地基处理之排水固结课件

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1、 排水固结法排水固结法一一 概述概述二二 排水固结法加固机理排水固结法加固机理三三 预压预压 排水固结设计计算排水固结设计计算四四 真空预压法真空预压法五五 排水固结法施工排水固结法施工六六 效果检验效果检验一一 概述概述 1. 软土的工程特性软土的工程特性 在我国沿海及内陆分布着大量的软土，其特点是含水量大，压缩性高，透水性差及强度低。在这些地基上进行工程建设，会产生较大的沉降和沉降差异，且这种沉降会持续较长时间，严重影响建筑物的正常使用，所以就需要对其进行地基处理。预压排水预压排水固结法就是处理这种软基的一种有效方法。固结法就是处理这种软基的一种有效方法。2. 排水固结法组成排水固结法组成

2、 排水固结法主要由排水系统和加压系统两部分共同组成。排水固结法主要由排水系统和加压系统两部分共同组成。排水固结排水系统加压系统竖向排水体水平排水系统普通砂井袋装砂井塑料排水带砂垫层堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法 塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物（滤膜）而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，而滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。塑料排水带的宽度一般为100mm，厚度3.54mm. 砂井是用造孔机械在平面上按一定间距和布置方式(常为正方形或梅花形分布)造孔(一般穿过软土层)，同时填入砂料，形成砂柱。砂柱

3、为软土提供了排水面，排入砂柱的水向上进入地面的砂垫层，再沿水平方向排走。3. 3. 排水固结法的适用范围排水固结法的适用范围 排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。粘性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结可利用超载的方法。真空预土，不宜只采用砂井法。克服次固结可利用超载的方法。真空预压法适用于能在加固区形成压法适用于

4、能在加固区形成( (包括采取措施后形成包括采取措施后形成) )稳定负压边界稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基土地基. .4. 排水固结法的应用条件v必须有预压荷载必须有预压荷载v有足够的预压时间有足够的预压时间v有适用的土类有适用的土类 预压法处理地基分为堆载预压和真空预压预压法处理地基分为堆载预压和真空预压两类，降水预压和电渗排水预压在工程上应用两类，降水预压和电渗排水预压在工程上应用甚

5、少。甚少。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。预压和天然地基堆载预压。通常，当软土层厚通常，当软土层厚度小于度小于4m4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，时，可采用天然地基堆载预压法处理，软土层厚度超过软土层厚度超过4m4m时，为加速预压过程，应采时，为加速预压过程，应采用塑料排水带、砂井等竖井排水预压法处理地用塑料排水带、砂井等竖井排水预压法处理地基。对真空预压工程，必须在地基内设置排水基。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。当软土层含较多薄粉砂夹层时，在满足竖井。当软土层含较多薄粉砂夹层时，在满足工期要求情况下，可不设置排水竖

6、井。工期要求情况下，可不设置排水竖井。 二 排水固结法加固机理排水固结法加固机理（一）堆载预压加固机理一）堆载预压加固机理1.概念概念 2. 是指在饱和软粘土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，是指在饱和软粘土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水孔隙体积随之逐渐减少，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，地基土强度逐渐增长。压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增长。2. 理论基础理论基础 堆载预压法的理论基础是土力学中地基土层压缩和固结理堆载预压法的理论基础是土力学中地基土层压缩和固结理论。根据压缩与回弹

7、实验可知，地基土在压力作用下，孔隙减论。根据压缩与回弹实验可知，地基土在压力作用下，孔隙减小，自由水排出，土体被压缩，其强度和密实度随之增长。而小，自由水排出，土体被压缩，其强度和密实度随之增长。而当压力卸除后，地基土会产生卸荷回弹，其回弹量小于压缩量。当压力卸除后，地基土会产生卸荷回弹，其回弹量小于压缩量。当地基土再次加上与第一次相同的荷载后，地基土会再次产生当地基土再次加上与第一次相同的荷载后，地基土会再次产生压缩，但其压缩量会大大小于第一次加荷时的压缩沉降量。压缩，但其压缩量会大大小于第一次加荷时的压缩沉降量。abcd为第一次压缩为第一次压缩曲线；曲线；cef为卸荷回为卸荷回弹曲线；弹曲

