地基处理-排水固结

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1、排水固结法排水固结法 排水固结法排水固结法 n排水固结法是目前土木工程广为采用的地基处理排水固结法是目前土木工程广为采用的地基处理方法，通过国内外众多专家学者近方法，通过国内外众多专家学者近5050年的共同努力，年的共同努力，在排水系统、水荷载预压、水下真空预压、真空井在排水系统、水荷载预压、水下真空预压、真空井点降水、真空联合堆载预压加固等方面均取得了大点降水、真空联合堆载预压加固等方面均取得了大量有较高水平和实用价值的成果并在工程中得到广量有较高水平和实用价值的成果并在工程中得到广泛的应用。泛的应用。n在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大量成在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大量成功经

2、验与应用成果（如广东的高速公路、深圳湾填功经验与应用成果（如广东的高速公路、深圳湾填海等大型堆载预压加固项目）。海等大型堆载预压加固项目）。深圳河真空预压全貌深圳河真空预压全貌深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、回深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷载流体和堆砂固体进行三相体联合预压）载流体和堆砂固体

3、进行三相体联合预压）四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）排水固结排水固结n加固机理加固机理 n设计与计算设计与计算 n施工工艺施工工艺 n质量检验质量检验 排水固结排水固结n排水固结法是对天然地基，或先在地基中排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井设置砂井(袋装砂井或塑料排水带袋装砂井或塑料排水带)等竖向等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐排水体，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渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压

4、，使土体中的孔隙水排出，逐渐固载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。方法。排水固结排水固结n常用于解决常用于解决软粘土地基软粘土地基的沉降和稳定问题，的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。力和稳定性。排水固结排水固结n排水固结法是由排水系统和加

5、压系统排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的两部分共同组合而成的适用范围适用范围n适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和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。n砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂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土，不宜只采用砂井法。克服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。次固结可利用超载的方法。n真空预压法适用于能在加固区形成真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施包括采取措施后形成

6、后形成)稳定负压边界条件的软土地基。降低地下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增加剪应力，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地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。粘土地基。排水固结法分类n根据加压和排水两个系统的不同，派根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加固地基的方法：生出多种固结加固地基的方法：n美国跨越金山湾南端的美国跨越金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路堤场桥东侧引道路堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa，其固结时间其固结时间将需要将需要3

7、040年，为了支撑路堤和加速所预计的年，为了支撑路堤和加速所预计的2m沉降量沉降量,采用如下方案：采用如下方案：n1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均匀沉、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均匀沉降；降；n2、使用轻质填料以减轻荷载；、使用轻质填料以减轻荷载；n3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；n4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。加固机理加固机理 n(1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理 n(2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理 (1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理n

8、预预压压法法：在在建建筑筑物物建建造造以以前前，在在建建筑筑场场地地进进行行加加载载预预压压，使使地地基基的的固固结结沉沉降降基基本本完完成成并并提提高高地地基基土强度的方法。土强度的方法。n 在在饱饱和和软软土土地地基基上上施施加加荷荷载载后后，孔孔隙隙水水被被缓缓慢慢排排出出，孔孔隙隙体体积积随随之之逐逐渐渐减减少少，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提高，地基土强度逐渐增长。渐提高，地基土强度逐渐增长。n 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力水压力( (简称孔隙水

9、压力简称孔隙水压力) )消散和有效应力增加的消散和有效应力增加的过程。过程。 堆载预压固结法示意图堆载预压固结法示意图(2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理n真空预压法真空预压法：在需要加固的软土地基表面先铺设：在需要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，薄膜四周埋入土中，通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，用真空装置进行抽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。气，使其形成真空，增加地基的有效应力。n真空预压的原理主要反映

10、在以下几个方面：真空预压的原理主要反映在以下几个方面： 1)1)薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。 2)2)地下水位降低，相应附加应力增加。地下水位降低，相应附加应力增加。 3)3)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。 真空预压法示意图n真空预压法真空预压法设计设计与与计计算算 n排水固结法的设计，实质上就是进行排水排水固结法的设计，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，并加速地加荷条件

