地基处理排水固结法ppt版（共76）

第4章排水固结结法Chapter4Consolidation排水固结法法（Consolidation）是处理软软粘土地基基的有效方方法之一。。该法是对对天然地基基，或先在在地基中设设置砂井等等竖向排水水体，然后后利用建筑筑物本身重重量分级逐逐渐加载，，或是在建建筑物建造造以前，在在场地先行行加载预压压，使土体体中的孔隙隙水排出，，逐渐固结结，地基发发生沉降，，同时强度度逐步提高高的方法。。深圳河真空空预压全貌貌深圳美视妈妈湾油库海海上抛石围围堤、海上上铺设土工工布、回填填砂和插板板并堆载预预压竣工后后使用现场堆水预压四航研究院院进行的交交通部综合合地基加固固现场试验验（在潮间间带插铺土土工布、回回填砂垫层层、插排水水板，并用用真空气体体、水荷载载流体和堆堆砂固体进进行三相体体联合预压压）四航研究院院珠海前山山水荷载预预压加固示示意图四航研究院院深圳妈湾湾潮间带真真空预压一一角（退潮潮时）塑料排水板板插板机塑料排水板板地基处理理真空预压地地基处理真空预压管管网铺设排水板真空空预压处理理剖面示意意图排水固结法法可解决以以下两个问问题：（1）沉降问题。使地基的的沉降在加加载预压期期间大部分分或基本完完成，使建建筑物在使使用期间不不致产生不不利的沉降降和沉降差差。（2）稳定问题。加速地基基土的抗剪剪强度的增增长，从而而提高地基基的承载力力和稳定性性。排水固结法法适用于处理淤泥质质土、淤泥泥和冲填土土等饱和粘粘性土地基基。排水固结法法是由排水系统和加压系统两部分共同同组合而成成。（1）排水系统由水平排水水垫层和竖竖向排水体体构成。竖竖向排水体体可选用普普通砂井、、袋装砂井井或塑料排排水板。（2）加压系统即是起固结结作用的荷荷载，它使使地基土的的固结压力力增加而产产生固结。。工程上广泛泛使用且行行之有效的的增加固结结压力的方方法是堆载法，此外，还还有真空法、降低地下水水位法、电渗法和联合法。排水固结法法的设计，，主要是根根据上部结结构荷载的的大小、地地基土的性性质以及工工期要求、、确定竖向向排水体的的直径、间间距、深度度和排列方方式；确定定预压荷载载的大小和和预压时间间，使通过过预压，地地基能满足足建筑物对对变形和稳稳定性的要要求。适用范围适用于处理理各类淤泥泥、淤泥质质土及冲填填土等饱和和粘性土地地基。砂井法特别别适用于存存在连续薄薄砂层的地地基。但砂砂井只能加加速主固结结而不能减减少次固结结，对有机机质土和泥泥炭等次固固结土，不不宜只采用用砂井法。。克服次固固结可利用用超载的方方法。真空预压法法适用于能能在加固区区形成(包括采取措措施后形成成)稳定负压边边界条件的的软土地基基。降低地地下水位法法、真空预预压法和电电渗法由于于不增加剪剪应力，地地基不会产产生剪切破破坏，所以以它适用于于很软弱的的粘土地基基。排水固结法法分类根据加压和和排水两个个系统的不不同，派生生出多种固固结加固地地基的方法法：美国跨越金金山湾南端端的Dumbarton桥东侧引道道路堤场地地，路堤下下淤泥的抗抗剪强度小小于5kpa，其固结时时间将需要要30—40年，为了支支撑路堤和和加速所预预计的2m沉降量,采用如下方方案：1、采用土工工聚合物以以分布路堤堤荷载和减减小不均匀匀沉降；2、使用轻质质填料以减减轻荷载；；3、采用竖向向排水体使使固结时缩缩短到一年年以内；4、设置土工工聚合物滤滤网以防排排水层发生生污染等。。时，时，