8、线；fgc为再为再压缩曲线。压缩曲线。ee 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力孔隙水压力(简称孔隙水压力简称孔隙水压力)消散和有效应力消散和有效应力增加的过程。如地基内某点的总应力增量为增加的过程。如地基内某点的总应力增量为 ，有效应力增量为，有效应力增量为 ，孔隙水压力增量为，孔隙水压力增量为 。则三者满足以下关系：则三者满足以下关系： 用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有效应增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有效应力的方法。力的方法。 地基土层的排水固结效果与排水边界

9、有关。地基土层的排水固结效果与排水边界有关。根据固结理论，在达根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。所以，为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水所以，为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设计垂向排水体。在实际的途径，缩短排水距离，在天然地基中设计垂向排水体。在实际的工程中就是设置砂井，包括袋装砂井、塑料排水带等。工程中就是设置砂井，包括袋装砂井、塑料排水带等。竖向排水情况砂井地基排水情况水水平平砂砂垫垫层层砂砂井井堆载预压法堆载预压法堆载堆载

10、排水排水砂垫层砂垫层排水砂井排水砂井软土层软土层砂井堆载预压排水固结示意图砂井堆载预压排水固结示意图堆载产生超静水压力堆载产生超静水压力堆载产生超静水压力堆载产生超静水压力思考可克服次固结的方法有哪些?(A)砂井法 (B)堆载法 (C)真空预压 (D)超载法 （二）真空预压加固机理（二）真空预压加固机理1.概念概念2. 真空预压法是在加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后真空预压法是在加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行四周埋入土

11、中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。3. 当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。4. 真空预压法最早是瑞典皇家地质学院真空预压法最早是瑞典皇家地质学院W.Kjellman教授于教授于1952年提出，但因密封问题未能解决，

12、加固机理的研究进展也小，年提出，但因密封问题未能解决，加固机理的研究进展也小，所以一直到所以一直到80年代我国才把该技术大量运用于工程实践。年代我国才把该技术大量运用于工程实践。（二）真空预压加固机理（二）真空预压加固机理2. 预压法加固原理预压法加固原理v薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。 抽气前薄膜内外承受一个大气压，抽气后薄膜内气压逐渐下降，首先是砂垫层后砂井，由于土体与砂井间的压差，发生渗流，使土中孔隙水压力不多降低，有效应力增加，土体固结。土体和砂井之间的压差，随抽气时间的增长逐渐变小，最终趋于0，渗流停止，固结完成。v地下水位下降，附加应力相应

13、增加。地下水位下降，附加应力相应增加。 抽气前后地下水位降低，此范围内土体由浮重度变为湿重度，土体固结压力增加。v封闭气泡排出，土的渗透性加大。封闭气泡排出，土的渗透性加大。 如果饱和土体中含少量封闭气泡，在正压作用下，该气泡堵塞孔隙，使土的渗透性降低，固结过程缓慢，但在真空吸力下，封闭气泡被吸出，使土渗透性增加，固结过程加速。真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方

14、法。真空预压和降水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压负压固结固结。 堆载预压与真空预压在加固机理方面区别： 1 堆载预压法中，土体中的总应力是增加的，而真空预压中总应力是没有增加的； 2 堆载预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值，即超静孔隙水压力是正值；而真空预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值。 3 堆载预压法中，土体有效应力的增长是通过正的超静孔隙水压力的消散来实现的，而真空预压法中，土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水压力的形成来实现的。4 堆载预压法中，土体加固后形成的有效应力与上部施

15、加的荷载大小有关，而且在垂直向和水平向上大小一般是不同的；真空预压法中土体有效应力的增加具有最大值，理论上最大为一个大气压，一般都低于此值，由于有效应力的增加是依赖于孔隙水压力的降低米实现的。所以，土体加固过程中有效应力增加值在垂直、水平及各个方向卜具有相同值。理论上, 真空预压法可产生的最大荷载为：(A)50kPa (B)75kPa (C)80kPa (D)100kPa (E)120kPa 【解解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生理论上，当地基达到完全真空时，可产生1 1个大气压即个大气压即100kPa100kPa的预压荷的预压荷载。载。 工程实际中工程实际中, , 真空预压法可产生的最

