岩土工程地基处理排水固结ppt课件

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1、第第8 8章章 排水固结排水固结Drain Consolidation地基处置技术地基处置技术Technical of Soil Improvement 8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 加固原理加固原理8.3 8.3 设计计算设计计算8.4 8.4 施工方法施工方法8.5 8.5 现场观测及堆载速率控制现场观测及堆载速率控制排水固结法排水固结法8.1 8.1 概概 述述 排排水水固固结结法法是是对对地地下下水水位位以以下下的的天天然然地地基基，或或先先在在地地基基中中设设置置砂砂井井( (袋袋装装砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带) )等等竖竖向向排排水水体体地地基基，然然后后利利用用建

2、建筑筑物物本本身身分分量量分分级级逐逐渐渐加加载载；或或在在建建筑筑物物建建造造前前在在场场地地先先行行加加载载预预压压，经经过过加加载载系系统统在在地地基基中中产产生生水水头头差差，使使土土体体中中的的孔孔隙隙水水排排出出，逐逐渐渐固固结结，地地基基发发生生沉沉降降，同时强度逐渐提高的方法。同时强度逐渐提高的方法。 排排水水固固结结法法能能处处理理软软粘粘土土地地基基的的沉沉降降和和稳稳定定问问题题。可可使使地地基基的的沉沉降降在在预预压压期期间间根根本本完完成成或或大大部部分分完完成成，保保证证建建筑筑物物在在运运用用期期间间不不致致产产生生过过大大的的沉沉降降和和沉沉降降差差。同同时时可

3、可添添加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。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。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。 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为：堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类排水固结法的种类 堆载预压法和砂井堆载预压法独一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。 排水系统排水系统加压系统加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

4、的。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。 排水系排水系统是一种手段，如没有加是一种手段，如没有加压系系统，孔隙中的水没有，孔隙中的水没有压力差就不力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。假会自然排出，地基也就得不到加固。假设只添加固只添加固结压力，不力，不缩短土短土层的的排水排水间隔，那么不能在隔，那么不能在预压期期间尽快地完成尽快地完成设计所要求的沉降量，所要求的沉降量，强度不度不能及能及时提高，加提高，加载也不能也不能顺利利进展。所以上述两个系展。所以上述两个系统，在，在设计时总是是联络起来思索的。起来思索的。 排水固结法的主要目的：排水固结法的主要目的：减少地基沉降，使

5、地基的沉降在加减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期期间大部分或根本完成；大部分或根本完成；经过排水固排水固结，加速地基土抗剪，加速地基土抗剪强度的增度的增长，提高地基，提高地基强度及度及稳定性；定性；消除欠固消除欠固结软土地基中土地基中桩的的负摩阻力，并可消除开工后地基的不均匀沉降摩阻力，并可消除开工后地基的不均匀沉降等。等。适用于适用于饱和和软粘土：淤泥及淤泥粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、土、冲填土、 填海湖造田含水填海湖造田含水量、量、紧缩性高，性高，强度、浸透性低。度、浸透性低。砂井法特砂井法特别适用于存在延适用于存在延续薄砂薄砂层的地基。但砂井只能加速主固的地基。但砂井只能加速主固结

6、而不能而不能减少次固减少次固结，对有机有机质土和泥炭等次固土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。抑制次固土，不宜只采用砂井法。抑制次固结可利用超可利用超载的方法。真空的方法。真空预压法适用于能在加固区构成法适用于能在加固区构成(包括采取措施后构包括采取措施后构成成)稳定定负压边境条件的境条件的软土地基。降低地下水位法、真空土地基。降低地下水位法、真空预压法和法和电渗法由渗法由于不添加剪于不添加剪应力，地基不会力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很脆弱的粘土地基。生剪切破坏，所以它适用于很脆弱的粘土地基。 排水固排水固结法普通根据法普通根据预压目的目的选择加加压方法。方法。处理两个理两个问题：

7、沉降：沉降问题、稳定定问题8.2 8.2 加固机理加固机理 加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层程度排水盲沟一、排水固结法原理无无论采用何种加采用何种加压方式，排水固方式，排水固结法的最法的最终目的是：使地基土中孔隙水排出，随着超静水目的是：使地基土中孔隙水排出，随着超静水压力逐力逐渐散失，有效散失，有效应力逐力逐渐提高，孔隙比减提高，孔隙比减小，地基小，地基发生固生固结变形。到达减小沉降、添加形。到达减小沉降、添加地基土地基土强度的目的。度的目的。超超载预压排水固排水固结法是法是经过堆堆载预压，使原来正常固，使原来正常固结黏土黏土层变为处于超固于超固结土，而超固土，而超固结土与正土与

8、正常固常固结土相比具有土相比具有紧缩性小和性小和强度高的特点，度高的特点，从而到达减小沉降和提高承从而到达减小沉降和提高承载力的目的。力的目的。 预压法预压法超载预压法超载预压法 地基土层的排水固结效果与它的排水边境有关。根据固结实际，在到达同一地基土层的排水固结效果与它的排水边境有关。根据固结实际，在到达同一固结度时，固结所需的时间与排水间隔的长短平方成正比。软粘土层越厚，一维固结度时，固结所需的时间与排水间隔的长短平方成正比。软粘土层越厚，一维固结所需的时间越长。假设淤泥质土层厚度大于固结所需的时间越长。假设淤泥质土层厚度大于101020m20m，要到达较大固结度，要到达较大固结度80%8

