排水固結法地基處理施工工藝

第4章排水固結法

Chapter4Consolidation

4.1概述

排水固結法（Consolidation）是處理軟粘土地基的有效方法之一。該法是對天然地基，或先在地基中設置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發(fā)生沉降，同時強度逐步提高的方法。深圳河真空預壓全貌四航研究院深圳媽灣潮間帶真空預壓一角（退潮時）

排水固結法可解決以下兩個問題：（1）沉降問題。使地基的沉降在加載預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度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。排水固結法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成。（1）排水系統(tǒng)由水平排水墊層和豎向排水體構成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板。（2）加壓系統(tǒng)即是起固結作用的荷載，它使地基土的固結壓力增加而產(chǎn)生固結。工程上廣泛使用且行之有效的增加固結壓力的方法是堆載法，此外，還有真空法、降低地下水位法、電滲法和聯(lián)合法。

排水固結法的設計，主要是根據(jù)上部結構荷載的大小、地基土的性質(zhì)以及工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確定預壓荷載的大小和預壓時間，使通過預壓，地基能滿足建筑物對變形和穩(wěn)定性的要求。適用范圍適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和粘性土地基。砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。但砂井只能加速主固結而不能減少次固結，對有機質(zhì)土和泥炭等次固結土，不宜只采用砂井法。克服次固結可利用超載的方法。真空預壓法適用于能在加固區(qū)形成(包括采取措施后形成)穩(wěn)定負壓邊界條件的軟土地基。降低地下水位法、真空預壓法和電滲法由于不增加剪應力，地基不會產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。排水固結法分類根據(jù)加壓和排水兩個系統(tǒng)的不同，派生出多種固結加固地基的方法：美國跨越金山灣南端的Dumbarton橋東側引道路堤場地，路堤下淤泥的抗剪強度小于5kpa，其固結時間將需要30—40年，為了支撐路堤和加速所預計的2m沉降量,采用如下方案：1、采用土工聚合物以分布路堤荷載和減小不均勻沉降；2、使用輕質(zhì)填料以減輕荷載；3、采用豎向排水體使固結時縮短到一年以內(nèi)；4、設置土工聚合物濾網(wǎng)以防排水層發(fā)生污染等。

時，時，

時，

土在某一荷載作用下，孔隙水逐漸排出，土體隨之壓縮，土體的密實度和強度隨時間逐步增長，這一過程稱之為土的固結過程。亦即孔隙水壓力消散、有效應力增長的過程。4.2排水固結法的加固機理

(1)堆載預壓加固機理堆載預壓是指先在地基中設置砂井、塑料排水帶等豎向排水體，后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或建筑物建造前，在場地先行加載預壓，使土體中的孔隙水緩慢排出，土層逐漸固結，地基發(fā)生沉降，同時強度逐步提高的過程。4.2排水固結法的加固機理砂井堆載預壓法

基本方法：砂井堆載預壓法系在軟弱地基中通過采用鋼管打孔、灌砂，設置砂井作為豎向排水通道，并在砂井頂部設置砂墊層作為水平排水通道，形成排水系統(tǒng)；在砂墊層上部堆載，以增加軟弱土中附加應力，使土體中孔隙水在較短的時間內(nèi)通過豎向砂井和水平砂墊層排出，達到加速土體固結、提高軟弱地基土承載力之目的。主要用于道路路堤、土壩、機場跑道、工業(yè)建筑油罐、碼頭、岸坡等工程的地基處理，對于泥炭等有機沉積地基則不適用。

(2)真空預壓加固機理真空預壓指在軟土地基中打設豎向排水體后，在地面鋪設排水用砂墊層和抽氣管線，然后在砂墊層上鋪設不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，再用真空泵抽氣，使排水系統(tǒng)維持較高的真空度，利用大氣壓力作為預壓荷載，增加地基的有效應力，以利于土體排水固結。真空預壓適用于均質(zhì)粘性土及含薄粉砂夾層粘性土等，尤其適用于新吹填土地基的加固。對于在加固范圍內(nèi)有足夠補給水源的透水層，而又沒有采取隔斷措施時，不宜采用該法。真空預壓法示意圖真空預壓法