11、下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间。基的固结沉降，缩短预压的时间。 设计与计算设计与计算 n堆载预压法处理地基的设计应包括下列堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容：内容：n1 1 选择塑料排水带或砂井，确定其断面选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；尺寸、间距、排列方式和深度； n2 2 确定预压区范围。预压荷载大小、荷确定预压区范围。预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间；载分级、加载速率和预压时间； n3 3 计算地基土的固结度计算地基土的固结度、强度增长强度增长、抗抗滑稳定性和变形。滑稳定性和变形。 设计与计算设计与计算 n加载预压法设计

12、包括加压系统和排水系加载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。统的设计。n加加压压系系统统主主要要指指堆堆载载预预压压计计划划以以及及堆堆载载材料的选用；材料的选用；n排排水水系系统统包包括括竖竖向向排排水水体体的的材材料料选选用用、排水体长度、断面、平面布置的确定。排水体长度、断面、平面布置的确定。设计与计算设计与计算 n一、加压系统设计一、加压系统设计n目目前前采采用用的的加加压压方方法法包包括括：堆堆载载法法、利利用用建建筑筑物物自自重重法法、降降水水法法、真真空空法法以以及及联合法等。联合法等。设计与计算设计与计算 n1 1、堆载预压法、堆载预压法n堆载预压是在建筑施工前通过临时堆填

13、堆载预压是在建筑施工前通过临时堆填土、砂、石、砖等散料对地基加载预压，土、砂、石、砖等散料对地基加载预压，使地基土的沉降大部分或分基本完成，使地基土的沉降大部分或分基本完成，并因固结而提高地基承载力，然后除去并因固结而提高地基承载力，然后除去堆载，再行建筑施工的一种处理方法。堆载，再行建筑施工的一种处理方法。该法适用于各种软粘土地基。该法适用于各种软粘土地基。 设计与计算设计与计算 n（1 1）堆载预压的计算步骤）堆载预压的计算步骤n由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，

14、而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加下一级荷载。下一级荷载。n计算步骤：先用简便的方法确定一个初步的加计算步骤：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地基的稳荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降。定性和沉降。 设计与计算设计与计算 n1 1）利用地基的天然地基土抗剪强度计算）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第一级容许施加的荷载p p1 1。n一般可根据斯开普顿极限荷载的半经验一般可根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算公式作为

15、初步估算 设计与计算设计与计算 n斯开普顿极限荷载斯开普顿极限荷载设计与计算设计与计算 n饱和软粘土饱和软粘土n条形填土，可根据公式估算：条形填土，可根据公式估算： 设计与计算设计与计算 n2 2）计算第一级荷载下地基强度增长值）计算第一级荷载下地基强度增长值p p1 1。n在在p p1 1荷载作用下，经过一段时间预压地基强度荷载作用下，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会提高，提高以后的地基强度为C Cu1u1, ,n其中其中CuCu为为p p1 1作用下地基因固结而增长的强度。作用下地基因固结而增长的强度。一般可先假定一固结度，通常可假设为一般可先假定一固结度，通常可假设

16、为70%70%，然后求出强度增量，然后求出强度增量，为考虑剪切蠕动的强为考虑剪切蠕动的强度折减系数。度折减系数。 设计与计算设计与计算 n3 3）计算）计算p p1 1作用下达到所确定固结度所需作用下达到所确定固结度所需要的时间。要的时间。n达到某一固结度所需要的时间可根据固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。此步计算目的结度与时间的关系求得。此步计算目的在于确定第一级荷载停歇时间，即第二在于确定第一级荷载停歇时间，即第二级荷载开始施加的时间。级荷载开始施加的时间。 设计与计算设计与计算 n4 4）根根据据第第二二步步所所得得到到的的地地基基强强度度计计算算第第二级所能施加

17、的荷载二级所能施加的荷载p p2 2。n同同样样，求求出出在在p p2 2作作用用下下地地基基固固结结度度达达70%70%时时的的强强度度以以及及所所需需要要的的时时间间，然然后后计计算算第第三三级级所所能能施施加加的的荷荷载载，依依次次可可计计算算出出以后各级荷载和停歇时间。以后各级荷载和停歇时间。 设计与计算设计与计算 n5 5）按按以以上上步步骤骤确确定定的的加加荷荷计计划划进进行行每每一一级级荷荷载载下下地地基基的的稳稳定定性性验验算算。如如稳稳定定性性不不满足要求，则调整加荷计划。满足要求，则调整加荷计划。n6 6）计计算算预预压压荷荷载载下下地地基基的的最最终终沉沉降降量量和和预预