16、大荷载约为：真空预压法可产生的最大荷载约为： (A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa(A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa【解解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生理论上，当地基达到完全真空时，可产生1 1个大气压即个大气压即100kPa100kPa的预压荷载。的预压荷载。但在实际工程中，根据目前的技术能力，使地基达到完全真空是不可能的，一般能但在实际工程中，根据目前的技术能力，使地基达到完全真空是不可能的，一般能达到达到858590kPa90kPa。 下列哪一种或几种预压法不需控制加荷速率?(A)砂井堆载预压 (B)堆载

17、(C)砂井真空预压 (D)降水预压 (E)超载预压 【正确答案正确答案】C DC D【解解】真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，故也称加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，故也称为负压固结。其余的堆载预压方法总应力增加，为了防止地基土剪切破坏，因此为负压固结。其余的堆载预压方法总应

18、力增加，为了防止地基土剪切破坏，因此要控制加荷速率。要控制加荷速率。 下列哪一种或几种预压法为正压固结下列哪一种或几种预压法为正压固结? ? 哪一种或几种预压哪一种或几种预压法为负压固结法为负压固结? ?(A)(A)砂井堆载预压砂井堆载预压 (B)(B)堆载预压堆载预压 (C)(C)砂井真空预压砂井真空预压 (D)(D)降水预压降水预压 (E)(E)超载预压超载预压【正确答案正确答案】（A B E）(C D)三、设计与计算三、设计与计算 排水固结法的设计，实质上就是进行排水系统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，

19、缩短预压的时间。 (1)计算理论计算理论 固结度计算是排水固结法设计中的一个重要内容。通固结度计算是排水固结法设计中的一个重要内容。通过固结度计算，可推算出地基强度的增长，从而确定适应过固结度计算，可推算出地基强度的增长，从而确定适应地基强度增长的加荷计划。如果已知各级荷载下不同时间地基强度增长的加荷计划。如果已知各级荷载下不同时间的固结度，就可推算出各个时间的沉降量。的固结度，就可推算出各个时间的沉降量。1)瞬时加荷条件下固结度计算 见表2)逐渐加荷条件下地基固结度的计算 以上计算固结度的理论公式都是假设荷载是一次瞬间加足的。实际工程中，荷载总是分级逐渐施加的。因此，根据上述理论方法求得固结

20、时间关系或沉降时间关系都必须加以修正。 改进的高木俊介法 3)影响砂井固结度的几个因素 (a)关于初始孔隙水压力。 上述砂井固结度的计算公式，都是假设初始孔隙水压力等于地面荷载强度，而且假设在整个砂井地基中应力分布是相同的，一般认为只有在荷载面的宽度和砂井的长度相同时，这些假设产生的误差才忽略不计。 (b)关于涂抹和井阻作用。关于涂抹和井阻作用。涂抹作用涂抹作用因对地基土扰动引起透水性降低的作用。因对地基土扰动引起透水性降低的作用。井阻井阻塑料排水带或砂井的导水能力需要在一定的水头差作塑料排水带或砂井的导水能力需要在一定的水头差作用下才能起作用，砂井导水能力的有限性可称为井阻。用下才能起作用，

21、砂井导水能力的有限性可称为井阻。对长径比较大和井料渗透系数小的袋装砂井或塑料排水带，对长径比较大和井料渗透系数小的袋装砂井或塑料排水带，应考虑井阻作用，当采用挤土方式施工时，尚应考虑土的涂抹应考虑井阻作用，当采用挤土方式施工时，尚应考虑土的涂抹和扰动影响。和扰动影响。考虑的方法是将理想条件下计算得到的平均固结度乘以考虑的方法是将理想条件下计算得到的平均固结度乘以0.800.95的折减系数。的折减系数。 (c)关于砂料的阻力。 砂井中砂料对渗流也有阻力，产生水头损失。当井径比为715时，井的有效影响直径小于砂井深度时，阻力影响很小。 4)地基土抗剪强度增长的预估 要适当的控制加荷速率，使由于固结

22、而增长的地基强度与剪应力的增长相适应。5) 沉降量计算 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉降时在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载作用下立即发生的。固结沉降是由孔隙水的排出而引起土体积减小造成的，占总沉降量的主要部分。次固结沉降则是由于超静水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架的徐变所至。次固结的大小与土的性质有关。若忽略次固结沉降则最终沉降可按下式计算： 淤泥质土层地基厚10m采用砂井预压法处理。受压上层求：加荷求：加荷120120天受压土层的平均固结度（不考虑井阻和涂抹）天受压土层的平均固结度（不考虑井阻和涂抹） 预压排水固结设计与计算预压排水固结设