(3)降水預壓加固機理

降水預壓法是借助于井點抽水降低地下水位，以增加土的有效自重應力，從而達到預壓的目的。抽水前水位線抽水后水位降落線濾水管抽水井管降水預壓原理

(4)電滲預壓加固機理

電滲預壓是在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場作用，土中的水分從陽極流向陰極，將水在陰極排除且無補充水源的情況下，引起土層的壓縮固結。電滲預壓與降水預壓一樣，是在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加土的有效應力作為固結壓力的，所以不需要用堆載作為預壓荷載，也不會使土體發(fā)生破壞。AB水力坡降線預壓評法的頁設計映，實軟質(zhì)上討是根艙據(jù)上廚部結冰構荷變載的伙大小鼠、地菠基土伴的性艘質(zhì)及湖工期摧要求醫(yī)合理糧安排加壓系歉統(tǒng)與排進水系統(tǒng)椒，使地陳基在預啊壓過程淺中快速駁排水固鏟結，縮捕短預壓扁時間，思從而減傘小建筑欣物在使難用期間屈的沉降宏量和不子均勻沉隊降，同順時增加扭一部分蘭強度，地以滿足窯逐級加攤荷條件附下地基遣的穩(wěn)定鈔性。4.3堆載預卻壓法設隱計計算4.3朋D秧esi廈gn棉Pro線ced逆ure結of礎Pr病elo技adi有ng一、動堆載婚預壓察的計驢算步螺驟因軟破粘土艱地基肺抗剪廣強度袍較低耍，無房誠論直辰接建乏造建通筑物宿還是縣進行扇堆載筐預壓仆往往垃都不訓可能絞快速沉加載流，而反必須鉤分級根逐漸夸加荷葬，待坊前期憂荷載鐘下地色基強爽度增誦加到王足以累加下臺一級些荷載錦時才哨可加巖下一昨級荷執(zhí)載。百具體槐計算悔步驟商是，亂首先迷用簡氣便的丙方法希確定劑一個際初步名的加塊荷計寄劃，曉然后漢校核窩這一吧加荷束計劃挖下地沖基的膜穩(wěn)定書性和斬沉降樸，其麻步驟測如下屋：1利用地秋基的天瘋然地基巖土抗剪搖強度計株算第一襯級容許枯施加的飾荷載p1，對映飽和證軟粘杏土可然采用勤下列傳公式爸估算斯：2計算第耍一級荷痕載下地喚基強度只增長值關。在p1荷載作瘋用下，譽經(jīng)過一臂段時間服預壓地飯基強度您會提高可，提高陽以后的嗓地基強型度為cu1：3計算p1作用下蘆達到所健確定固檢結度所沉需要的循時間。腰目的在爐于確定疑第一級癥荷載停漢歇的時灣間，亦恐即第二嬌級荷載酬開始施美加的時它間。4根據(jù)析第二允步所豬得到轉(zhuǎn)的地慎基強茅度cu1計算特第二妖級所碼能施敬加的睜荷載p2。p2可近特似地耽按下款式估冰算：同樣納，求關出在p2作用儀下地嫩基固桌結度堅達70％時臉的強察度以據(jù)及所加需要榮的時者間，允然后療計算這第三勺級所山能施慢加的浴荷載比，依團次可吹計算擺出以機后的溝各級敞荷載年和停燭歇時愛間。5按以上膏步驟確銹定的加凡荷計劃消進行每趕一級荷買載下地建基的穩(wěn)塊定性驗吼算。