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1、地基处理方法排水固结法,主题,主讲教师：袁海平 (副教授、博士后),合肥工业大学土木工程系列讲座,2,一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,3,一,概述,排水固结法是对天然地基，或先在地基设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。,海相沉积,河相沉积,我国广泛分布着海相、湖相、河相沉积的软弱黏性土层： 含水量大 压缩性高 强度低 透水性
2、差 不少情况埋藏深厚,湖相沉积,4,一,概述,5,一,概述,排水固结法由排水系统和加压系统两个主要部分组成。 加压系统：为地基提供必要的固结压力而设置的，地基土层因产生附加压力而发生排水固结。 排水系统：为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。,适用条件： 淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。,6,一,概述,堆载预压,7,真空预压,一,概述,8,真空预压,一,概述,9,一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,10,
3、二,排水固结法的原理,饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。,压缩曲线,卸荷膨胀曲线,abc,cef,fgc,11,二,排水固结法的原理,加载，卸载，再加载过程说明：,12,二,排水固结法的原理,土层的排水固结效果与排水边界条件有关,竖向排水固结： 土层中的孔隙水向上、下面透水层排出而使土层发生固结。,根据固结理论，黏性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。 土层越厚，固结时间越长,13,二,排水固结法的原理,14,二,排水固结法的原理,堆载预压,真空预压,降水预压,15,一
4、、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,16,三,排水固结法的设计与计算,设计目的：,设计前的准备：,17,三,排水固结法的设计与计算,18,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法,典型的砂井地基工程剖面图,19,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法,20,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井的类型,普通砂井,袋装砂井,塑料排水带,21,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井的直径和间距,砂井直径和间距主要取决于：黏性土层的固结特性、工期要求 原则上以采用“
5、细而密”的方案为好 工程上常用的普通砂井直径为3050cm 普通大直径砂井，工程上常用间距一般为砂井直径的6-8倍 袋装砂井我国常用7cm，井距11.5m，等边三角形布置 塑料排水带设计计算方法与砂井相同，一般换算成圆柱体,22,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井的深度,砂井深度主要取决于：土层分布、地基中附加应力大小、建筑物对地基变形和稳定性的要求、工期要求 软黏土层不厚时应贯穿 软黏土层厚但间有砂层或砂透镜体时，应尽可能打到砂体中 软黏土层厚且无砂透水层时按建筑物对地基变形与稳定性要求,深浅管交错布置，浅管贯穿淤泥层,皖江城市带某市政道路,23,三,排水固结法的设计与计算,1、
6、竖井排水法竖井的排列,24,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法排水砂垫层,在竖井顶面应铺设一定厚度的排水砂垫层以连通竖井，引出从土层排入井中的渗流水 砂垫层应有足够的厚度和良好的透水性，以减小对水流的阻力 砂垫层的厚度一般为0.4m左右（水下砂垫层厚1m左右） 当砂垫层面积较大时，应在砂垫层底部设置纵横向排水盲沟，使渗流水尽快排出预压区外,25,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,固结度的计算是竖井地基设计中的一个很重要内容，知道各级荷载下不同时间的固结度，就可推算地基土强度的增长，从而可进行各级荷载下地基的稳定性分析，并确定相应的加载计划。 由固结度可推算
7、加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限 竖井地基的固结理论假设荷载是瞬时施加的,26,可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）,三维渗流固结问题,其中,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,27,求解，得到,其中,固结度,井径比,查表5-7,增加井径dw与减小间距de哪个有效？,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,28,固结度计算（砂井）,dw,排水板,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,29,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,30,三,排水固结法的设计与计算,1、
8、竖井排水法竖井地基固结度的计算,31,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,32,三,排水固结法的设计与计算,1、竖井排水法竖井地基固结度的计算,33,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压,34,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压,35,饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。,压缩曲线,卸荷膨胀曲线,abc,cef,fgc,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压强度增长,36,1,2,竖向排水砂井、塑料排水板 水平排
9、水垫层 分级堆载,堆载过快易失稳,真空预压不会失稳,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压强度增长,37,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压强度增长,38,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压沉降计算,39,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压沉降计算,固结试验,40,三,排水固结法的设计与计算,2、预压法之堆载预压沉降计算,41,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之真空预压,42,-u,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之真空预压,43,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之真空预压,44,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之 真
10、空预压,堆载预压 和真空预压的比较,45,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之真空预压真空预压设计,最低膜内真空度：膜内真空度一般可维持在600mm汞柱，以上，相当于80kPa的真空压力 加固区要求达到的平均固结度：一般可采用80%的固结度，如工期许可，可适当提高固结度设计要求 竖向排水井的尺寸：对塑料排水带或7cm直径的袋装砂井，间距一般可在1-1.5m范围内选用 沉降计算：,46,三,排水固结法的设计与计算,3、预压法之真空预压真空预压设计,47,三,排水固结法的设计与计算,4、预压法之降低地下水位预压,48,设计坑底,坑底降水深度,D,坑底降水线,三,排水固结法的设计与计算,4、预压
11、法之降低地下水位预压,49,z,三,排水固结法的设计与计算,4、预压法之降低地下水位预压,50,三,排水固结法的设计与计算,4、预压法之降低地下水位预压,51,三,排水固结法的设计与计算,4、预压法之降低地下水位预压,降低地下水位预压法可和真空法或堆载预压法联合使用 对于随着填土荷载增高，地基有可能破坏时，限制堆载高度，采用降低地下水位联合堆载预压法优越性更为显著,52,一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,53,四,施工工艺,按设计做好排水系统的施工，即铺设水平排水砂垫层、打设竖
12、向排水井 严格做好施加预压荷载的施工，确保在预压加全过程均匀稳定 做好对工程起控制作用的监测和加固效果检验,从工程施工角度分析，保证排水固结法的加固效果三个主要环节：,54,四,施工工艺,1、水平排水砂垫层的施工工艺,55,四,施工工艺,1、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层材料的选择,56,四,施工工艺,1、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的厚度,57,四,施工工艺,1、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的施工,58,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工,59,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-砂井的施工工艺,我国、日本及欧美等国家常用砂井施工方法： 套管法：根据工艺可分静压、锤击联合沉管
13、法和振动沉管法 水冲成孔法 螺旋钻成孔法,水冲成孔,60,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-袋装砂井施工,下砂袋,61,施工前应清理场地，排除积水，并将路基范围内原地面上淤泥、树根、草皮、腐殖土等全部挖除。在路基范围内按设计要求填筑土拱，碾压密实，其上按设计要求铺设砂垫层。机具按设计桩位就位后，塑料排水板经导管内穿出底部，与桩尖连接、拉紧，与管靴口贴紧，并对准桩位，沉入导管至设计深度，然后拔出导管，切断塑料排水板。将顶部露出地面的塑料排水板埋入砂垫层中，埋入长度应大于03m或符合设计要求。,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-袋装砂井施工,62,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-塑料排水带
14、施工,63,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-塑料排水带施工,64,塑料排水板,四,施工工艺,2、竖向排水井的施工-塑料排水带施工,65,四,施工工艺,3、预压荷载,施加固结压力的荷载，依据施加工艺的不同一般可分为三大类： 堆载预压：实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载 真空预压：对被加固软基抽真空形成大气压差作为预压荷载 降水预压：降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载,66,四,施工工艺,3、预压荷载-真空预压荷载工艺,补现场照片,67,四,施工工艺,3、预压荷载-真空密封系统施工,围堰内全面覆水密封,68,一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,69,五,效果检验及加荷速率的控制,70,一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例,地基处理方法排水固结法,内容提要,71,六,工程实例,
