)菜量換算雄直徑膀可按譜下式計酷算：式中α為換算系峰數(shù)，可通席過實驗求提得。下表粱為提供的α值。α值資料來源備注0.6~0.9一般0.750.7511松尾新一郎卡爾斯坦尼Hansbo等MitchellandKatti《土質(zhì)加固方法手冊》福岡正已：《最新軟弱地基處理方法》“Consolidationbyverticaldrains”第十屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議報告表1α值設(shè)計時，α可在0.7就5值1.0范圍內(nèi)看取值。②豎向排水窮體的深度豎向排潑水體深度的選狡擇和土層嗽分布、地晌基中附加局應(yīng)力大小競，建筑物孟對地基變殖形和穩(wěn)定挪性的要求媽以及工期偉等因素有退關(guān)。當(dāng)軟吸黏土層不巾厚時，排折水井應(yīng)貫鑼穿黏土層魯，黏土層塘較厚但間猜有砂層或史砂透鏡體姿時，排水臂井應(yīng)盡可蛾能打至砂草層或透鏡乓體。當(dāng)黏討土層很厚今又無砂透遲水層時可忽按建筑物袍對地基變肚形及穩(wěn)定脊性要求以泳及排水體匯的施工和貫有效排水饒能力來決疏定，國內(nèi)肥一般的工鞭程控制在25-扣30m。排水井螞平面布膜置及影絕響范圍捆土柱體驕剖面③豎向排壇水體的排列豎井的垂平面布門置方式絡(luò)一般為診正三角戰(zhàn)形和正快方形兩舞種。在實際戒固結(jié)計旬算時，廢常使用等效圓直賣徑酸來模簡化計算半，與排水間貞距L的關(guān)系如膽下：等邊三愚角形排瞇列時：正方形排亦列時：豎井的布茫置范圍，抬一般比建濕筑物基礎(chǔ)麻范圍稍大欄。（2）（3）2、固結(jié)遮度的計租算單向固裁結(jié)問題（1）太沙懷基理論太沙基研駐究的是地憑基中發(fā)生諸固結(jié)的土挺層只有一拍層的情況訂，外荷載p一次瞬時伯施加且在炭固結(jié)過程匠中維持不疤變。因此譽，式（11）簡化為開：（12）此式為太防沙基提出肝的單向固撞結(jié)微分方段程。假設(shè)土層預(yù)單面排水邁，則邊界浩條件為：（13）初始條件耍記作：（14）經(jīng)計算可忽得到z深度處撤超靜水討壓力的齡消散程旋度即固側(cè)結(jié)度役為蠢：（15）整個土密層的平織均固結(jié)績度U為：（16）式中，擇，港為時店間因數(shù)爛。（2）砂井固刪結(jié)理論按照砂材井固結(jié)倦理論，國當(dāng)垂直摸排水通沈道打穿屆整個軟畝土層時下，地基瓣在加固脖歷時t的平均固妹結(jié)度按下紙式計算：（17）式中：α、β為排水六固結(jié)參柿數(shù)，其螺值見表2。排水情況徑向排水豎向排水豎向和徑向組合三維排水β理想井非理想井α1表2α、β值為軸對傘稱徑向屈排水固貸結(jié)參數(shù)掛；為豎向更排水一蕉維固結(jié)扯參數(shù)；分別為地挖基土的豎盼向和水平渴向固結(jié)系腥數(shù)；為井徑睡比因子即，有下豎式確定梨：（17）N為井徑比眨，涌，為塑料膀排水板剩的等值評砂井直牛徑或砂底井直徑荒，為排水圓陽柱的等小炕直徑;G為井阻因秩子，有下格面?zhèn)z式確獻定：當(dāng)垂直排揉水通道未符打穿軟土趨層時，可傲按下式計伸算地層的糧平均固結(jié)放度：附加應(yīng)力分布線水平砂墊層砂井荷載式中：繳為慮在t時刻土層俱的平均固鹽結(jié)度；為垂直排浸水通道打牧入深度范族圍內(nèi)的平它均固結(jié)度近，按式（16）和表2來計算箭；為垂直脖排水通閘道打入紹深度以絕下土層慣的平均籮固結(jié)度屋，按豎蝦向排水們計算；為打入臉深度比衣，晌。當(dāng)線性加霸載時，平皂均固結(jié)度譜按下式計守算當(dāng)逐級氧加載時芬，平均御固結(jié)度君按下式拜計算式中：時刻多任級荷載斑等速加炎荷修正設(shè)后的地匯基平均島固結(jié)度壇；第i級荷載觀的加載鳳速率；各級荷樓載的累鬧計值；分別為占第i級荷載加波載的起始供時間和終張止時間（轟從零點起患算），當(dāng)欠計算第i級荷載加巨載過程中眼某時間t的固結(jié)度畫時，Ti改為t；參數(shù)，根報據(jù)地基土獨排水固結(jié)剛條件按下級表采用。初對豎井地歪基，表中鄰所鐵列為不考蝕慮涂抹姻和井阻遲影響的添參數(shù)值識。不同排水開條件下、的理論趣值排水固結(jié)條件參數(shù)豎向排水固結(jié)()向內(nèi)徑向排水固結(jié)豎向和向內(nèi)徑向排水固結(jié)（豎井穿透受壓土層）備注1Ch—土的徑向排水固結(jié)系數(shù)（cm2/s）Cv—土的豎向排水固結(jié)系數(shù)（cm2/s）

—雙面排水土層或固結(jié)應(yīng)力均不分布的單面排水土層平均固結(jié)度H—土層豎向排水距離（cm）。4、強度塞增長估濕計（1）真空排炕水固結(jié)法萬的強度增略長特征真空排水逮預(yù)壓法是謀在預(yù)壓地偽基內(nèi)總應(yīng)括力不變的隔條件下，虛使土中的焰孔隙水壓圍力減小，股有效應(yīng)力判增加的方下法。與醉堆載排水呀預(yù)壓法的從不同之處羽在于：形餅成有效應(yīng)諸力的路徑若不同。真空排挺水預(yù)壓晌法的強毅度增長蘆的特征作：1）真空缸排水預(yù)沙壓法的鈔強度增質(zhì)長是在采等向固旬結(jié)過程補中實現(xiàn)疤的；2）真空紐奉排水預(yù)波壓法加宴固地基捧時地基隔土中不潤會產(chǎn)生沸剪切蠕進動現(xiàn)象廈。圖11說明了具伍有相同的看垂直有效誓盈利增量論時，兩種悲不排水強插度增長的妥差異。兩種不縱同加固低方式強乞度的增有長用堆載排蹈水預(yù)壓法雨加固時，棗地基中某肉一時刻的油抗剪強度掠，在考卷慮了由于付剪切而引朵起的強度遷衰減后表葵示為：（18）式中：疫為握天然地基牙抗剪強度壘；延為由固結(jié)客而引起的擁抗剪強度雄的增長量蜓；誓為考慮剪領(lǐng)切變形及梯其它因素棗對強度的撒影響的一狡個綜合性癥折減系數(shù)首。其中由固喇結(jié)引起的鞏強度增量舅的計算葛方法很多叨，主要有驚以下兩種?。旱谝环N姜方法——有效應(yīng)身力法：（19）將式（19）代入式鋒（18）得：（20）第二種方賞法——有效固結(jié)腐壓力法：（21）將（21）式代入萌（18）得：（22）（2）真空排先水預(yù)壓法燒的強度增侄長的計算真空排水映固結(jié)法的烘強度增長苗可用有效鳳應(yīng)力法或齒有效固結(jié)嫂壓力法計在算，即可潛分別用式徹（19）或式撿（21