如賺穩(wěn)定性大不滿足跪要求，脊則調(diào)整夕加荷計秩劃。6計算預來壓荷載販下地基精的最終幻玉沉降量粥和預壓帖期間的偵沉降量睜。這一狂項計算反的目的桿在于確股定預壓罪荷載卸鞠除的時含間。二、超云載預壓對沉徑降有但嚴格摸限制燭的建京筑，應困采用斯超載喘預壓帆法處筑理地坑基。集經(jīng)超嚴載預守壓后會，如銅受壓惕土層謀各點魚的有建效豎喇向應溜力大魚于建蔑筑物歲荷載煉引起合的相應應點飲的附鉗加總像應力稈時，悅則今吉后在林建筑健物荷送載作畢用下島地基聯(lián)土將摩不會升再發(fā)下生主逆固結奧變形給，而牙且將讀減小咬次固堵結變填形，所并推趕遲次老固結渴變形生的發(fā)記生。4.4砂井排鐵水固結切設計計壯算4.4市D貿(mào)esi犧gn富Pro霧ced違ure辦of希Sa轎nd勢Dra駛in19柴25年，丹惕尼爾.莫蘭將找垂直砂河井用于蝦費城－矩－奧克飄蘭海灣棋大橋公騾路軟土翅地基的跑加固，192咬6年獲得省專利。砂井折法問治世以班后，豆因缺步乏理鈔論根凍據(jù)而查按經(jīng)秤驗設驕計。194抵0～19串42年，巴并隆（Bar絨ron）根據(jù)夕太沙基榴的固結扣理論，欠提出砂株井法的意設計計偶算方法員。我國材從20世紀50年代起爭，開始扒應用砂熟井法。砂井餐法主飽要適用于沒有較負大集中喇荷載的霜大面積濾荷重或監(jiān)堆土荷警重工程彼，例如故水庫土阿壩、油科罐、倉攻庫、鐵蟲路路堤公、貯礦免場以及渡港口的篩水工建擋筑物等譯工程。一、砂啟井設計砂井磨設計把包括版砂井增直徑染、間躲距、拉深度餡、排丑列方非式、敲范圍隆、砂扎料選丈擇和澇砂墊些層厚挨度等迅。（1）砂云井直陡徑和軌間距主要狼取決鎖于土晨的固倆結特窗性和埋施工剛期限敲的要愚求。膜“細蜜而密皇”比悶“粗盯而稀亡”效胃果好牧。砂許井直雷徑一闊般為300～40鳳0m換m；袋裝糟砂井直頌徑為70～120扇mm。（2）砂井姥深度主要根貨據(jù)土層畢的分布溉、地基撿中附加昂應力大員小、施灘工期限注和條件棄及地基丹穩(wěn)定性吉等因素裹確定。寸一般為10～25m。（3）砂揪井排練列砂井在龍平面上喜可布置列成正三伏角形（桌梅花形屆），以暮正三角咬形排列重較為緊辛湊和有龍效。在紹實際進奴行固結顧計算時跑，由于檔多邊形癢作為邊嚼界條件老求解很饑困難，葬巴隆建窄議每個例砂井的創(chuàng)影響范究圍由多陡邊形改肝為由面貼積與多閥邊形面佩積相等鐮的圓來渡求解。正方形扭排列時de＝1.省13l正三類角形破排列饅時de＝1.0浪5lde為砂井泊的有效漁直徑，l為砂蕩井間著距。（4）砂篩井布杏置范格圍砂井的押布置范文圍一般緞可由基尋礎的輪擔廓線向匆外增大料約2～4m。（5）砂料宜選用講中粗砂梯，其含艷泥量不齊能超過3％。（6）砂挪墊層砂井揭頂部撿鋪設到砂墊鴿層，毛可使今砂井鋼排水河有良職好的遮通道障，將腎水排痛到工幣程場販地以饒外。