23、计与计算（一）概述（一）概述 预压法设计主要包括预压法设计主要包括排水系统排水系统与与加压系统加压系统的设计。排水系统包的设计。排水系统包括竖向排水体材料选用，排水体长度、断面、平面布置的确定；加括竖向排水体材料选用，排水体长度、断面、平面布置的确定；加压系统的设计主要包括加载数量、范围、速率和时间等。压系统的设计主要包括加载数量、范围、速率和时间等。要求做到：要求做到： 1加固期限尽量短；加固期限尽量短；2固结沉降要快；固结沉降要快；3充分增加强度；充分增加强度；4注意安全注意安全 1)1)加压系统设计加压系统设计 土质情况：单级加荷和多级加荷；土质情况：单级加荷和多级加荷； 堆载材料：自重

24、预压、加荷预压和加水预压。堆载材料：自重预压、加荷预压和加水预压。 计算步骤是，计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降 1、利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即： 对饱和和软粘土也可采用下列公式粘土也可采用下列公式计算：算： 对条形填土，可根据下面公式估算：条形填土，可根据下面公式估算： 2、计算第一级荷载下地基强度增长值，在荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高以后的地基强度为

25、： 3、计算作用下达到所确定固结度所需要的时间。达到某一固结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步计算的目的在于确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。 4、根据第二步所得到的地基强度计算第二级所能施加的荷载。 同样，求出在作用下地基固结度达70%时的强度以及所需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计算出以后各级荷载和停歇时间。这样，初步的加荷计划也就确定下来了。 5、按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。6、计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，

26、这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所留的沉降是建筑物所允许的。（二）排水系统设计（二）排水系统设计1.竖向排水体选择竖向排水体选择2. 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若需要设置的竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井，井径可取200500mm。袋装砂井通常在现场制备，袋子材料普遍采用聚丙烯编织布，直径多用70100mm，砂料宜用风干砂，含泥量应小于3%。塑料排水袋的当量换算直径可按下式计算：式中 dp塑料排水袋的当量换算直径，mm； b塑料排水袋宽度，mm； 塑料排水袋厚度，mm。2. 2. 竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计 竖向排水体深度的选择与土层分

27、布、建筑物对地基变形和竖向排水体深度的选择与土层分布、建筑物对地基变形和稳定的要求以及工期等因素有关。稳定的要求以及工期等因素有关。 (a)当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层； (b)当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果； (c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般为0.10.2) (d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体长度应大于最危险滑动面的深度。 (e)按沉降控制

28、的工程，排水体长度可从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。竖向排水体长度一般为1025m。3. 3. 竖向排水体的平面布置形式与范围竖向排水体的平面布置形式与范围 竖向排水体的平面布置可采用竖向排水体的平面布置可采用等边三角形等边三角形或或正方形正方形排列。竖排列。竖向排水体的有效直径向排水体的有效直径de与间距与间距l的关系为：的关系为：等边三角形排列正 方 形 排 列 竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大大约扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大大约24m。4. 4. 竖向排水体的间距

29、竖向排水体的间距 竖向排水体的间距选择不仅与土的固结度有关，还与上部荷竖向排水体的间距选择不仅与土的固结度有关，还与上部荷载大小和工期有关。设计时，先假定间距，再计算固结度，若不载大小和工期有关。设计时，先假定间距，再计算固结度，若不能满足工期要求，则缩小间距或延长工期。竖向排水体的间距可能满足工期要求，则缩小间距或延长工期。竖向排水体的间距可按井径比按井径比 n 选用，井径比选用，井径比 n 的表达式为：的表达式为：式中 de竖向排水体影响圆的直径； dw竖向排水体的直径，对塑料排水袋dw=dp。 设计时，一般普通砂井的井径比设计时，一般普通砂井的井径比n=68；袋装砂井或塑料袋装砂井或塑料

30、排水带的井径比排水带的井径比n=1522。5.砂料设计砂料设计制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过不应有草根等杂物，其含泥量不能超过3%。6、地表排水砂垫层设计（水平排水体设计） 为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%。砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。陆上施工