9、0%，所需的时间要几年至几十年之久。为了加速固结，最为有效的方法是在天，所需的时间要几年至几十年之久。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中添加排水途径，缩短排水间隔，在天然地基中设置垂向排水体。这时土然土层中添加排水途径，缩短排水间隔，在天然地基中设置垂向排水体。这时土层中的孔隙水主要经过砂井和部分从竖向排出。所以砂井层中的孔隙水主要经过砂井和部分从竖向排出。所以砂井( (袋装砂井或塑料排水袋装砂井或塑料排水带带) )的作用就是添加排水条件。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内到达的作用就是添加排水条件。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内到达较好的固结效果，使沉降提早完成；加速地基

10、土强度的增长，使地基承载力提高较好的固结效果，使沉降提早完成；加速地基土强度的增长，使地基承载力提高的速率一直大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从实际和实的速率一直大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从实际和实际上都得到了证明。际上都得到了证明。 竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况 预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进展加载预压，使地基的固结沉降根本完成并提高地基土强度的方法。在饱和软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。同时随着超静水压力逐渐散失，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。 在荷载作用

11、下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)散失和有效应力添加的过程。 堆载预压是在地基中构成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结。 二、堆载预压加固机理二、堆载预压加固机理堆载预压堆载预压1 12 2 分级堆载分级堆载 竖向排水砂井、塑料排水板竖向排水砂井、塑料排水板 程度排水垫层程度排水垫层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 预压固结的加载速率预压固结的加载速率快加快加载不排水不排水破坏破坏分分级慢慢排水排水到达密到达密实固固结K0Kf降水降水qp p总应力途径总应力途径不排水不排水pt任务原理任务原理真空真空预压法是在需求加固的法是在需求加固的软

12、土地基外表先土地基外表先铺设砂砂垫层，然后埋，然后埋设垂直排垂直排水管道，再用不透气的封水管道，再用不透气的封锁膜使其与大气隔膜使其与大气隔绝，薄膜周，薄膜周围埋入土中，埋入土中，经过砂砂垫层内埋内埋设的吸水管道，用真空安装的吸水管道，用真空安装进展抽气，使其构成真空，添加地基的展抽气，使其构成真空，添加地基的有效有效应力。力。 三、真空预压加固机理真空预压真空预压-u 真空真空预压是是经过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外构成气外构成气压差，使粘土差，使粘土层产生固生固结压力。即是在力。即是在总应力不力不变的情况下，的情况下，经过减小孔隙水减小孔隙水压力来

13、添加有效力来添加有效应力的方法。真力的方法。真空空预压是在是在负超静水超静水压力下排水固力下排水固结，称，称为负压固固结。 真空预压模型实验真空预压模型实验真空预压法的原理主要反映在以下几个方面：真空预压法的原理主要反映在以下几个方面：1) 薄膜上面接受等于薄膜内外压差的荷载；薄膜上面接受等于薄膜内外压差的荷载；2) 地下水位降低，相应添加附加应力；地下水位降低，相应添加附加应力；3) 封锁气泡排出，土的浸透性加大。封锁气泡排出，土的浸透性加大。Vacuum Consolidation系系统组成成加加压系系统 真空-堆载结合预压加固FLASH堆载预压法与真空预压法加固原理对比堆载预压法与真空预

14、压法加固原理对比 堆载预压法堆载预压法真空预压法真空预压法加载方式加载方式堆重堆重稳定负压稳定负压地基土中总应力地基土中总应力总应力增加，正压固结总应力增加，正压固结总应力不变，负压固结总应力不变，负压固结排水系统中水压力排水系统中水压力 水压力接近静水压力水压力接近静水压力水压力小于静水压力水压力小于静水压力地基土中水压力地基土中水压力由超孔压逐渐消散至静水由超孔压逐渐消散至静水压力压力由静水压力逐渐消散至一由静水压力逐渐消散至一稳定负压稳定负压地基土水流特征地基土水流特征加固区流向四周，加固区流向四周，“挤水挤水”过程过程四周流向加固区，四周流向加固区，“吸水吸水”过程过程加载速率加载速率

15、严格控制加载速率严格控制加载速率不控制不控制(二二) 降水预固结降水预固结 基坑基坑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四、降低地下水位法原理四、降低地下水位法原理有压地下水有压地下水天然面地下水天然面地下水降水方法的选用与土层的浸透性关系很大。降水方法的选用与土层的浸透性关系很大。五、电渗法原理五、电渗法原理堆堆载预压法法就就是是用用填填上上等等外外加加荷荷载来来添添加加总应力力并并使使超超静静孔孔隙隙水水压力力u散失从而添加有效散失从而添加有效应力力的方法。的方法。降降低低地地下下水水位位和和电渗渗排排水水法法是是总应力力不不变,减减少少孔孔隙隙水水压力力