二、儀沉降瘋計算地基夕土的撲總沉該降一鴨般包欲括瞬時炮沉降、固結練沉降和次固結談沉降三部睬分。他瞬時醋沉降禮是在辟荷載吃作用裂下由睬于土方的畸秒變所來引起翅，并再在荷迫載作氏用下軍立即濟發(fā)生奔的。蜂固結勿沉降儀是由鍬于孔輔隙水帖的排恢出而及引起嗓土體迅積減廣小所孩造成光的，捏占總賀沉降冠的主胃要部蛇分。界次固矩結沉聽降則饒是由捆于超趟靜水陜壓力解消散掛后，券在恒智值有穗效應健力作坦用下陰土骨止架的質(zhì)徐變卻所致灣。設計內(nèi)例容除排王水系統(tǒng)就外，主地要包括獸：密封吉內(nèi)的真俗空度，心加固土恐層要求佛達到的竹平均固堤結度，贊豎向排帽水體的快尺寸，們加固后羽的沉降旬和工藝米設計等框。4.扣5真空預吹壓設計誤計算A.膜內(nèi)真孝空度真空永預壓涼效果堂和封信閉膜術內(nèi)所鳴達到燙的真勇空度丘大小炭關系距極大繩。根擱據(jù)國儀內(nèi)一爆些工廚程的骨經(jīng)驗叮，當賴采用謹合理賭的工嶼藝和蕉設備苦，膜窮內(nèi)真慰空度售一般屢可維結持600漂mmH懲g左右演，相鋤當于80損kp曾a的真稻空壓禿力，冤此值仆可作該為最醫(yī)大膜迎內(nèi)設璃計真攀空度嫂。4.俊5真空漫預壓漠設計服計算B.加固區(qū)體內(nèi)要求目達到平共均固結選度一般桃可采針用80%的固結妥度。如父工期許少可，也敗可采用次更大一伴些的固煙結度作隔為設計巾要求達賄到的固升結度。4.室5真空預臭壓設計及計算C.豎向排休水體一般采泛用袋裝虛砂井或稼塑料排嚴水帶。真空河預壓范處理漂地基殖時，竿必須剃設置搏豎向子排水璃體，癢由于掩砂井置（袋使裝砂豎井或統(tǒng)塑料克排水匪帶）釘能將悟真空奪度從彈砂墊躍層中能傳至偏土體派，并詢將土看體中驚的水云抽至異砂墊壘層然割后排方出。圍若不鉛設置鏈砂井及等就日起不輩到上旬述的必作用找和加戰(zhàn)固目項的。抽真慘空的伴時間言與土填質(zhì)條與件和角豎向另排水凍體的爛間距連密切巴有關閑。達叉到相柏同的視固結秤度，炊間距廈越小推，則設所需面的時株間越坦短.4.5真空預匙壓設計伶計算袋裝砂睡井間距里與所需金時間關系4.5真空預圍壓設計降計算D.沉降插計算先計算而加固前棕建筑物旨荷載下電天然地醋基的沉精降量，著然后計輩算真空幫預壓期薦間所完竟成的沉剛降量，疏兩者之溫差即為蜂預壓后走在建筑遇物使用資荷載下夕可能發(fā)屆生的沉麻降。預壓謊期間公的沉礦降可證根據(jù)饑設計母要求庭達到旺固結蠢度推掃算加籠固區(qū)逆所增茶加的傘平均魔有效槐應力宿。4.5真空內(nèi)預壓淚設計抓計算真空旦預壓羞的總勁面積酷不得飄小于溪基礎漁外邊野緣所僻包圍擦的面枝積，捆一般劫真空勿的邊根緣應格比建烏筑物塔基礎欺外緣鑒超出2～3m，另腸外，剩每塊特預壓考的面雜積盡今可能卷大，樸彼此蓄間可言搭接搖或有耕一定待間距焦。加爺固面激積越差大，般加固舌面積召與周雹邊長意度之播比也椅越大魔。氣素密性壺也越烘好，瀉真空撿度也聽越高劉。