31、时，砂垫层厚度一般取0.5m左右；水下施工时，一般为1m左右。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽，并伸出砂井区外边线2倍砂井直径。在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。 7、现场监测设计 堆载预压法现场监测项目一般包括地面沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测，如有条件可径向地基中深层沉降和水平位移观测。 根据工程经验，提出如下控制要求：对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm，对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔压不得超过预压荷载的5060%，并且应根据上述观察资料综合分析、判断地基的稳定性。预压荷载的卸荷时间

32、一般控制在固结度为85%左右。 真空预压法设计先在软基上铺设水平排水砂（矿碴、碎石碴等）垫层、塑料排水沟或排水垫层；在砂垫层上按一定间距打设竖向排水体；然后将不透气的薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙内；借助埋设在砂垫层中的管道，真空泵对膜下土体的水气抽出，土体固结。当地基加固要求更高时，如：承载力超过80 kPa 时，可采用：真空预压的设计真空预压的设计 1膜内真空度。膜内真空度。2加固区内要求达到平均固结度。加固区内要求达到平均固结度。一般可采用80%的固结度。3竖向排水体。竖向排水体。必须设置竖向排水体排水固结法施工堆载预压施工关键：铺水平排水垫层，设置竖向排水体，施加固结压力

33、。 排水砂垫层：垫层材料: 级配良好的中粗砂，含泥量不大于3%，一般不宜采用粉、细砂。也可采用连通砂井的砂沟来代替整片砂垫层。厚度：首先要满足渗流水能及时的排出，另一方面应起到持力层的作用。一般情况应选用3050cm厚度。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。施工：（1）若地基承载力较好，能上一般建筑机械时，可采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。 （2）当硬壳层承载力不足时，可采用顺序推进铺筑法，避免机械进入未铺垫层的场地。（3）若地基表面非常软，若新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，可现在地基表面铺

34、设筋网层，再铺砂垫层。 避免过渡扰动软土表面避免过渡扰动软土表面 ，清除砂井顶部杂物，清除砂井顶部杂物(1)砂井施工1)连续和密实，防止颈缩；2)减小扰动；3)长度直径间距满足。砂井的灌砂量：中密状态时的干重度外径体积，实际灌砂量需达95%。 位置允许偏差：直径；垂直度：1.5%。 砂井成孔典型方法简介套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。套管法：将带活瓣管尖或套用混凝土端靴的套管沉到预定深度，然后在管内灌砂、拔出套管形成砂井。 水冲成孔法：该法是通过专用喷头、依靠高压下的水射流成孔，成孔后经清孔、灌砂形成砂井。 螺旋钻成孔法：该法以螺旋钻具干钻成孔，然后在孔内灌砂形成砂井。爆破成孔法：此法是

35、先用直径73mm的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔，在孔中放置由传爆线和炸药组成的条药包，爆破后将孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。 普通砂井常用的施工方法，其缺点是：套管成孔法在打设套管时必将扰动其周围土，使透水性减弱（即涂抹作用）；射水成孔法对含水量高的软土地基施工质量难以保证，砂井中容易混入较多的泥砂；螺旋钻成孔法在含水量高的软土地中也难做到孔壁直立，施工过程中需要排除废土，而处理废土需要人力、场地和时间，因此它的适用范围也受到一定的限制。 应当指出，对含水量很高的软土，应用砂井容易产生缩颈、断颈或错位现象。 普通砂井即使在施工时能形成完整的砂井，但当地面荷载较大时，软土层便产生侧向变

36、形，也可能是砂井错位。 (2)袋装砂井施工设计施工更加科学化，保证了连续性，实现了轻型化，用砂量大为减少；施工速度加快、工程造价降低在同一工程中，加固每平方米地基的袋装砂经费用是普通砂井的50%左右。 砂袋材料：抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线能力强、透水性能好、韧性和柔性好、透气、起滤网作用和不外露砂料。砂：宜用干砂，密实。砂袋长度应较砂井孔长50cm直径一般采用70120，间距1.52.0m，井径比为1525。(3)塑料排水带的施工由芯板和滤膜组成 。芯板是由塑料加工成两面有间隔沟槽的板体。渗流水通过滤膜渗入到滤槽内，并通过沟槽从排水垫层中排出。 性能：具有良好的透水性和强度，塑料带的纵向通水量