16、来来添添加加有有效效应力力的方法。的方法。有效应力添加有效应力添加土层紧缩量土层紧缩量8.3 8.3 设计与计算设计与计算 土的固结就是孔隙水压散失和有效应力不断添加土的固结就是孔隙水压散失和有效应力不断添加的过程，这一过程遵照有效应力原理：的过程，这一过程遵照有效应力原理：计算实际计算实际 8.3.1 8.3.1 沉降计算沉降计算以以稳定控制的工程定控制的工程以沉降控制的建筑物以沉降控制的建筑物一、建筑物运用期间的沉降计算一、建筑物运用期间的沉降计算建筑物运用期建筑物运用期间的沉的沉降降计算方法根据算方法根据预压工程的不同特性而有工程的不同特性而有所差所差别。对于于预压荷荷载与建筑与建筑物本

17、身荷物本身荷载分分别的工的工程程对于于预压荷荷载即建筑即建筑物自重物自重tSF初始瞬初始瞬时沉降沉降 Sd Sd ，取决于，取决于剪切剪切变形形F主固主固结沉降沉降 Sc Sc ，取决于浸，取决于浸透固透固结过程，通常是地基程，通常是地基变形的主要部分形的主要部分F次固次固结沉降沉降 Ss Ss ，取决于土，取决于土骨架的蠕骨架的蠕变变形形总变形：形：Sd Sd ：初始瞬时沉：初始瞬时沉降降Ss: 次固结沉降次固结沉降ScSc：主固结沉降：主固结沉降二、总沉降计算二、总沉降计算三、预压期间沉降量计算三、预压期间沉降量计算8.3.2 8.3.2 承载力计算承载力计算处置后地基承载力可根据斯开普顿

18、极限荷载的半阅历公式初步估算：处置后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的半阅历公式初步估算： 根据土的抗剪强度实际，即摩尔库仑实际，强根据土的抗剪强度实际，即摩尔库仑实际，强度增长与有效应力的增长呈正比关系，排水预压处度增长与有效应力的增长呈正比关系，排水预压处置后地基土的不排水抗剪强度可采用下式估算：置后地基土的不排水抗剪强度可采用下式估算： 1、瞬、瞬间加荷条件下砂井地基固加荷条件下砂井地基固结度度计算算 2、多、多级逐逐渐加荷条件下砂井地基固加荷条件下砂井地基固结度度计算算 3、瞬、瞬间加荷条件下砂井地基固加荷条件下砂井地基固结度度计算思索涂抹和井阻影响算思索涂抹和井阻影响 4、多、多级逐

19、逐渐加荷条件下砂井地基固加荷条件下砂井地基固结度度计算思索涂抹和井阻影响算思索涂抹和井阻影响8.3.3 8.3.3 砂井地基固结度计算砂井地基固结度计算一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算排水面排水面排水面排水面砂井地基属于三维固结轴对称问题，砂井地基属于三维固结轴对称问题，以圆柱坐标表示：以圆柱坐标表示：竖向竖向径向径向恣意一点的孔隙水压力有如下关系：恣意一点的孔隙水压力有如下关系：整个砂井影响范围内土柱体孔隙水压力有如下关系：整个砂井影响范围内土柱体孔隙水压力有如下关系：固结度表达那么为：固结度表达那么为：1.1.竖向排水的平均固结度竖向排水的平均固

20、结度某一时间竖向固结度的计算公式为：某一时间竖向固结度的计算公式为：式中式中m为正奇数为正奇数竖向固结的竖向固结的时间因数时间因数2.2.径向排水的平均固结度径向排水的平均固结度径向固结的径向固结的时间因数时间因数F为与为与n有关的系数：有关的系数：lldede正三角形陈列正三角形陈列 正方形陈列 3.3.总固结度总固结度4.4.思索井阻和涂抹作用影响思索井阻和涂抹作用影响F为与为与n有关的系数：有关的系数：竖井纵向竖井纵向通水量通水量5.5.砂井未贯穿受压土层的平均固结度计算砂井未贯穿受压土层的平均固结度计算 不同条件下平均固结度计算公式不同条件下平均固结度计算公式 二、逐级加荷条件下地基固

21、结度的计算二、逐级加荷条件下地基固结度的计算1.1.改良的太沙基法改良的太沙基法 对于分于分级加荷的情况，太沙基的修正方法是加荷的情况，太沙基的修正方法是假定：假定： (a) (a)每一每一级荷荷载增量所引起的固增量所引起的固结过程是程是单独独进展的，与上一展的，与上一级荷荷载增量所引起的固增量所引起的固结度完全度完全无关；无关； (b) (b)总固固结度等于各度等于各级荷荷载增量作用下固增量作用下固结度度的叠加；的叠加； (c) (c)每一每一级荷荷载增量在等速加荷增量在等速加荷经过时间t t的固的固结度与在度与在t/2t/2时的瞬的瞬时加荷的固加荷的固结度一度一样，也即，也即计算固算固结的