时，土在某一荷荷载作用下下，孔隙水水逐渐排出出，土体随随之压缩，，土体的密密实度和强强度随时间间逐步增长长，这一过过程称之为为土的固结结过程。亦亦即孔隙水水压力消散散、有效应应力增长的的过程。4.2排水固结法法的加固机理(1)堆载预压加加固机理堆载预压是是指先在地地基中设置置砂井、塑塑料排水带带等竖向排排水体，后后利用建筑筑物本身重重量分级逐逐渐加载，，或建筑物物建造前，，在场地先先行加载预预压，使土土体中的孔孔隙水缓慢慢排出，土土层逐渐固固结，地基基发生沉降降，同时强强度逐步提提高的过程程。4.2排水固结法法的加固机理砂井堆载预预压法基本方法：：砂井堆载预预压法系在在软弱地基基中通过采采用钢管打打孔、灌砂砂，设置砂砂井作为竖竖向排水通通道，并在在砂井顶部部设置砂垫垫层作为水水平排水通通道，形成成排水系统统；在砂垫垫层上部堆堆载，以增增加软弱土土中附加应应力，使土土体中孔隙隙水在较短短的时间内内通过竖向向砂井和水水平砂垫层层排出，达达到加速土土体固结、、提高软弱弱地基土承承载力之目目的。主要用于道道路路堤、、土坝、机机场跑道、、工业建筑筑油罐、码码头、岸坡坡等工程的的地基处理理，对于泥泥炭等有机机沉积地基基则不适用用。(2)真空预压加加固机理真空预压指指在软土地地基中打设设竖向排水水体后，在在地面铺设设排水用砂砂垫层和抽抽气管线，，然后在砂砂垫层上铺铺设不透气气的封闭膜膜使其与大大气隔绝，，再用真空空泵抽气，，使排水系系统维持较较高的真空空度，利用用大气压力力作为预压压荷载，增增加地基的的有效应力力，以利于于土体排水水固结。真空预压适适用于均质质粘性土及及含薄粉砂砂夹层粘性性土等，尤尤其适用于于新吹填土土地基的加加固。对于于在加固范范围内有足足够补给水水源的透水水层，而又又没有采取取隔断措施施时，不宜宜采用该法法。真空预压法法示意图真空预压法法(3)降水预压加加固机理降水预压法法是借助于于井点抽水水降低地下下水位，以以增加土的的有效自重重应力，从从而达到预预压的目的的。抽水前水位线抽水后水位降落线滤水管抽水井管降水预压原理(4)电渗预压加加固机理电渗预压是是在土中插插入金属电电极并通以以直流电，，由于直流流电场作用用，土中的的水分从阳阳极流向阴阴极，将水水在阴极排排除且无补补充水源的的情况下，，引起土层层的压缩固固结。电渗预压与与降水预压压一样，是是在总应力力不变的情情况下，通通过减小孔孔隙水压力力来增加土土的有效应应力作为固固结压力的的，所以不不需要用堆堆载作为预预压荷载，，也不会使使土体发生生破坏。AB水力坡降线预压法的设设计，实质质上是根据据上部结构构荷载的大大小、地基基土的性质质及工期要要求合理安安排加压系统与与排水系统统，使地基基在预压过过程中快速速排水固结结，缩短预预压时间，，从而减小小建筑物在在使用期间间的沉降量量和不均匀匀沉降，同同时增加一一部分强度度，以满足足逐级加荷荷条件下地地基的稳定定性。4.3堆载预压法法设计计算算4.3DesignProcedureofPreloading一、堆载预预压的计算算步骤因软粘土地地基抗剪强强度较低，，无论直接接建造建筑筑物还是进进行堆载预预压往往都都不可能快快速加载，，而必须分分级逐渐加加荷，待前前期荷载下下地基强度度增加到足足以加下一一级荷载时时才可加下下一级荷载载。具体计计算步骤是是，首先用用简便的方方法确定一一个初步的的加荷计划划，然后校校核这一加加荷计划下下地基的稳稳定性和沉沉降，其步步骤如下：：1利用地基的的天然地基基土抗剪强强度计算第第一级容许许施加的荷荷载p1，对饱和软软粘土可采采用下列公公式估算：：2计算第一级级荷载下地地基强度增增长值。在在p1荷载作用下下，经过一一段时间预预压地基强强度会提高高，提高以以后的地基基强度为cu1：3计算p1作用下达到到所确定固固结度所需需要的时间间。