37、不小于(1540)103mm3/s；滤膜的渗透系数不小于510-3mm/s；芯带的抗拉强度不小于(1015)N/mm；整个排水带应反复对折5次不断裂才认为合格。施工 ：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。 预压荷载的施工预压荷载的施工 (1)利用建筑物自重加压经济而有效，一般应用于以地基的稳定性为控制条件，能适应较大变形的建筑物，如路堤、土坝、贮矿场、油罐、水池等。应考虑预留沉降高度，保证预压后标高。处理油罐等容器地基时，应保证沉降的均匀度，保证沉降差异在设计许可范围内，否则应分析原因，纠偏。 (2)堆载预压材料：以散料为主，如

38、石料、砂、砖等。超软地基的堆载预压，第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。施工时应注意以下几点：1)堆载面积要足够大。顶面积不小于建筑物底面积。底面积也应适当扩大。2)严格控制加荷速率，避免部分堆载过高引起局部破坏。3)对超软粘性土地基，荷载的大小、施工工艺更要精心设计，以避免对土的扰动和破坏。真空预压系统设置1、埋设水平向分布滤水管。 2、铺设密封膜。3、设置抽气系统。 真空预压法施工真空预压法施工真空预压施工方法(2)真空预压1)加固区划分重要环节，每块面积宜大不宜小。目前国内单块面积达30000m2。需划分区域时应考虑以下几个因素：(a)应确保每个建筑物位于一块加固区域之内，建筑边线距加固区

39、有效边线根据地基加固厚度可取24m或更大些。(b)应考虑竖向排水体打设能力，加工大面积密封膜的能力，大面积铺膜的能力和经验及射流装置和滤管的数量等方面的综合指数。(c)应以满足建筑工期要求为依据，一般加固面积600010000m2为宜。(d)在风力很大地区施工时，应在可能情况下适当减小加固区面积。(e)加固区之间的距离应尽量减小或者共用一条封闭沟。 2)工艺设备工艺设备：真空源和一套膜内、膜外管路。3)密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。一般选聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。4)抽气阶段施工要求与质量要求(d)冬季抽气，应避免过长时间停泵；(e)下料时应根据不同季节预留塑料膜伸缩量；热合时，每幅

40、塑料膜的拉力应基本相同。密封膜热合时宜用双热合线平搭接，搭接长度应大于15。密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。 (f)在气温高的季节，加工完毕的密封膜应堆放在阴凉通风处；堆放时给塑料膜之间适当撒放滑石粉；堆放时间不能过长，以防止粘连； (g)在铺设滤水管时，滤水管之间要连接牢固，选用合适滤水层且包裹严实，避免抽气后杂物进入射流装置；分布形式可采用条状、梳子状或羽毛状等形状 。(h)抽气阶段质量要求达到膜内真空大于80kPa；停止预压时地基固结度要求大于80%；预压的沉降稳定标准为连续5d，实测沉降速率不大于2mm/d。 (2)真空联合堆载预压 应先抽真空，当真空达到设计要求并稳定后，再进行

41、堆载，并继续抽气，堆载时需在膜上铺设土工编织布等保护材料，堆载底层部分应选颗粒较细且不含硬块状的堆载物，如砂料等。(3)降水预压井点降水，一般是先用高压射水将井管外径为3850mm、下端具有长约1.7m的滤管沉到所需深度，并将井管顶部用管路与真空泵相连，借真空泵的吸力使地下水位下降，形成漏斗状的水位线。井管间距视土质而定，一般为0.8-2.0m，井点可按实际情况进行布置。滤管长度一般取12m。降水降水56m时，降水预压荷载时，降水预压荷载可达可达5060kpa，相应于堆高，相应于堆高3m左左右的砂石料，而工程量相对小很右的砂石料，而工程量相对小很多。多。降水预压使土中孔隙水压力降水预压使土中孔

42、隙水压力降低，所以不会发生土体破坏，降低，所以不会发生土体破坏，因而不需控制加荷速率，可一因而不需控制加荷速率，可一次降至预定深度，从而加速固次降至预定深度，从而加速固结时间。结时间。五五 质量检验质量检验1 1施工质量检验施工质量检验(1)(1)塑料排水带必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的塑料排水带必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。(2)(2)对不同来源的砂井和砂垫层砂料，必须取样进行颗粒分析和对不同来