18、压压期期间间的的沉沉降降量量。即即确确定定预预压压荷荷载载卸卸除除的的时时间间，这这时时地地基基在在预预压压荷荷载载下下所所完完成成的的 沉沉降降量量已已达达设设计计要要求求，所所留留的的沉沉降降是是建建筑筑物所允许的物所允许的 。 设计与计算设计与计算 n2 2、超载预压、超载预压 n对对沉沉降降有有严严格格限限制制的的建建筑筑，应应采采取取超超载载预压法处理地基。预压法处理地基。n经经超超载载预预压压后后，如如受受压压土土层层各各点点的的有有效效竖竖向向应应力力大大于于建建筑筑物物荷荷载载引引起起的的相相应应点点的的附附加加总总应应力力时时，则则今今后后在在建建筑筑物物荷荷载载作作用用下下

19、地地基基土土将将不不会会再再发发生生主主固固结结变变形形，而而且且将将减减小小次次结结变变形形，并并推推迟迟次次固固结结变变形的发生。形的发生。 设计与计算设计与计算 n在在预预压压过过程程中中，任任意意时时间间地地基基的的沉沉降降量量可可表表示示为：为： n可用于：可用于：a a确定所需的超载压力值确定所需的超载压力值p ps s，以保证使用（或永久）以保证使用（或永久）荷载荷载p pf f作用下预期的总沉降量在给定时间完成；作用下预期的总沉降量在给定时间完成；b b确定在给定确定在给定超载下达到预定沉降所需要的时间。超载下达到预定沉降所需要的时间。 设计与计算设计与计算 n3 3、真空预压

20、法、真空预压法n真真空空预预压压法法是是在在需需要要加加固固的的软软土土地地基基表表面面先先铺铺设设砂砂垫垫层层，然然后后埋埋设设竖竖向向排排水水体体，竖竖向向排排水水体体常常采采用用袋袋装装砂砂井井、或或塑塑料料排排水水带带。再再用用不不透透气气的的封封闭闭膜膜使使其其与与大大气气隔隔绝绝，薄薄膜膜四四周周埋埋入入土土中中，通通过过砂砂垫垫层层埋埋设设的的吸吸水水管管道道，用用真真空空装装置置进进行行抽抽气气，使使其其形形成成真真空空，使使土土中中水水排排出出，增增加加地地基的有效应力。基的有效应力。 设计与计算设计与计算 n为为了了满满足足某某些些使使用用荷荷载载大大，承承载载力力要要求求

21、高高的的建建筑筑物物的的需需要要，19831983年年开开展展了了真真空空和和堆堆载载联联合合预预压压法法的的研研究究，实实践践证证明明，真真空空预预压压和和堆堆载载预预压压的的效效果果是是可可以以叠叠加加的的。采采用用真真空空和和堆堆载载联联合合预预压压法法已已获获得得过过相相当当130kpa130kpa等等效效荷荷载载的的预压效果。预压效果。 设计与计算设计与计算 n（1 1）真空预压的设计）真空预压的设计n设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

22、加固固后后的的沉沉降降和和工工艺艺设设计等。计等。 设计与计算设计与计算 nA. A. 膜内真空度膜内真空度n真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600mmHg600mmHg左左右右，相相当当于于80kpa80kpa的的真真空空压压力力，此值可作为最大膜内设计真空度。此值可作为最大膜内设计真空度。 设计与计算设计与计算 nB.B.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n一一般般可可采采用用

23、80%80%的的固固结结度度。如如工工期期许许可可，也也可可采采用用更更大大一一些些的的固固结结度度作作为为设设计计要要求求达达到到的的固结度。固结度。 设计与计算设计与计算 nC.C.竖向排水体竖向排水体n一般采用袋装砂井或塑料排水带。一般采用袋装砂井或塑料排水带。n真真空空预预压压处处理理地地基基时时，必必须须设设置置竖竖向向排排水水体体，由由于于砂砂井井（袋袋装装砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带）能能将将真真空空度度从从砂砂垫垫层层中中传传至至土土体体，并并将将土土体体中中的的水水抽抽至至砂砂垫垫层层然然后后排排出出。若若不不设设置置砂砂井井等等就就起起不到上述的作用和加固目的。不到上述