根縱據(jù)現(xiàn)活有的探材料腥和工召藝設循備，棚每塊盈面積芳已達3萬㎡襲。當在加業(yè)固區(qū)發(fā)游現(xiàn)有透肥氣層和慮透水層遺時，一衣般可在貢塑料薄賢膜周邊拿采用另侮加水泥法土攪拌森樁的壁椅式密封欄措施。真空稿度與卷加固廈面積社的關廢系4.6施工方嶼法4.6隔C敞ons野tru你cti紀on夜Met羞hod剖s要保證指排水固攪結法的奮加固效付果，從覽施工角黎度考慮且，主要部應重視生以下三個環(huán)濃節(jié)：一、鋪累設水平唇墊層、二、設絡置豎向澆排水體三、膽施加除固結舊壓力坡。排水偷固結律法施火工工米藝一、鋪部設水平咱排水砂聞墊層；墊層倡材料：滲瞎水好劈燕的砂壓料，引其滲病透系肚數(shù)一勝般不礎低于10-3cm淺/s，同充時能超起到茫一定卷的反摟濾作混用。貢常用工級配桑良好誼的中女粗砂寄。也似可采霸用連纖通砂勻井的犁砂溝春（2-遠3D，40腦-6余0c筆m深）停代替熟整片誤砂墊象層。重不宜踩采用床粉、籠細砂探。墊層厚恭度：滿榨足滲返流水捆能及既時排柔出，園應起些到持外力層炕的作始用。疫一般航應選擠用30～50c附m厚度怖。對克新吹科填不貌久的兼或無攀硬殼睛層的計軟粘聚土及暈水下糠施工醉的特銜殊條酒件，梅應采神用厚連的或姥混合籍料排運水墊叨層。墊層施追工：機簽械分宰堆攤喉鋪、矛堆成烤若干慘砂堆掏，然蹄后用賞推土網(wǎng)機或制人工差攤平羊。排水流固結羨法施員工工爽藝二、按豎向澆排水酷體施癢工材料荷：30～50c焰m直徑屋的普架通砂殘井；7～12婆cm直徑紹的袋資裝砂蠻井；10創(chuàng)cm寬的瘋塑料醒排水廢帶。1、砂井券施工2、袋裝哪砂井施會工3、塑世料排驢水帶斑施工深圳妻河打厘設砂倡井樁班和排淹水板數(shù)示意泊圖袋裝砂忠井的施洋工過程袋裝砂甚井的施淘工過程插板百機插板戚機插板機插板機四航研紡究院排弱水板施忙工現(xiàn)場笛圖塑料排消水板施連工工藝免流程圖塑料哲排水跪板施炊工現(xiàn)蓄場排水美固結算法施糠工工裙藝三、施賴加固結祖壓力（一）利粘用建筑傭物自重鞋加壓一般應內(nèi)用于以語地基的查穩(wěn)定性每為控制涼條件，觀能適應沃較大變袍形的建泡筑物，猴如路堤幣、土壩忽、儲礦絡場、油托罐、水越池等。對油咬罐和藥水池顧等建憲筑物到，先盤進行壯充水站加壓剃，一滿方面表可檢他驗罐盾壁本窄身有鼓無滲睛透現(xiàn)少象，填同時難，還掩利用悼分級潔逐漸驢充水非預壓旋，使櫻地基絮土強哀度得猛以提借高，突滿足饒穩(wěn)定趕性要水求。對路堤勵、土壩頃等建筑價物，由晉于填土坦高、荷貸載大，裁地基的同強度不朵能滿足亡快速填因筑的要航求，工蔥程上都寺采用嚴姻格控制燙加荷速縮慧率，逐闖層填筑粘的方法述以確保嚴地基的做穩(wěn)定性好。排水瘋固結因法施漢工工桑藝（二般）堆耽載預她壓堆載淋預壓單的材朋料：懼以散惱料為邪主，惰如土斥、石吩料、瘋砂、暗磚等漲。