专题地基处理方法_排水固结法.ppt

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1、地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法主题主题主讲教师：袁海平主讲教师：袁海平 (副教授、博士后副教授、博士后)合肥工业大学土木工程系列讲座合肥工业大学土木工程系列讲座2一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要3一一 概述概述 排水固结法排水固结法是对天然地基，或先在地基设置砂井（袋装砂井是对天然地基，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，

2、然后利用建筑物本身重量分级逐或塑料排水带）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。法。海相沉积海相沉积河相沉积河相沉积我国广泛分布着海相、湖相、我国广泛分布着海相、湖相、河相沉积的软弱黏性土层：河相沉积的软弱黏性土层：含水量大含水量大压缩性高压缩性高强度低强度低透水性差透水性差不少情况埋藏深厚不少情况埋藏深厚湖相沉积湖相沉积4一一 概述概述5一一 概述概述排水固结法由

3、排水固结法由排水系统排水系统和和加压系统加压系统两个主要部分组成。两个主要部分组成。加压系统：加压系统：为地基提供必要的固结压力而设置的，地基土层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。因产生附加压力而发生排水固结。排水系统：排水系统：为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，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。水固结进程。适用条件：适用条件：淤泥质土、淤泥淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和和冲填土等饱和粘性土地基。粘性土地基。6一一 概述概述堆载

4、预压堆载预压7真空预压真空预压一一 概述概述8真空预压真空预压一一 概述概述9一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要10二二 排水固结法的原理排水固结法的原理 饱饱和和软软黏黏土土地地基基在在荷荷载载作作用用下下，孔孔隙隙中中的的水水被被慢慢慢慢排排出出，孔孔隙隙体体积积慢慢慢慢减减小小，地地基基发发生生固固结结变变形形，同同时时，随随着着超超静静水水压压力力逐

5、逐渐渐消消散散，有有效效应应力力逐逐渐渐提高，地基土的强度逐渐增长。提高，地基土的强度逐渐增长。压缩曲线压缩曲线卸荷膨胀曲线卸荷膨胀曲线abcceffgc11二二 排水固结法的原理排水固结法的原理加载，卸载，再加载过程说明：加载，卸载，再加载过程说明： 超固结土超固结土正常固结正常固结12二二 排水固结法的原理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土层的排水固结效果与排水边界条件有关竖向排水固结：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。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，黏根据固结理论，黏性土固结所需的时性土固结所需的时间

6、和排水距离的平间和排水距离的平方成正比。方成正比。土层越厚，固结时间越长土层越厚，固结时间越长13二二 排水固结法的原理排水固结法的原理14二二 排水固结法的原理排水固结法的原理堆载预压堆载预压真空预压真空预压降水预压降水预压15一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要16三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算设计目的：设计目的：设计前的准备：设计前的

7、准备：17三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算18三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法典型的砂井地基工程剖面图典型的砂井地基工程剖面图待加固地层待加固地层19三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法20三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的类型竖井的类型普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带21三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的直径和间距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

8、期要求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原则上以采用“细而密细而密”的方案为好的方案为好工程上常用的普通砂井直径为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倍倍袋装砂井我国常用袋装砂井我国常用7cm，井距，井距11.5m，等边三角形布置，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22三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井的深度竖井的深度砂井深度主要取决于：土

9、层分布、地基中附加应力大小、建筑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深浅浅管管交交错错布布置置，浅浅管管贯贯穿穿淤泥层淤泥层皖江城市带某市政道路皖江城市带某市政道路23不透水层不透水层d0三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖

10、井排水法竖井的排列竖井的排列24三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法排水砂垫层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砂垫层的厚度一般为0.4m左右（水下砂垫层厚左右（水下砂垫层厚1m左右）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，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

11、排出预压区外使渗流水尽快排出预压区外25三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算固固结结度度的的计计算算是是竖竖井井地地基基设设计计中中的的一一个个很很重重要要内内容容，知知道道各各级级荷荷载载下下不不同同时时间间的的固固结结度度，就就可可推推算算地地基基土土强强度度的的增增长长，从从而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。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。由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限由固结度可推算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

12、理论假设荷载是瞬时施加的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（可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）三维渗流固结问题三维渗流固结问题其中其中三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算27求解，得到求解，得到其中其中 固结度固结度 井径比井径比查表查表5-7 增加井径增加井径dw与减小间距与减小间距de哪个有效？哪个有效？三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算28固结度计算（砂井）固结度计算

13、（砂井）dwdedw排水板排水板三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算29三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算30三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算31三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结度的计算竖井地基固结度的计算32三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算1、竖井排水法、竖井排水法竖井地基固结

14、度的计算竖井地基固结度的计算33三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压34三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压35 饱饱和和软软黏黏土土地地基基在在荷荷载载作作用用下下，孔孔隙隙中中的的水水被被慢慢慢慢排排出出，孔孔隙隙体体积积慢慢慢慢减减小小，地地基基发发生生固固结结变变形形，同同时时，随随着着超超静静水水压压力力逐逐渐渐消消散散，有有效效应应力力逐逐渐渐提高，地基土的强度逐渐增长。提高，地基土的强度逐渐增长。压缩曲线压缩曲线卸荷膨胀曲线卸荷膨胀曲线abcceffgc三三 排水固结法的设计与