目的在在于确定第第一级荷载载停歇的时时间，亦即即第二级荷荷载开始施施加的时间间。4根据第二步步所得到的的地基强度度cu1计算第二级级所能施加加的荷载p2。p2可近似地按按下式估算算：同样，求出出在p2作用下地基基固结度达达70％时的强度度以及所需需要的时间间，然后计计算第三级级所能施加加的荷载，，依次可计计算出以后后的各级荷荷载和停歇歇时间。5按以上步骤骤确定的加加荷计划进进行每一级级荷载下地地基的稳定定性验算。。如稳定性性不满足要要求，则调调整加荷计计划。6计算预压荷荷载下地基基的最终沉沉降量和预预压期间的的沉降量。。这一项计计算的目的的在于确定定预压荷载载卸除的时时间。二、超载预预压对沉降有严严格限制的的建筑，应采用超超载预压法法处理地基基。经超载载预压后，，如受压土土层各点的的有效竖向向应力大于于建筑物荷荷载引起的的相应点的的附加总应应力时，则则今后在建建筑物荷载载作用下地地基土将不不会再发生生主固结变变形，而且且将减小次次固结变形形，并推迟迟次固结变变形的发生生。4.4砂井排水固固结设计计计算4.4DesignProcedureofSandDrain1925年，丹尼尔尔.莫兰将垂直直砂井用于于费城－－－奥克兰海海湾大桥公公路软土地地基的加固固，1926年获得专利利。砂井法问世世以后，因因缺乏理论论根据而按按经验设计计。1940～1942年，巴隆（（Barron）根据太沙沙基的固结结理论，提提出砂井法法的设计计计算方法。。我国从20世纪50年代起，开开始应用砂砂井法。砂井法主要要适用于没有较大集集中荷载的的大面积荷荷重或堆土土荷重工程程，例如水水库土坝、、油罐、仓仓库、铁路路路堤、贮贮矿场以及及港口的水水工建筑物物等工程。。一、砂井设设计砂井设计包包括砂井直直径、间距距、深度、、排列方式式、范围、、砂料选择择和砂垫层层厚度等。。（1）砂井直径径和间距主要取决于于土的固结结特性和施施工期限的的要求。““细而密””比“粗而而稀”效果果好。砂井井直径一般般为300～400mm；袋袋装装砂砂井井直直径径为为70～120mm。（2）砂砂井井深深度度主要要根根据据土土层层的的分分布布、、地地基基中中附附加加应应力力大大小小、、施施工工期期限限和和条条件件及及地地基基稳稳定定性性等等因因素素确确定定。。一一般般为为10～25m。（3）砂砂井井排排列列砂井井在在平平面面上上可可布布置置成成正正三三角角形形（（梅梅花花形形）），，以以正正三三角角形形排排列列较较为为紧紧凑凑和和有有效效。。在在实实际际进进行行固固结结计计算算时时，，由由于于多多边边形形作作为为边边界界条条件件求求解解很很困困难难，，巴巴隆隆建建议议每每个个砂砂井井的的影影响响范范围围由由多多边边形形改改为为由由面面积积与与多多边边形形面面积积相相等等的的圆圆来来求求解解。。正方方形形排排列列时时de＝1.13l正三三角角形形排排列列时时de＝1.05lde为砂砂井井的的有有效效直直径径，，l为砂砂井井间间距距。。（4）砂砂井井布布置置范范围围砂井井的的布布置置范范围围一一般般可可由由基基础础的的轮轮廓廓线线向向外外增增大大约约2～4m。（5）砂砂料料宜选选用用中中粗粗砂砂，，其其含含泥泥量量不不能能超超过过3％。。（6）砂砂垫垫层层砂井井顶顶部部铺铺设设砂砂垫垫层层，，可可使使砂砂井井排排水水有有良良好好的的通通道道，，将将水水排排到到工工程程场场地地以以外外。。二、、沉沉降降计计算算地基基土土的的总总沉沉降降一一般般包包括括瞬时时沉沉降降、固结结沉沉降降和次固固结结沉沉降降三部部分分。。