24、的作用和加固目的。n抽抽真真空空的的时时间间与与土土质质条条件件和和竖竖向向排排水水体体的的间间距距密密切切有有关关。达达到到相相同同的的固固结结度度，间间距距越越小小，则所需的时间越短则所需的时间越短. . 设计与计算设计与计算 n袋装砂井间距与所需时间关系袋装砂井间距与所需时间关系 设计与计算设计与计算 nD.D.沉降计算沉降计算n先先计计算算加加固固前前建建筑筑物物荷荷载载下下天天然然地地基基的的沉沉降降量量，然然后后计计算算真真空空预预压压期期间间所所完完成成的的沉沉降降量量，两两者者之之差差即即为为预预压压后后在在建建筑筑物物使使用用荷荷载载下下可可能能发生的沉降。发生的沉降。n预预

25、压压期期间间的的沉沉降降可可根根据据设设计计要要求求达达到到固固结结度度推推算加固区所增加的平均有效应力。算加固区所增加的平均有效应力。 设计与计算设计与计算 n4 4、真空、真空堆载联合预压法堆载联合预压法n对对承承载载力力要要求求高高，沉沉降降限限制制严严的的建建筑筑物物，可可采采用用真真空空堆堆载载联联合合预预压压法法。真真空空是是负负压压，堆堆载载是是正正压压，通通过过实实际际工工程程测测出出的的效效果果是是可可以以叠叠加加的。的。真空真空堆载联合预压法示意图堆载联合预压法示意图n4 4、真空、真空堆载联合预压法堆载联合预压法设计与计算设计与计算 n真真空空预预压压的的总总面面积积不不

26、得得小小于于基基础础外外边边缘缘所所包包围围的的面面积积，一一般般真真空空的的边边缘缘应应比比建建筑筑物物基基础础外外缘缘超超出出2 23m3m，另另外外，每每块块预预压压的的面面积积尽尽可可能能大大，彼彼此此间间可可搭搭接接或或有有一一定定间间距距。加加固固面面积积越越大大，加加固固面面积积与与周周边边长长度度之之比比也也越越大大。气气密密性性也也越越好好，真真空空度度也也越越高高。根根据据现现有有的的材材料料和和工工艺艺设设备，每块面积已达备，每块面积已达3 3万。万。n当当在在加加固固区区发发现现有有透透气气层层和和透透水水层层时时，一一般般可可在在塑塑料料薄薄膜膜周周边边采采用用另另加

27、加水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩的的壁壁式式密封措施。密封措施。 真空度与加固面真空度与加固面积积的关系的关系 设计与计算设计与计算 n5 5、降低地下水位预压法、降低地下水位预压法 n降降低低地地下下水水位位法法是是指指利利用用井井点点抽抽水水降降低低地地下下水水位位以以增加土的自重应力，达到预压加固的目的。增加土的自重应力，达到预压加固的目的。 n最最适适用用于于砂砂性性土土或或在在软软粘粘土土层层中中存存在在砂砂或或粉粉土土的的情情况。况。n对对于于深深度度的的软软粘粘土土层层，为为加加速速其其固固结结，往往往往设设置置砂砂井井并并采采用用井井点点法法降降低低地地下下水水位位。当当应应用用真真

28、空空装装置置降降水水时时，地地下下水水位位约约可可降降低低5 56m6m，产产生生的的预预压压荷荷载载为为505060kpa60kpa，相相当当于于3m3m左左右右的的砂砂石石堆堆载载。若若需需要要更深的降水时，则需要用高扬程的井点法。更深的降水时，则需要用高扬程的井点法。轻型井点降水轻型井点降水n轻型井点降水轻型井点降水 滤管及沉管滤管及沉管n滤管及沉管滤管及沉管 设计与计算设计与计算 n6 6、利用建筑物自重加压法、利用建筑物自重加压法 n直直接接利利用用建建筑筑物物自自身身重重量量，分分期期施施工工，使使地地基基在在前前期期荷荷载载下下固固结结，强强度度提提高高到到满满足足下下一一级级荷