43、源的砂井和砂垫层砂料，必须取样进行颗粒分析和渗透性试验。渗透性试验。(3)(3)对于以抗滑稳定控制的重要工程，应在预压区内选择代表性对于以抗滑稳定控制的重要工程，应在预压区内选择代表性地点预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土地点预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土进行室内土工试验。进行室内土工试验。(4)(4)对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。等项目的监测。(5)(5)真空预压工程除应进行地基变形、孔隙水压力的监测外，尚真空预压工程除应进行地基变形、孔隙水压力的监测外，尚应进行膜

44、下真空度和地下水位的量测。应进行膜下真空度和地下水位的量测。（二）预压法竣工验收检验应符合下列规定：（二）预压法竣工验收检验应符合下列规定：1.排水竖并处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所排水竖并处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。2.应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3 点点。排水固结案例分析排水固结案例分析1条件：某饱和粘土

45、层地基6米厚,f0=30KPa,三轴不排水压缩试验得cu=29,粘土层天然孔隙比e=0.90；采用堆载预压法处理地基,排水竖井采用塑料排水带,等边三角形布置, 塑料排水带宽和厚分别为100mm*4mm,井径比为n=20。排水竖井的间距较合适的是( )。A、1.260m B、1.170m C、0.300m D、0.450m采用大面积堆载z=100 KPa,当黏土层平均固结度达U=50%时, 粘土层的抗剪强度可以确定为( )。 A、35 KPa B、46 KPa C、58KPa D、62KPa 若某粘土层在堆载产生的附加应力作用下,孔隙比达到e=0.85时, 粘土层的最终竖向变形量最接近下述何值(

46、经验系数取1.2) （ ）。 A、25cm B、19.0cm C、11cm D、15cm 排水固结案例分析2有一饱和软粘土层，厚度H8m，压缩模1.8MPa,地下水位与饱和软粘土层顶面相齐。先准备分层铺设1m砂垫层（重度为18kN/m3）,施工塑料排水板至饱和软粘土层底面。然后采用80kPa大面积真空预压3个月，固结度达到80。（沉降修正系数取1.0，附加应力不随深度变化）1、地基最终固结沉降接近下列哪一个值?(A)36cm (B)44cm (C)50cm (D)55cm2、软粘土层的残余沉降接近下列哪一个值?(A)7cm (B)9cm (C)10cm (D)11cm 【解】排水固结沉降计算

47、固结度的定义：在时间t内固结下沉量与最终固结下沉量之比。根据地基基础设计规范沉降计算公式：附加压力值为：附加应力不随深度变化，则附加应力系数为1压缩层深度H8m，压缩模量为1.8MPa如果不考虑次固结，最终固结下沉量软粘土层的残留沉降量为：排水固结案例分析3某大面积饱和软土层，厚度H=10m，下卧层为不透水层。现采用砂井堆载预压法进行预压，砂井打到不透水层顶面，砂井的直径为35cm，砂井的间距为200cm，以正三角形布置。已知土的竖向固结系数Cv1.610-3cm2/s，水平向固结系数为Ch3.010-3cm2/s。试求在大面积荷载150KPa作用下，历时60天（其中加荷时间为5天）的固结度。

48、 解：由de1.13l226cm，nde/dw=226/35=6.65,得: 思考题1.砂井和砂桩都是以砂作为填料的桩体，两者区别；2.堆载预压和真空预压在加固机理上的区别3.何种排水固结方法可不控制加荷速率4.排水固结法的适用范围？5.预压法加固哪些地基时可不设置竖向排水体？6.排水竖井的直径为200mm，采用间距为1.5m的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径为 ？7.真空预压的原理主要有哪些方面? 8.工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为 ？9.什么是涂抹作用，井阻？在什么情况下要考虑？ 10.砂井地基固结度包含以下哪几个部分? 11.塑料排水带和袋装砂井埋入砂垫层的长度不应小于多少? 12.对加载预压工程，加载速率的控制，对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过多少? 对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过多少? 边桩水平位移每天不应超过多少? 13.砂井可能产生的质量事故有 ？14.堆载预压砂井灌砂量至少为计算值的多少？