22、的时间为t/2t/2。(d)(d)在加荷停在加荷停顿以后，在恒以后，在恒载作用期作用期间的固的固结度，度，即即时间t t大于大于TiTi此此处TiTi为pipi的加的加载期期时的固的固结度和在度和在Ti/2Ti/2时瞬瞬时加荷加荷pipi后后经过时间(t- Ti/2)(t- Ti/2)的的固固结度一度一样；(e)(e)所算得的固所算得的固结度度仅是是对本本级荷荷载而言，而言，对总荷荷载还要按荷要按荷载的比例的比例进展修正。展修正。 多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算2.2.改良的高木俊法改良的高木俊法 该法是根据巴伦实际，思索变速加荷使砂井地基在辐射向和该

23、法是根据巴伦实际，思索变速加荷使砂井地基在辐射向和垂直向排水条件下推导出砂井地基平均固结度的，其特点是不需垂直向排水条件下推导出砂井地基平均固结度的，其特点是不需求求得瞬时加荷条件下地基固结度，而是可直接求得修正后的平求求得瞬时加荷条件下地基固结度，而是可直接求得修正后的平均固结度。修正后的平均固结度为：均固结度。修正后的平均固结度为： 三、影响砂井固结度的几个要素三、影响砂井固结度的几个要素 初始空隙水初始空隙水压力根本没有影响力根本没有影响 井阻和涂抹作用：井阻和涂抹作用： 在在实践砂井施工中，由于沉管践砂井施工中，由于沉管对周周围土体的土体的扰动和重塑作用，在砂井周和重塑作用，在砂井周围

24、构成构成了一个了一个“涂抹区，使涂抹区，使该区内土浸透性降低，区内土浸透性降低，紧缩性增大。性增大。 井阻和涂抹作用井阻和涂抹作用对固固结速率的影响有速率的影响有时非常非常显著。比如宁波机著。比如宁波机场袋装砂井袋装砂井场地，地，在堆在堆载205天后，思索井阻与涂抹作用影响的地基天后，思索井阻与涂抹作用影响的地基实践平均固践平均固结度度仅为按理想砂按理想砂井地基井地基计算的固算的固结度度0.81倍。倍。 关于砂料的阻力关于砂料的阻力;在土中水向砂井渗流在土中水向砂井渗流过程中，砂料程中，砂料对渗流渗流产生的阻力也会影生的阻力也会影响土响土层的固的固结速率。速率。8.3.4 8.3.4 堆载预压

25、法设计堆载预压法设计一、加压系统设计一、加压系统设计 堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据堆载资料分为自重预压、加荷预压和加水预压。堆载资料分为自重预压、加荷预压和加水预压。堆载普通用填土、砂石等散粒资料；油罐通常利用灌体充堆载普通用填土、砂石等散粒资料；油罐通常利用灌体充水对地基进展预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，那么以其水对地基进展预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，那么以其本身的分量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。本身的分量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进由于软粘土地

26、基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进展堆载预压往往都不能够快速加载，而必需分级逐渐加荷，待展堆载预压往往都不能够快速加载，而必需分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度添加到足已加下一级荷载时方可加下一级前期荷载下地基强度添加到足已加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷荷载。其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷方案，然后校核这一加荷方案下的地基的稳定性和沉降。方案，然后校核这一加荷方案下的地基的稳定性和沉降。 利利用用地地基基的的天天然然抗抗剪剪强度度计算算第第一一级允允许施施加加的的荷荷载p1。对长条条梯梯形形填填土，可根据土，可根据Fell

27、enius公式估算，即：公式估算，即： 计算第一算第一级荷荷载下地基下地基强度增度增长值。 通常假设地基的固结度为70，然后计算出强度增长量；为思索剪切蠕变的强度折减系数。加压系统设计计算步骤加压系统设计计算步骤 计算算p1作用下到达所定固作用下到达所定固结度所需求的度所需求的时间。 到到达达某某一一固固结结度度所所需需时时间间可可根根据据固固结结度度与与时时间间的的关关系系求求得得。这这一一步步计计算算的的目目的的是是确确定定第第一一级级荷荷载载停停歇歇的的时时间间，亦亦即即第第二二级级荷荷载载开场施加的时间。开场施加的时间。 根据第根据第2步所得到的地基步所得到的地基强度度f1计算第二算第

28、二级所能施加的荷所能施加的荷载p2，即，即 同样求出在p2作用下地基固结度达70时的强度以及所需时间，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，初步的加荷方案也就确定下来。 对按按以以上上步步骤确确定定的的加加荷荷方方案案进展展每每一一级荷荷载下下地地基基的的稳定定性性验算算。如如稳定性不定性不满足，那么足，那么调整加荷方案。整加荷方案。 计算算预压荷荷载下下地地基基的的最最终沉沉降降量量和和预压期期间的的沉沉降降量量。这一一项计算算的的目目的的在在于于确确定定预压荷荷载卸卸除除的的时间，这时地地基基在在预压荷荷载下下所所完完成成的的沉沉降降量量已达已达设计要求，所剩留

29、的沉降要求，所剩留的沉降为建筑物所允建筑物所允许。 砂井地基的设计任务即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及构成有效的砂井排水系统所需的资料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，到达所需求的固结度(通常定为80)。资料料选择：砂：砂垫层砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，砂料中可混有，砂料中可混有少量粒径小于少量粒径小于50mm的的砾石。石。 砂井的砂料砂井的砂料应选用中粗砂，其粘粒含量不用中粗砂，其粘粒含量不应大于大于3%。 二、排水系统设计二、排水系统设计系系统组成成排水系排水系统 资料 Wick Drainssandgravel 1