大面淚積施餐工時筒通常裝采用謹自卸趴汽車覆與推棕土機鈔聯(lián)合蔬作業(yè)察。對浪超軟寄地基武的堆熄載預亮壓，菠第一很級荷電載宜鵲用輕臟型機席械或蔥人工輛作業(yè)育。堆載腰預壓忠工藝省簡單貢，但獄處理聲不當基，特噴別是棕加荷腎速率惑控制刻不好你時，誘容易流導致宗工程罷施工件的失塔敗。排水削固結剃法施斷工工標藝（二傷）堆羨載預夜壓注意覽事項魚：1、必抽須嚴斃格控允制加影載速慎率。辮保證察在各遲級荷宵載下房誠地基薦的穩(wěn)社定性裝?；究貎灾茦巳鯗适侵贺Q起向變飯形每央天不匠應超陜過10陪㎜，邊子樁水婚平位府移每完天不嶄應超石過5㎜。2、堆載藥面積要胞足夠。端堆載的林頂面積剝不小于電建筑物扇底面積闖。3、注意社堆載過躲程中荷賤載的均德勻分布馬，避免耳局部堆雖載過高籌導致地虎基局部符失穩(wěn)破經(jīng)壞。排水威固結秒法施墻工工等藝（三）洪真空預彈壓（1）歉真空停預壓管系統(tǒng)婆設置1.排水渾通道字施工先在軟善基表面但鋪設砂毯墊層和拌在土體熊中埋設皇袋裝砂航井或塑席料排水勵帶；2.埋設逼水平龍向分炕布濾子水管擴。主要作汗用：使媽真空度元在整個辰加固區(qū)羞域內(nèi)均疤勻分布晉。要求述：濾磚水管愁在預下壓過朽程中窗應能炸適應乒地基賠的變舊形，異特別生是差章異變琴形。材料：亭鋼管或胡塑料管倒，其外翼側宜纏炊繞鉛絲怠，外包據(jù)尼龍砂奪網(wǎng)或土句工織物斷作為濾待水層。排水甲固結刊法施魔工工辨藝濾水管霜布置：蕉濾水管零在加固懷區(qū)內(nèi)的砌分布形摩式可采褲用條狀撲、梳子蕉狀或羽炮毛狀等態(tài)，濾水烘管一半結埋設在桿排水砂刺墊層中牛間，其悠上應有100～200建㎜砂層著覆蓋袋。真空順預壓隔水平藏管路鎖施工排水叔固結糞法施睛工工牙藝（三）躁真空預捉壓（1）煮真空翼預壓勿系統(tǒng)申設置排水固宵結法施爆工工藝3、鋪區(qū)設密養(yǎng)封膜密封堵膜鋪畝設質(zhì)捷量是繼真空館預壓炸加固邪法成抵販的驢關鍵饑。要求詢：a、應選用朝抗老化皺性能好辯、韌性駕大、抗羨穿刺能刃力強的曬不透氣菠材料?；计胀ň坨P氯乙烯扎薄膜性老能不如鋒線性聚爭乙烯等駕專用膜滔好。b、密封膜界熱合時爺宜用雙毀熱合線直平搭接企，搭接寬長度應職大于15陽㎜。密之封膜身宜鋪殊設三僚層，參以確帶保自抬身密探封性遲能。c、膜周邊稿可采用外挖溝折宰鋪、平言鋪并用那粘土壓稠邊，圍留捻溝內(nèi)緣瑞覆水以籌及膜上腐全面覆鄉(xiāng)豐水等方蟻法進行鞭密封。d、當處隙理區(qū)谷內(nèi)有脹充足執(zhí)水源讀補給演的透漲水層積時，云應采峰用封棒閉式膀板樁濱墻、饅封閉少式板異樁墻絡加溝蝕內(nèi)覆退水或反其他均密封姻措施嫂隔斷點透水庫層。排水固拆結法施季工工藝4、設置抗抽氣系絲式統(tǒng)抽氣設合備宜采春用射流種式真空膨泵。泵而的設置窩數(shù)量應芬根據(jù)預邀壓面積映、