瞬瞬时时沉沉降降是是在在荷荷载载作作用用下下由由于于土土的的畸畸变变所所引引起起，，并并在在荷荷载载作作用用下下立立即即发发生生的的。。固固结结沉沉降降是是由由于于孔孔隙隙水水的的排排出出而而引引起起土土体体积积减减小小所所造造成成的的，，占占总总沉沉降降的的主主要要部部分分。。次次固固结结沉沉降降则则是是由由于于超超静静水水压压力力消消散散后后，，在在恒恒值值有有效效应应力力作作用用下下土土骨骨架架的的徐徐变变所所致致。。设计计内内容容除除排排水水系系统统外外，，主主要要包包括括：：密密封封内内的的真真空空度度，，加加固固土土层层要要求求达达到到的的平平均均固固结结度度，，竖竖向向排排水水体体的的尺尺寸寸，，加加固固后后的的沉沉降降和和工工艺艺设设计计等等。。4.5真空空预预压压设设计计计计算算A.膜内内真真空空度度真空空预预压压效效果果和和封封闭闭膜膜内内所所达达到到的的真真空空度度大大小小关关系系极极大大。。根根据据国国内内一一些些工工程程的的经经验验，，当当采采用用合合理理的的工工艺艺和和设设备备，，膜膜内内真真空空度度一一般般可可维维持持600mmHg左右，相当于于80kpa的真空压力，，此值可作为为最大膜内设设计真空度。。4.5真空预压设计计计算B.加固区内要求求达到平均固固结度一般可采用80%的固结度。如如工期许可，，也可采用更更大一些的固固结度作为设设计要求达到到的固结度。。4.5真空预压设计计计算C.竖向排水体一般采用袋装装砂井或塑料料排水带。真空预压处理理地基时，必必须设置竖向向排水体，由由于砂井（袋袋装砂井或塑塑料排水带））能将真空度度从砂垫层中中传至土体，，并将土体中中的水抽至砂砂垫层然后排排出。若不设设置砂井等就就起不到上述述的作用和加加固目的。抽真空的时间间与土质条件件和竖向排水水体的间距密密切有关。达达到相同的固固结度，间距距越小，则所所需的时间越越短.4.5真空预压设计计计算袋装砂井间距距与所需时间间关系4.5真空预压设计计计算D.沉降计算先计算加固前前建筑物荷载载下天然地基基的沉降量，，然后计算真真空预压期间间所完成的沉沉降量，两者者之差即为预预压后在建筑筑物使用荷载载下可能发生生的沉降。预压期间的沉沉降可根据设设计要求达到到固结度推算算加固区所增增加的平均有有效应力。4.5真空预压设计计计算真空预压的总总面积不得小小于基础外边边缘所包围的的面积，一般般真空的边缘缘应比建筑物物基础外缘超超出2～3m，另外，每块块预压的面积积尽可能大，，彼此间可搭搭接或有一定定间距。加固固面积越大，，加固面积与与周边长度之之比也越大。。气密性也越越好，真空度度也越高。根根据现有的材材料和工艺设设备，每块面面积已达3万㎡。当在加固区发发现有透气层层和透水层时时，一般可在在塑料薄膜周周边采用另加加水泥土搅拌拌桩的壁式密密封措施。真空度与加固固面积的关系系4.6施工方法4.6ConstructionMethods要保证排水固固结法的加固固效果，从施施工角度考虑虑，主要应重重视以下三个环节：一、铺设水平平垫层、二、设置竖向向排水体三、施加固结结压力。排水固结法施施工工艺一、铺设水平平排水砂垫层层；垫层材料：渗水好的砂砂料，其渗透透系数一般不不低于10-3cm/s，同时能起到到一定的反滤滤作用。常用用级配良好的的中粗砂。也也可采用连通通砂井的砂沟沟（2-3D，40-60cm深）代替整片片砂垫层。不不宜采用粉、、细砂。垫层厚度：满足渗流水水能及时排出出，应起到持持力层的作用用。一般应选选用30～50cm厚度。对新吹吹填不久的或或无硬壳层的的软粘土及水水下施工的特特殊条件，应应采用厚的或或混合料排水水垫层。