30、砂井直径和砂井直径和间距距常采用常采用“细而密原那么。而密原那么。普通砂井直径：普通砂井直径：300300400mm400mm；间距：；间距：6 68 8倍井径。倍井径。 袋装砂井直径：袋装砂井直径：7070120mm120mm；间距：；间距：15153030倍井径。倍井径。 2砂井砂井长度度 根据现场各种要素定。土层厚、有无透水层、紧缩层厚度、承压水、稳定控制、沉降控制量等普通1025米。 3砂井砂井陈列列正三角形陈列正三角形陈列 正方形陈列正方形陈列 排水途径排水途径不透水层不透水层d0砂井预压固结砂井预压固结新加坡人工填海新加坡人工填海新加坡人工填海新加坡人工填海Depositing s

31、and Depositing sand 吹吹吹吹砂砂砂砂砂井砂井预压固固结 4砂井的布置范砂井的布置范围:大出根底轮廓线大出根底轮廓线2 24m4m。 5 砂砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以衔接砂井，引出从上层排入砂井的渗流水。砂垫层的厚度一股为0.30.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟替代整片砂垫层。系统组成排水系统 系统组成排水系统 Vertical Wick Drains垂直排水体垂直排水体Horizontal Drains程度排水体三、运用三、运用实测沉降沉降时间曲曲线推推测最最终沉降量沉降量对于两级等速加荷的情况对于两级等速加荷的情况8

32、.3.5 8.3.5 真空预压法设计真空预压法设计1.1.膜内真空度膜内真空度2.2.平均固结度平均固结度3.3.竖向排水体竖向排水体4.4.监测工程设计监测工程设计例例 题题 题题 解解题6 6 地基土地基土为淤泥淤泥质黏土黏土层，固，固结系数系数Cv=1.110-3cm3/sCv=1.110-3cm3/s，Ch=8.510-3cm3/sCh=8.510-3cm3/s，浸透系数，浸透系数kv=2.210-7cm/skv=2.210-7cm/s，kh=1.710-7cm/skh=1.710-7cm/s，受，受压土土层厚度厚度28m28m，采用塑料排水板，采用塑料排水板宽度度b=100mmb=1

33、00mm，厚度，厚度=4.5mm=4.5mm竖井，排水板井，排水板为等等边三角形布置，三角形布置，间距距1.1m1.1m，竖井底部井底部为不透水不透水层黏土黏土层，竖井穿井穿过受受压土土层。采用真空采用真空结合堆合堆载预压方案方案处置。真空置。真空预压荷荷载相当于相当于80kPa80kPa，堆，堆载预压总加加载为120kPa120kPa，分两，分两级等速加等速加载。其加。其加载过程程为： 真空真空预压加加载80kPa80kPa，预压时间60d60d。 第一第一级堆堆载60kPa60kPa，10d10d内匀速加内匀速加载，之后，之后预压30d30d。 第二第二级堆堆载60kPa60kPa，10d

34、10d内匀速加内匀速加载，之后，之后预压60d60d。问：地基的：地基的总预压时间？井径比？在不思索排水板的井阻比？井径比？在不思索排水板的井阻比和涂抹影响下受和涂抹影响下受压土土层的平均固的平均固结度？度？ 例例 题题 题题 解解8.4 8.4 施工方法施工方法一、程度排水垫层的施工一、程度排水垫层的施工 排水砂垫层的作用是使在预压过程中，从排水砂垫层的作用是使在预压过程中，从土体进入垫层的渗流水迅速排出，使土体固结能土体进入垫层的渗流水迅速排出，使土体固结能正常进展，因此垫层的质量将直接关系到加固效正常进展，因此垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。果和预压时间的长短。 1 1、

35、垫层资料：应采取渗水好的砂料，同时能起到、垫层资料：应采取渗水好的砂料，同时能起到一定的反滤作用。通常采用级配良好的中粗砂，一定的反滤作用。通常采用级配良好的中粗砂，普通不宜采用粉、细砂。也可采用连通砂井的砂普通不宜采用粉、细砂。也可采用连通砂井的砂沟来替代整片砂垫层。沟来替代整片砂垫层。 2 2、垫层厚度：首先要满足从土层渗入垫层的渗流、垫层厚度：首先要满足从土层渗入垫层的渗流水能及时的排出，另一方面应起到持力层的作用。水能及时的排出，另一方面应起到持力层的作用。3 3、垫层施工：首先应防止对软土表层的过大扰动，、垫层施工：首先应防止对软土表层的过大扰动，以免呵斥泥砂混合，影响排水效果；铺设