29、荷载载再再继继续续施施工工，如如此此反反复复，直直至至建建筑筑物物竣竣工工，达达到到使使用用荷荷载载。由由于于在在施施工工过过程程中中，地地基基逐逐渐渐发发生生固固结结沉沉降降，至至建建筑筑物物使使用用时时沉沉降降大大部部分分完完成成。该该法法不不需需要要另另外外的的加加载系统，经济有效。载系统，经济有效。n适适用用于于某某些些对对沉沉降降要要求求不不严严格格（能能够够适适应应较较大大变变形形），而而以以地地基基稳稳定定性性为为控控制制条条件件的的建建筑筑物物，如如路路堤堤、土坝、油罐等。土坝、油罐等。 设计与计算设计与计算 n二、排水系统设计二、排水系统设计n1 1）竖向排水体材料选择竖向排

30、水体材料选择 n2) 2) 砂井或塑料排水带直径砂井或塑料排水带直径n3) 3) 砂井或塑料排水带间距砂井或塑料排水带间距n4) 4) 砂井排列方式砂井排列方式n5) 5) 竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计n6 6）地表排水砂垫层设计）地表排水砂垫层设计 设计与计算设计与计算 n二、排水系统设计二、排水系统设计n1 1）竖向排水体材料选择竖向排水体材料选择 n竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若竖向排水体长度超过和塑料排水带。若竖向排水体长度超过20m20m，建议采用普通砂井。制作砂井的砂建议采用普通砂井。制作砂井的砂宜用中粗砂，不应有草根等

31、杂物，其含宜用中粗砂，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过泥量不能超过3%3%。 设计与计算设计与计算 n2) 2) 砂井或塑料排水带直径砂井或塑料排水带直径n普通砂井直径可取普通砂井直径可取300-500mm300-500mm，井径比为井径比为6 68 8 ；袋；袋装砂井直径可取装砂井直径可取70-100mm;70-100mm; 井径比为井径比为15152020； 塑塑料料排排水水带带尺尺寸寸一一般般为为100mm4mm100mm4mm，井井径径比比为为15153030。 n塑料排水带的当量换算直径塑料排水带的当量换算直径设计与计算设计与计算n3) 3) 砂井或塑料排水带间距砂井或塑料排水带间

32、距n可根据地基土的固结特性和预定时间内所可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。要求达到的固结度确定。n通常砂井的间距可按井径比通常砂井的间距可按井径比n n确定。确定。 （n=dn=de e/d/dw w,d,de e为砂井的有效排水圆柱体直径，为砂井的有效排水圆柱体直径， d dw w为砂井直径）为砂井直径）n普通砂井的间距可按普通砂井的间距可按n=6-8n=6-8 选用；袋装砂选用；袋装砂井或塑料排水带的间距可按井或塑料排水带的间距可按n=15-20n=15-20（3030） 选用。选用。设计与计算设计与计算n3) 3) 砂井砂井设计与计算设计与计算n4) 4) 砂井排

33、列方式砂井排列方式n砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。以砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。以正三角形排列较为紧凑和有效。正三角形排列较为紧凑和有效。n 正方形排列时：正方形排列时：d de e=1.13s =1.13s n 正三角形排列时：正三角形排列时：d de e=1.05s =1.05s n 式中式中d de e每一个砂井有效影响范围的直径每一个砂井有效影响范围的直径; ;n s s砂井间距。砂井间距。n竖向排水体的布置范围一般由基础的轮廓线向外增大竖向排水体的布置范围一般由基础的轮廓线向外增大大约大约2 24m4m。 设计与计算设计与计算n5)5)竖向排水体深度设计

34、竖向排水体深度设计 n竖竖向向排排水水体体深深度度主主要要根根据据土土层层分分布布、附附加加应应力力大大小小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。n(a)(a)当当软软土土层层不不厚厚、底底部部有有透透水水层层时时，排排水水体体应应尽尽可可能穿透软土层；能穿透软土层；n(b)(b)当当深深厚厚的的高高压压缩缩性性土土层层间间有有砂砂层层或或砂砂透透镜镜体体时时，排排水水体体应应尽尽可可能能打打至至砂砂层层或或砂砂透透镜镜体体。而而采采用用真真空空预预压压时时应应尽尽量量避避免免排排水水体体与与砂砂层层相相连连接接，以以免免影影响响真空效果；真空效

35、果；n(c)(c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑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( (一般为一般为0.10.10.2)0.2)； 设计与计算设计与计算n(d)(d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸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，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排水体长度应大于最危险滑动面2m2m的深度。的深度。n(e)(e)按按沉沉降降控控制制的的工工程程，排排水水体体长长度度可可从从压压载载后后的