垫层施工：机械分堆摊摊铺、堆成若若干砂堆，然然后用推土机机或人工摊平平。排水固结法施施工工艺二、竖向排水水体施工材料：30～50cm直径的普通砂砂井；7～12cm直径的袋装砂砂井；10cm宽的塑料排水水带。1、砂井施工2、袋装砂井施施工3、塑料排水带带施工深圳河打设砂砂井桩和排水水板示意图袋装砂井的施施工过程袋装砂井的施施工过程插板机插板机插板机插板机四航研究院排排水板施工现现场图塑料排水板施施工工艺流程程图塑料排水板施施工现场排水固结法施施工工艺三、施加固结结压力（一）利用建筑筑物自重加压压一般应用于以以地基的稳定定性为控制条条件，能适应应较大变形的的建筑物，如如路堤、土坝坝、储矿场、、油罐、水池池等。对油罐和水池池等建筑物，，先进行充水水加压，一方方面可检验罐罐壁本身有无无渗透现象，，同时，还利利用分级逐渐渐充水预压，，使地基土强强度得以提高高，满足稳定定性要求。对路堤、土坝坝等建筑物，，由于填土高高、荷载大，，地基的强度度不能满足快快速填筑的要要求，工程上上都采用严格格控制加荷速速率，逐层填填筑的方法以以确保地基的的稳定性。排水固结法施施工工艺（二）堆载预预压堆载预压的材材料：以散料料为主，如土土、石料、砂砂、砖等。大面积施工时时通常采用自自卸汽车与推推土机联合作作业。对超软软地基的堆载载预压，第一一级荷载宜用用轻型机械或或人工作业。。堆载预压工艺艺简单，但处处理不当，特特别是加荷速速率控制不好好时，容易导导致工程施工工的失败。排水固结法施施工工艺（二）堆载预预压注意事项：1、必须严格控控制加载速率率。保证在各各级荷载下地地基的稳定性性。基本控制制标准是：竖竖向变形每天天不应超过10㎜，边桩水平位位移每天不应应超过5㎜。2、堆载载面积积要足足够。。堆载载的顶顶面积积不小小于建建筑物物底面面积。。3、注意意堆载载过程程中荷荷载的的均匀匀分布布，避避免局局部堆堆载过过高导导致地地基局局部失失稳破破坏。。排水固固结法法施工工工艺艺（三））真空空预压压（1）真真空预预压系系统设设置1.排水通通道施施工先在软软基表表面铺铺设砂砂垫层层和在在土体体中埋埋设袋袋装砂砂井或或塑料料排水水带；；2.埋设水水平向向分布布滤水水管。。主要作作用：：使真真空度度在整整个加加固区区域内内均匀匀分布布。要求：：滤水水管在在预压压过程程中应应能适适应地地基的的变形形，特特别是是差异异变形形。材料：：钢管管或塑塑料管管，其其外侧侧宜缠缠绕铅铅丝，，外包包尼龙龙砂网网或土土工织织物作作为滤滤水层层。排水固固结法法施工工工艺艺滤水管管布置置：滤滤水管管在加加固区区内的的分布布形式式可采采用条条状、、梳子子状或或羽毛毛状等等，滤滤水管管一半半埋设设在排排水砂砂垫层层中间间，其其上应应有100～200㎜砂层覆覆盖。。真空预预压水水平管管路施施工排水固固结法法施工工工艺艺（三））真空空预压压（1）真真空预预压系系统设设置排水固固结法法施工工工艺艺3、铺设设密封封膜密封膜膜铺设设质量量是真真空预预压加加固法法成贩贩的关关键。。要求：：a、应选用用抗老老化性性能好好、韧韧性大大、抗抗穿刺刺能力力强的的不透透气材材料。。普通通聚氯氯乙烯烯薄膜膜性能能不如如线性性聚乙乙烯等等专用用膜好好。b、密封膜膜热合合时宜宜用双双热合合线平平搭接接，搭搭接长长度应应大于于15㎜㎜。密封封膜宜宜铺设设三层层，以以确保保自身身密封封性能能。c、膜周边边可采采用挖挖沟折折铺、、平铺铺并用用粘土土压边边，围围捻沟沟内覆覆水以以及膜膜上全全面覆覆水等等方法法进行行密封封。d、当处理理区内内有充充足水水源补补给的