36、垫层前以免呵斥泥砂混合，影响排水效果；铺设垫层前应去除干净砂井顶面的淤泥和其他杂物，以利砂应去除干净砂井顶面的淤泥和其他杂物，以利砂井排水。井排水。8.4.1 8.4.1 排水系统排水系统 竖向排水体有用3050cm直径的普通砂井；712cm直径的袋装砂井；10cm宽的塑料排水带。1、砂井施工：要求：1) 保证砂井延续和密实，并且不出现颈缩景象；2) 尽量减少对周围土的扰动；3) 砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。砂井施工普通先在地基中成孔，再在孔内灌砂构成砂井。 砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。 以上各种成孔方法，必需保证砂井的施工质量以防缩颈、断颈或错位景象。

37、二、二、 竖向排水体施工竖向排水体施工 为了防止砂井断颈或缩颈景象，可用灌砂的密实度来控制为了防止砂井断颈或缩颈景象，可用灌砂的密实度来控制灌砂量。灌砂时可适当灌水，以利密实。灌砂量。灌砂时可适当灌水，以利密实。砂井位置的允许偏向为该井的直径，垂直度的允许偏向为砂井位置的允许偏向为该井的直径，垂直度的允许偏向为1.5%1.5%。 砂井的灌砂量，应按砂井的灌砂量，应按砂在中密形状时的干砂在中密形状时的干重度和井管外径所构重度和井管外径所构成的体积计算，其实成的体积计算，其实践灌砂量按质量控制践灌砂量按质量控制要求，不得小于计算要求，不得小于计算值的值的95%95%。2 2、袋装砂井施工、袋装砂井

38、施工袋装砂井是器具有一定伸缩性和抗拉强度很高的袋装砂井是器具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编制袋装满砂子，他根本上处理了聚丙烯或聚乙烯编制袋装满砂子，他根本上处理了大直径砂井所存在的问题，使砂井的设计和施工更大直径砂井所存在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，保证砂井的延续性；打设设备实现了轻加科学化，保证砂井的延续性；打设设备实现了轻型化，比较顺应在软土地基上施工；用砂量大为减型化，比较顺应在软土地基上施工；用砂量大为减少；施工速度快、工程造价低，是一种比较理想的少；施工速度快、工程造价低，是一种比较理想的竖向排水体。竖向排水体。 袋装砂井是普通砂井的改良和开展。袋装砂井是普通

39、砂井的改良和开展。袋装砂井1) 1) 施工机具和效果：在国内，袋装砂井成孔的方法有锤施工机具和效果：在国内，袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动灌入法五击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动灌入法五种。种。2) 2) 砂袋资料的选择：必需具有透水、透气、足够的强度、砂袋资料的选择：必需具有透水、透气、足够的强度、韧性和柔性，并且在水中能起耐腐蚀和滤网作用。韧性和柔性，并且在水中能起耐腐蚀和滤网作用。 3) 3) 施工要求：施工要求：袋装砂井的直径普通采用袋装砂井的直径普通采用7070120120，间距，间距1.51.52.0m2.0m，井，井径比为径比为1515

40、2525。灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长井孔长度长5050，使其放入井孔内后能显露地面，以便埋，使其放入井孔内后能显露地面，以便埋入排水砂垫层中。入排水砂垫层中。袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，以袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，以减小施工过程中对地基土的扰动。另外，拔管后带上砂袋减小施工过程中对地基土的扰动。另外，拔管后带上砂袋的长度不宜超越的长度不宜超越500500。 3 3、塑料排水带施工、塑料排水带施工可归纳为两大类：多孔质单一构外型和复合构外型可归纳为两大类：多孔质单一构外型

41、和复合构外型 塑料排水板塑料排水板塑料排水板塑料排水板塑料排水板施工塑料排水板施工Area Installed with Vertical Drains 塑料排水板区塑料排水板区施工后的塑料排水板施工后的塑料排水板2) 2) 塑料排水带性能塑料排水带性能选择塑料排水带时，应使其具有良好的透水性和选择塑料排水带时，应使其具有良好的透水性和强度。整个排水带应反复对折五次不断裂才以为强度。整个排水带应反复对折五次不断裂才以为合格。合格。3 3塑料排水带施工塑料排水带施工 (1) (1) 插带机械：用于插设塑料带的插带机，种类插带机械：用于插设塑料带的插带机，种类很多，性能不一。由专门厂商消费，也有自

42、行设很多，性能不一。由专门厂商消费，也有自行设计和制造的，或用发掘机、起重机、打桩机改装。计和制造的，或用发掘机、起重机、打桩机改装。从机型分，由轨道式、轮胎式、链条式、履带式从机型分，由轨道式、轮胎式、链条式、履带式和步履式多种。和步履式多种。(2) (2) 塑料排水带导管靴与桩尖普通打设塑料带的塑料排水带导管靴与桩尖普通打设塑料带的导管靴有圆形和矩形两种。由于导管靴断面不同，导管靴有圆形和矩形两种。由于导管靴断面不同，所以桩尖各异，并且普通都与导管分别。桩尖主所以桩尖各异，并且普通都与导管分别。桩尖主要作用是打设塑料带过程中防止淤泥进入导管，要作用是打设塑料带过程中防止淤泥进入导管，并且对