36、的沉沉降降量量满满足足上上部部建建筑筑物物容容许许的的沉沉降降量量来来确确定。定。n竖向排水体长度一般为竖向排水体长度一般为101025m25m。 设计与计算设计与计算n6 6）地表排水砂垫层设计）地表排水砂垫层设计n砂砂井井顶顶部部应应铺铺设设砂砂垫垫层层，以以连连通通各各砂砂井井将将水水排排到到工工程场地以外。程场地以外。n砂砂垫垫层层应应形形成成一一个个连连续续的的、有有一一定定厚厚度度的的排排水水层层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。n陆陆上上施施工工时时，砂砂垫垫层层厚厚度度一一般般取取0.5m0.5m左左右右；水水下下施施工时，一般为工时

37、，一般为1m1m左右。左右。n砂砂垫垫层层的的宽宽度度应应大大于于堆堆载载宽宽度度或或建建筑筑物物的的底底宽宽，并并伸出砂井区外边线伸出砂井区外边线2 2倍砂井直径。倍砂井直径。n在在砂砂料料贫贫乏乏地地区区，可可采采用用连连通通砂砂井井的的纵纵横横砂砂沟沟（2-2-3D3D，40-60cm40-60cm）深深代替整片砂垫层。代替整片砂垫层。 设计与计算设计与计算n现场监测设计现场监测设计 n监监测测项项目目一一般般包包括括地地面面沉沉降降观观测测、水水平平位位移移观观测测和和孔孔隙隙水水压压力力观观测测，如如有有条条件件可可进进行行地地基基中中深深层层沉沉降降和水平位移观测。和水平位移观测。

38、n控控制制要要求求：竖竖井井地地基基，最最大大竖竖向向变变形形量量每每天天不不应应超超过过15mm15mm，天天然然地地基基，最最大大竖竖向向变变形形量量每每天天不不应应超超过过l0mml0mm；边边桩桩水水平平位位移移每每天天不不应应超超过过5mm5mm；地地基基中中孔孔压压不不得得超超过过预预压压荷荷载载的的505060%60%，并并应应根根据据上上述述观观察察资资料料综综合合分分析析、判判断断地地基基的的稳稳定定性性。预预压压荷荷载载的的卸荷时间一般控制在固结度为卸荷时间一般控制在固结度为85%85%左右。左右。设计与计算设计与计算n三、计算理论三、计算理论 n1)1)地基固结度的计算地

39、基固结度的计算 n2)2)地基土抗剪强度的计算地基土抗剪强度的计算 n3 3）地基的最终竖向变形量）地基的最终竖向变形量设计与计算设计与计算n1)1)地基固结度的计算地基固结度的计算n在一级或多级等速加荷条件下，在一级或多级等速加荷条件下，t t时刻对应总荷时刻对应总荷载的地基平均固结度载的地基平均固结度 设计与计算设计与计算n 、参数参数 设计与计算设计与计算n2)2)地基土抗剪强度的计算地基土抗剪强度的计算n地基中某一点在某一时刻的抗剪强度地基中某一点在某一时刻的抗剪强度 预压荷载下地基的最终竖向变形量预压荷载下地基的最终竖向变形量排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 n一、铺设水平排水砂

40、垫层；一、铺设水平排水砂垫层；n二、设置竖向排水体；二、设置竖向排水体；n三、施加固结压力。三、施加固结压力。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n一、铺设水平排水砂垫层；一、铺设水平排水砂垫层；n垫层材料垫层材料 ：渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于：渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于1010-3-3cm/scm/s，同时能起到一定的反滤作用。常用级配良同时能起到一定的反滤作用。常用级配良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟（好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟（2-3D2-3D，40-40-60cm60cm深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。n垫层厚度

41、垫层厚度 ：满足渗流水能及时排出，应起到持力层：满足渗流水能及时排出，应起到持力层的作用。一般应选用的作用。一般应选用303050cm50cm厚度。对新吹填不久厚度。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。采用厚的或混合料排水垫层。 n垫层施工垫层施工 ：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。推土机或人工摊平。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n二、竖向排水体施工二、竖向排水体施工 n材料：材料：303050cm50cm直径的普通砂井；直径的普通砂井； 7