15、计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长361 12 2竖向排水砂井、塑料排水板竖向排水砂井、塑料排水板水平排水垫层水平排水垫层分级堆载分级堆载堆载过快易失稳堆载过快易失稳真空预压不会失稳真空预压不会失稳 三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长37三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压强度增长强度增长 超固结土超固结土正常固结正常固结38三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算

16、39三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算固结试验固结试验40三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算2、预压法之堆载预压、预压法之堆载预压沉降计算沉降计算41三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压42-u三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压43三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压44三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之、预压法之真空预压真空

17、预压堆堆载载预预压压和和真真空空预预压压的的比比较较45三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压真空预压设计真空预压设计最低膜内真空度：膜内真空度一般可维持在最低膜内真空度：膜内真空度一般可维持在600mm汞柱，以汞柱，以上，相当于上，相当于80kPa的真空压力的真空压力加固区要求达到的平均固结度：一般可采用加固区要求达到的平均固结度：一般可采用80%的固结度，如的固结度，如工期许可，可适当提高固结度设计要求工期许可，可适当提高固结度设计要求竖向排水井的尺寸：对塑料排水带或竖向排水井的尺寸：对塑料排水带或7cm直径的袋装砂井，间直径的袋装砂井，间

18、距一般可在距一般可在1-1.5m范围内选用范围内选用沉降计算：沉降计算：46三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算3、预压法之真空预压、预压法之真空预压真空预压设计真空预压设计47三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压48设计坑底设计坑底坑底降水深度坑底降水深度D坑底降水线坑底降水线板桩板桩三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压49z原理原理z三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压50三

19、三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、预压法之降低地下水位预压51三三 排水固结法的设计与计算排水固结法的设计与计算4、预压法之降低地下水位预压、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，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、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结

20、法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要53四四 施工工艺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、打设竖向按设计做好排水系统的施工，即铺设水平排水砂垫层、打设竖向排水井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从工程施工角度分析，保证排

21、水固结法的加固效果三个主要环节：节：54四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺55四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层材料的选择排水垫层材料的选择56四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的厚度排水垫层的厚度57四四 施工工艺施工工艺1、水平排水砂垫层的施工工艺、水平排水砂垫层的施工工艺-排水垫层的施工排水垫层的施工58四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工59四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-砂井的施工工艺砂

22、井的施工工艺我国、日本及欧美等国家常用砂井施工方法：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、锤击联合沉管法和振动沉管法套管法：根据工艺可分静压、锤击联合沉管法和振动沉管法水冲成孔法水冲成孔法螺旋钻成孔法螺旋钻成孔法水冲成孔水冲成孔60四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-袋装砂井施工袋装砂井施工下砂袋下砂袋61 施施工工前前应应清清理理场场地地，排排除除积积水水，并并将将路路基基范范围围内内原原地地面面上上淤淤泥泥、树树根根、草草皮皮、腐腐殖殖土土等等全全部部挖挖除除。在在路路基基范范围围内内按按设设计计要要求求填填筑筑土土拱拱，碾碾压压密密实

23、实，其其上上按按设设计计要要求求铺铺设设砂砂垫垫层层。机机具具按按设设计计桩桩位位就就位位后后，塑塑料料排排水水板板经经导导管管内内穿穿出出底底部部，与与桩桩尖尖连连接接、拉拉紧紧，与与管管靴靴口口贴贴紧紧，并并对对准准桩桩位位，沉沉入入导导管管至至设设计计深深度度，然然后后拔拔出出导导管管，切切断断塑塑料料排排水水板板。将将顶顶部部露露出出地地面面的的塑塑料料排排水水板板埋埋入入砂砂垫垫层层中中，埋埋入入长长度度应应大大于于03m或或符符合合设计要求。设计要求。 四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-袋装砂井施工袋装砂井施工62四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施

24、工、竖向排水井的施工-塑料排水带施工塑料排水带施工63四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-塑料排水带施工塑料排水带施工64塑料排水板塑料排水板四四 施工工艺施工工艺2、竖向排水井的施工、竖向排水井的施工-塑料排水带施工塑料排水带施工65四四 施工工艺施工工艺3、预压荷载、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：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真空预压：对被加固软基抽真空形成大

25、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66四四 施工工艺施工工艺3、预压荷载、预压荷载-真空预压荷载工艺真空预压荷载工艺补现场照片补现场照片67四四 施工工艺施工工艺3、预压荷载、预压荷载-真空密封系统施工真空密封系统施工围堰内全面覆水密封围堰内全面覆水密封68一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要69五五 效果检验及加荷速率的控制效果检验及加荷速率的控制70一、概述一、概述二、排水固结法的原理二、排水固结法的原理三、排水固结法的设计与计算三、排水固结法的设计与计算四、施工工艺四、施工工艺五、效果检验及加荷速率的控制五、效果检验及加荷速率的控制六、工程实例六、工程实例地基处理方法排水固结法地基处理方法排水固结法 内容提要内容提要71六六 工程实例工程实例