43、塑料带起锚定作用，防止提管时将塑料带并且对塑料带起锚定作用，防止提管时将塑料带拔出。拔出。 a a、圆形桩尖应配圆形管靴，普通为、圆形桩尖应配圆形管靴，普通为混凝土制品；混凝土制品；b b、倒梯形绑孔衔接桩尖，此桩尖配、倒梯形绑孔衔接桩尖，此桩尖配矩形管靴，普通为塑料制品，薄金矩形管靴，普通为塑料制品，薄金属板也可，；属板也可，；c c、倒梯形楔挤压衔接桩尖。该桩尖、倒梯形楔挤压衔接桩尖。该桩尖固定塑料带比较简单，普通为塑料固定塑料带比较简单，普通为塑料制品，也可用薄金属板。制品，也可用薄金属板。(3)(3)塑料排水带施工工艺塑料排水带施工工艺塑料排水带打设顺序包括：定位；将塑料带经过导管从管

44、靴穿出；将塑料排水带打设顺序包括：定位；将塑料带经过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖衔接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料塑料带与桩尖衔接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。带等。在施工中尚应留意以下几点：在施工中尚应留意以下几点：a a、塑料带滤水膜在转盘和打设过程中应防止损坏，防止淤泥进入带、塑料带滤水膜在转盘和打设过程中应防止损坏，防止淤泥进入带芯堵塞输水孔影响塑料带的排水效果；芯堵塞输水孔影响塑料带的排水效果；b b、塑料带与桩尖衔接要结实，防止拔管时脱开，将塑料带拔出；、塑料带与桩尖衔接要结实，防止拔管时脱开，将塑料带拔出；c c、桩尖平端与导管靴配适宜当，防止

45、错缝，防止淤泥在打设过程中、桩尖平端与导管靴配适宜当，防止错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管。增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出；进入导管。增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出；d d、塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用滤水膜内平搭接、塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用滤水膜内平搭接的衔接方法，为保证输水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度需在的衔接方法，为保证输水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度需在200200以上。以上。 8.4.2 预压荷载预压荷载一、利用建筑物自重压重一、利用建筑物自重压重二、堆载预压二、堆载预压系系统组成成加加压系系统 堆载桥头高填土堆载预压桥头高填土堆

46、载预压场地高填土堆载预压场地高填土堆载预压暂时填土堆载预压暂时填土堆载预压Application of Surcharge 加载加载 过快会失稳过快会失稳三、真空预压三、真空预压1 1、加固区划分、加固区划分每块加固区场地的面积宜大不宜小，划分每块加固区场地的面积宜大不宜小，划分时应思索以下几个要素：时应思索以下几个要素：1) 1) 应确保每个建筑物位于一块加固区域内，应确保每个建筑物位于一块加固区域内，应防止两块加固区的分界限横过建筑物，应防止两块加固区的分界限横过建筑物，否那么会由于分界区域的加固效果差别而否那么会由于分界区域的加固效果差别而导致建筑物的不均匀沉降；导致建筑物的不均匀沉降；

47、2)2)应思索竖向排水体打设才干、加工大面应思索竖向排水体打设才干、加工大面积密封膜的才干、大面积铺膜的才干和阅积密封膜的才干、大面积铺膜的才干和阅历及射流安装和虑管的数量等方面的综合历及射流安装和虑管的数量等方面的综合指数；指数；3) 3) 应以满足建筑工期要求为曾经；应以满足建筑工期要求为曾经；4) 4) 加固区之间的间隔应尽量减小或者共用加固区之间的间隔应尽量减小或者共用一条封锁沟。一条封锁沟。真空预压法真空预压法真空预压法真空膜水气搜集管道系统水气搜集管道系统水气搜集管道系统水气搜集管道系统2 2、工艺设备：抽真空工艺设备包括：真、工艺设备：抽真空工艺设备包括：真空源和一套膜内、膜外管

48、路。空源和一套膜内、膜外管路。1) 1) 设置抽气系统。抽气设备宜采用射流式真空泵。设置抽气系统。抽气设备宜采用射流式真空泵。真空泵的设置数量应根据预压面积、真空泵性能真空泵的设置数量应根据预压面积、真空泵性能目的以及施工阅历确定，让每块预压区至少设置目的以及施工阅历确定，让每块预压区至少设置两台真空泵。对真空泵性能的普通要求是，抽真两台真空泵。对真空泵性能的普通要求是，抽真空效率高，能顺应延续运转，任务可靠等；空效率高，能顺应延续运转，任务可靠等；2) 2) 膜外管路衔接着射流安装的回阀、截水阀、管膜外管路衔接着射流安装的回阀、截水阀、管路组成；路组成；3) 3) 膜内程度排水虑管：滤水可用

49、钢管或塑料管，膜内程度排水虑管：滤水可用钢管或塑料管，其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或土工织物作其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或土工织物作为滤水层。为滤水层。 滤水管之间衔接采用软衔接，以顺应场地沉降；滤水管之间衔接采用软衔接，以顺应场地沉降；滤水管埋设在程度排水砂垫层的中部，其上应有砂覆盖层，滤水管埋设在程度排水砂垫层的中部，其上应有砂覆盖层，以防止滤水管上尖利物体刺破密封膜。以防止滤水管上尖利物体刺破密封膜。3 3、密封系统、密封系统密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成；施组成；密封膜热合时宜用双热合线平搭接，搭接密封膜热合时宜用双热合线平搭接，搭