42、712cm12cm直径的袋装砂井；直径的袋装砂井； 10cm10cm宽的塑料排水带。宽的塑料排水带。 n1 1、砂井施工、砂井施工 n2 2、袋装砂井施工、袋装砂井施工 n3 3、塑料排水带施工、塑料排水带施工 深圳河打设砂井桩和排水板示意图袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程插板机n插板机插板机插板机n插板机插板机四航研究院排水板施工现场图排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺三、施加固结压力三、施加固结压力（一）利用建筑物自重加压一）利用建筑物自重加压 一般应用于以地基的稳定性为控制条件，能适应较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，

43、如路堤、土坝、储矿场、油罐、水池大变形的建筑物，如路堤、土坝、储矿场、油罐、水池等。等。 对油罐和水池等建筑物，先进行充水加压，一方面可对油罐和水池等建筑物，先进行充水加压，一方面可检验罐壁本身有无渗透现象，同时，还利用分级逐渐充检验罐壁本身有无渗透现象，同时，还利用分级逐渐充水预压，使地基土强度得以提高，满足稳定性要求。水预压，使地基土强度得以提高，满足稳定性要求。 对路堤、土坝等建筑物，由于填土高、荷载大，地对路堤、土坝等建筑物，由于填土高、荷载大，地基的强度不能满足快速填筑的要求，工程上都采用严格基的强度不能满足快速填筑的要求，工程上都采用严格控制加荷速率，逐层填筑的方法以确保地基的稳定

44、性。控制加荷速率，逐层填筑的方法以确保地基的稳定性。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（二）堆载预压（二）堆载预压n堆载预压的材料：以散料为主，如土、石料、堆载预压的材料：以散料为主，如土、石料、砂、砖等。砂、砖等。n大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合作业。对超软地基的堆载预压，第一级荷载宜作业。对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。用轻型机械或人工作业。n堆载预压工艺简单，但处理不当，特别是加荷堆载预压工艺简单，但处理不当，特别是加荷速率控制不好时，容易导致工程施工的失败。速率控制不好时，容易导致工程施工的失败。 排水固结

45、法施工工艺排水固结法施工工艺n（二）堆载预压（二）堆载预压n注意事项：注意事项：n1 1、必须严格控制加载速率。保证在各级荷载下地、必须严格控制加载速率。保证在各级荷载下地基的稳定性。基本控制标准是：竖向变形每天不基的稳定性。基本控制标准是：竖向变形每天不应超过应超过1010，边桩水平位移每天不应超过，边桩水平位移每天不应超过5 5。n 2 2、堆载面积要足够。堆载的顶面积不小于建筑、堆载面积要足够。堆载的顶面积不小于建筑物底面积。物底面积。 n3 3、注意堆载过程中荷载的均匀分布，避免局部堆、注意堆载过程中荷载的均匀分布，避免局部堆载过高导致地基局部失稳破坏。载过高导致地基局部失稳破坏。 排

46、水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（三）真空预压（三）真空预压n（1 1） 真空预压系统设置真空预压系统设置n1.1.排水通道施工排水通道施工n先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排水带；水带；n2.2.埋设水平向分布滤水管。埋设水平向分布滤水管。n主要作用：使真空度在整个加固区域内均匀分布。主要作用：使真空度在整个加固区域内均匀分布。n要求：滤水管在预压过程中应能适应地基的变形，特别是差要求：滤水管在预压过程中应能适应地基的变形，特别是差异变形。异变形。n材料：钢管或塑料管，其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或材料：钢管或塑料管

47、，其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或土工织物作为滤水层。土工织物作为滤水层。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n滤滤水水管管布布置置：滤滤水水管管在在加加固固区区内内的的分分布布形形式式可可采采用用条条状状、梳梳子子状状或或羽羽毛毛状状等等，滤滤水水管管一一半半埋埋设设在在排排水水砂砂垫垫层中间，其上应有层中间，其上应有100100200200砂层覆盖。砂层覆盖。真空预压水平管路施工排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（三）真空预压（三）真空预压n（1 1） 真空预压系统设置真空预压系统设置排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n3 3、铺设密封膜、铺设密封膜n密封膜铺设质量是真空预压加固法成

48、贩的关键。密封膜铺设质量是真空预压加固法成贩的关键。n要求：要求：a a应选用抗老化性能好、韧性大、抗穿刺能力强的应选用抗老化性能好、韧性大、抗穿刺能力强的不透气材料。普通聚氯乙烯薄膜性能不如线性聚乙烯等专不透气材料。普通聚氯乙烯薄膜性能不如线性聚乙烯等专用膜好。用膜好。n b b密封膜热合时宜用双热合线平搭接，搭接长度应大于密封膜热合时宜用双热合线平搭接，搭接长度应大于1515。密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。n c c膜周边可采用挖沟折铺、平铺并用粘土压边，围捻沟内膜周边可采用挖沟折铺、平铺并用粘土压边，围捻沟内覆水以及膜上全面覆水等方法进行密封

49、。覆水以及膜上全面覆水等方法进行密封。n d d当处理区内有充足水源补给的透水层时，应采用封闭式当处理区内有充足水源补给的透水层时，应采用封闭式板桩墙、封闭式板桩墙加沟内覆水或其他密封措施隔断透板桩墙、封闭式板桩墙加沟内覆水或其他密封措施隔断透水层。水层。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n4 4、设置抽气系统、设置抽气系统n抽抽气气设设备备宜宜采采用用射射流流式式真真空空泵泵。泵泵的的设设置置数数量量应应根根据据预预压压面面积积、真真空空泵泵性性能能指指标标以以及及施施工工经经验验确确定定，每每块块预预压压区区至至少少设设置置两两台台真真空空泵泵。以以一一套套设设备备可可抽抽真空的面积为

50、真空的面积为100010001500m21500m2确定。确定。n真真空空泵泵的的性性能能要要求求: :抽抽真真空空效效率率高高，能能适适应应连连续续运运转转，工作可靠等。工作可靠等。n膜上管道一端与出膜装置相连，另一端连接真空设膜上管道一端与出膜装置相连，另一端连接真空设备。主管与薄膜连接处必须妥善处理，以保密封的备。主管与薄膜连接处必须妥善处理，以保密封的气密性。为避免膜内真空度在停泵后很快降低，在气密性。为避免膜内真空度在停泵后很快降低，在真空管路中应设置止回阀和截门。真空管路中应设置止回阀和截门。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（四）降水预压（四）降水预压n井点降水，一般是先用

51、高压射水将井管外径为井点降水，一般是先用高压射水将井管外径为48485050、下端具有长约、下端具有长约1.5m1.5m的滤管沉到所需的滤管沉到所需要深度，并将井管顶部用管路与真空泵相连，要深度，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，形成漏斗状借真空泵的吸力使地下水位下降，形成漏斗状的水位线的水位线. . 施工质量检验施工质量检验n1 1 施工前应检查施工监测措施，沉降、孔隙水施工前应检查施工监测措施，沉降、孔隙水压力等原始数据、排水设施、砂井（包括袋装压力等原始数据、排水设施、砂井（包括袋装砂井）、塑料排水带等位置。塑料排水带必须砂井）、塑料排水带等位置。塑料排水带必

52、须符合质量要求。符合质量要求。n2 2 堆载施工应检查堆载高度、沉降速率。真空堆载施工应检查堆载高度、沉降速率。真空预压施工应检查密封膜的密封性能、真空表读预压施工应检查密封膜的密封性能、真空表读数等。数等。施工质量检验施工质量检验n3 3 施工结束后应检查地基土的十字板剪切强度，标施工结束后应检查地基土的十字板剪切强度，标贯或静力触探值及要求达到的其它物理力学性能，贯或静力触探值及要求达到的其它物理力学性能，重要建筑物地基应作载荷试验。重要建筑物地基应作载荷试验。n4 4 在预压期间应及时整理变形与时间、孔隙水压力在预压期间应及时整理变形与时间、孔隙水压力与时间等关系曲线，推算地基的最终固结变形量、与时间等关系曲线，推算地基的最终固结变形量、不同时间的固结度和相应的变形量，以分析处理效不同时间的固结度和相应的变形量，以分析处理效果，并为确定卸载时间提供依据。果，并为确定卸载时间提供依据。n5 5 真空预压处理地基除应进行地基变形和孔隙水压真空预压处理地基除应进行地基变形和孔隙水压力观测外，尚应量测膜下真空度和砂井不同深度的力观测外，尚应量测膜下真空度和砂井不同深度的真空度。真空度。