50、接长度应大于长度应大于1515。密封膜宜铺设三层，以。密封膜宜铺设三层，以确保本身密封性能。膜周边可采用挖沟折确保本身密封性能。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展密封。当处置及膜上全面覆水等方法进展密封。当处置区内有充足水源补给的透水层时，应采用区内有充足水源补给的透水层时，应采用封锁式板桩墙、封锁式板桩墙加沟内覆水封锁式板桩墙、封锁式板桩墙加沟内覆水或其他密封措施隔断透水层。或其他密封措施隔断透水层。 4 4、施工阶段施工要求和质量要求、施工阶段施工要求和质量要求在真空在真空预压法的施工中，根据法的施工中，根据实

51、测资料料阐明：明：1) 1) 在大面在大面积软地基加固地基加固过程中，每程中，每块预压区面区面积尽能尽能够要大，由于要大，由于这样可加快可加快进度和消除更多的沉降量。目前最大得到三万平方米。度和消除更多的沉降量。目前最大得到三万平方米。2) 2) 两个两个预压区的区的间隔不宜隔不宜过大，普通以大，普通以2 26m6m较好。好。3) 3) 膜下管道在不降低真空度的条件下尽能膜下管道在不降低真空度的条件下尽能够的少，的少，为减小减小费用可取用可取消主管，全部采用消主管，全部采用滤管，由管，由鱼骨状骨状陈列改列改为环状状陈列。列。4) 4) 砂井砂井间距距应根据土根据土质情况和工期要求来定。当砂井情

52、况和工期要求来定。当砂井间距从距从1.3m1.3m增增至至1.8m1.8m时，到达一，到达一样固固结度所需的度所需的时间增率与堆增率与堆载预压法一法一样。5) 5) 当冬季的气温降至当冬季的气温降至-17-17时，如，如对薄膜、管道、水薄膜、管道、水泵、阀门及真空及真空表等采取常表等采取常规保温措施，那么可照常保温措施，那么可照常进展作展作业。6) 6) 直径直径7 7的袋装砂井和塑料的袋装砂井和塑料带都具有都具有较好的透水性能。好的透水性能。实测阐明，明，在同等条件下，到达一在同等条件下，到达一样固固结度所需的度所需的时间接近，采用何种排水通道，接近，采用何种排水通道，主要由它的主要由它的单

53、价和施工条件而定。价和施工条件而定。 四、四、 真空结合堆载预压真空结合堆载预压应本卷须知：应本卷须知：1) 1) 堆载前要留意维护密封膜，防止堆载时刺堆载前要留意维护密封膜，防止堆载时刺破；破；2) 2) 堆载层底部应选用较细且不含硬块状的堆堆载层底部应选用较细且不含硬块状的堆载物；载物；3) 3) 选择适宜的堆载时间和荷重。选择适宜的堆载时间和荷重。五、五、 降水预压降水预压 井点降水深度可达井点降水深度可达9m9m，而真空泵普通只，而真空泵普通只能降能降5m 5m ；降水预压使土中孔隙水压力降；降水预压使土中孔隙水压力降低，所以不会发生土体破坏，因此不需控低，所以不会发生土体破坏，因此不

54、需控制加荷速率，可一次降至预定深度，从而制加荷速率，可一次降至预定深度，从而加速固结时间。加速固结时间。 8.5 8.5 现场观测及堆载速率控制现场观测及堆载速率控制8.5.1 8.5.1 现场观测现场观测一、孔隙水压力观测一、孔隙水压力观测孔隙水压力观测孔隙水压力观测二、沉降观测二、沉降观测三、程度位移观测三、程度位移观测四、真空度观测四、真空度观测五、地基土物理力学目的检测五、地基土物理力学目的检测8.5.2 8.5.2 加荷速率控制加荷速率控制一、地基破坏前的变形特征一、地基破坏前的变形特征二、控制加荷速率的方法二、控制加荷速率的方法现场测试现场测试3 3、卸荷规范：、卸荷规范：1) 1

55、) 地面总沉降量大于预压荷载下最终计算地面总沉降量大于预压荷载下最终计算沉降量的沉降量的80%80%；2) 2) 地基总固结度大于地基总固结度大于80%80%；3) 3) 地面沉降速率小于地面沉降速率小于0.50.51.0mm/d1.0mm/d，沉降，沉降变化曲线趋于平缓。变化曲线趋于平缓。8.5.3 8.5.3 质量检验质量检验 Horizontal drains are installed in sand blanket to collect water to be discharged from vertical drains.jpg Heavy clay is placed atop

56、vertical and horizontal drain systems to squeeze water out of the bog and compact the soft subsoils工工 程程 照照 片片真空预压处置现场鸟瞰真空预压处置现场鸟瞰排水预压法的其他一些现场施工照片排水预压法的其他一些现场施工照片a 95 feet (29 m) long hanging mast installs wick drains underwaterEQUAKE drains are installed for a new hotel in St. Lucia, British West Indies. The drains were tested by a 5.4 magnitude earthquake even before the hotel was finished.jpg